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マルチモダリティ生体信号計測によるてんかん発作自動検出および重症度評価技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 18K12141
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90150:医療福祉工学関連
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

宮島 美穂  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (70616177)

研究分担者 藤原 幸一  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10642514)
山川 俊貴  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (60510419)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードてんかん発作検知 / 心拍変動解析 / 心拍変動 / ウェアラブルデバイス / ニューラルネットワーク / マルチモダリティ計測 / てんかん発作自動検出 / ウェアラブルシステム / てんかん発作重症度評価
研究成果の概要

66名のてんかん患者における85回分の多様な型の発作と、221時間分の発作間欠期データを用いて、機械学習の手法であるautoencoderによって発作間欠期と発作時を識別するアルゴリズムを構築した。識別性能は、受信者動作特性曲線における曲線下面積(AUC、1に近いほど高性能)による評価で0.92と良好であった。また機械学習手法の最適化や発作型ごとの性能検証を行い、焦点性てんかんの二次性全般化発作に対して多変量統計的プロセス管理に基づくアルゴリズムを適用し、最適条件ではAUC=1を達成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

心拍データのみを用いて、比較的軽い発作も含め高性能で発作検知が可能なアルゴリズムを構築できた。今後、本アルゴリズムを代表者らの有するウェアラブルてんかんモニタリングシステムのプラットフォームに実装し、プロトタイプ構築および精度検証を目指したい。
本研究の成果は、発作を検出してオンデマンド抑制するclosed-loop型治療や、発作記録に基づき治療方針を示唆する人工知能診療支援システムなど、次世代のてんかんケアにも応用可能性が高い。更に心拍や呼吸の持続モニタリング技術は、近年問題視されているてんかん突然死の病態解明にも役立つことが期待される。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] ウェアラブルてんかんモニタリングシステム2020

    • 著者名/発表者名
      宮島美穂
    • 雑誌名

      Epilepsy

      巻: 14(1) ページ: 40-43

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] てんかんを取り巻く社会の動向 てんかん発作検知・予知に関する最近の研究動向2019

    • 著者名/発表者名
      宮島美穂、藤原幸一、山川俊貴
    • 雑誌名

      クリニシアン

      巻: 66(5-6) ページ: 440-445

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] AUTOENCODER NEURAL NETWORK ALGORITHM FOR EPILEPTIC SEIZURE DETECTION BASED ON HEART RATE VARIABILITY ANALYSIS2021

    • 著者名/発表者名
      M. MIYAJIMA, A. GODA, M. SERINO, Y. SUZUKI, F. SAKANE, K. FUJIWARA, T. YAMAKAWA, Y. WATANABE, S. HASHIMOTO, M. INAJI, K. JIN, N. NAKASATO, Y. SAWAI, T. HOSHIDA, T. MAEHARA, M. KANO, H. TAKAHASHI
    • 学会等名
      20th WPA World Congress of Psychiatry
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 心拍変動に基づくてんかん発作検出アルゴリズムの汎用性の検証2021

    • 著者名/発表者名
      芹野真郷, 関沢拓海, 合田飛, 宮島美穂, 藤原幸一, 加納学, 稲次基希, 前原健寿, 高橋英彦
    • 学会等名
      第8回全国てんかんセンター協議会学総会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 心拍変動解析に基づくてんかん発作自動検知の試み2020

    • 著者名/発表者名
      宮島美穂、藤原幸一、合田飛、関拓哉、芹野真郷、稲次基希、岩崎真樹、田端さつき、神一敬、中里信和、澤井康子、大杉奈保美、前原健寿
    • 学会等名
      第7回全国てんかんセンター協議会総会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Autoencoder Neural Network Algorithm For Epileptic Seizure Detection Based On Heart Rate Variability Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Miyajima M , Fujiwara K , Suzuki Y , Fumiya S , Kano M , Yamakawa T , Inaji M , Jin K , Nakasato N , Sawai Y , Hoshida T , Watanabe Y , Yamamoto S , Nagamoto T , Maehara T
    • 学会等名
      14th European Congress on Epileptology
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ウェアラブルデバイスを用いたてんかん発作モニタリングの試み2019

    • 著者名/発表者名
      宮島美穂
    • 学会等名
      第13回てんかんリハビリテーション研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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