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ウェアラブルデバイスによる熱中症発症予防のための熱中症アラームシステム

研究課題

研究課題/領域番号 19H04501
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分90150:医療福祉工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

藤原 幸一  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10642514)

研究分担者 久保 孝富  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (20631550)
丸野 由希  京都女子大学, 現代社会学部, 准教授 (20757760)
加納 学  京都大学, 情報学研究科, 教授 (30263114)
山川 俊貴  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (60510419)
佐藤 大典  大阪体育大学, スポーツ科学センター, 研究員 (40846812)
北野 友梧  大阪体育大学, スポーツ科学センター, 研究員 (90914101)
坂内 悠  大阪体育大学, スポーツ局, アスレティックトレーナー (90881491)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワード熱中症 / 機械学習 / 心拍変動解析 / ウェアラブルセンサ / 異常検知 / 心拍変動 / 熱中症アラーム / ウェアラブルデバイス
研究開始時の研究の概要

本研究では,熱中症発症を予防するために,発症前にアラームを発報できる熱中症アラームシステムを開発する.軽度の熱中症では,頻脈,大量発汗,めまい、立ちくらみ、気分が悪くなるなど自律神経系と関わりのある症状が見られる.そこで本研究では,自律神経活動を反映した生理現象である心拍変動(HRV)に着目して,ウェアラブル心拍センサを用いてユーザーのHRVを測定し,測定されたHRVデータをリアルタイム解析することで,近い将来に熱中症になる可能性を判定するアルゴリズムを開発する.熱中症発症前にアラームを発報できれば,ユーザーに休息や水分補給を促すことができるので,熱中症を回避できる.

研究成果の概要

熱中症は,脳を含む長期的な多臓器障害につながり,本邦では年間200人以上の死者が出ている.熱ストレスは,心電図(ECG)上のR-R間隔(RRI)の変動である心拍変動(HRV)に影響を与えることが報告されている.そこで,本研究ではHRVの解析から熱中症の症状を検出し,熱中症の悪化を予防する手法を提案した.提案手法では,熱ストレスによって生じるHRVの異常な変化を機械学習(ML)モデルによってモニタリングする.提案手法を検証するため,熱中症発症のリスクを持つ健常な参加者103名を募集した.提案手法を適用した結果,感度75%(28件中21件),偽陽性率1.02回/hであった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究提案した熱中症検知手法は、ウェアラブルセンサーでRRIデータを簡単に測定できるため、日常生活で活用できるものと考えられる.そのため,提案手法を活用することで,熱中症が悪化する前に適切な治療を受けられることに寄与し,人々の健康の増進と維持に貢献できる.

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Auditory Feedback of False Heart Rate for Video Game Experience Improvement2023

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Sayaka、Fujiwara Koichi、Kano Manabu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Affective Computing

      巻: 14 号: 1 ページ: 487-497

    • DOI

      10.1109/taffc.2020.3039874

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of an epileptic seizure prediction algorithm using R-R intervals with self-attentive autoencoder2022

    • 著者名/発表者名
      Ode Rikumo、Fujiwara Koichi、Miyajima Miho、Yamakawa Toshikata、Kano Manabu、Jin Kazutaka、Nakasato Nobukazu、Sawai Yasuko、Hoshida Toru、Iwasaki Masaki、Murata Yoshiko、Watanabe Satsuki、Watanabe Yutaka、Suzuki Yoko、Inaji Motoki、Kunii Naoto、Oshino Satoru、Khoo Hui Ming、Kishima Haruhiko、Maehara Taketoshi
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 28 号: 2 ページ: 403-409

    • DOI

      10.1007/s10015-022-00832-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interactive system for optimal position selection of a patch-type R-R interval telemeter2022

    • 著者名/発表者名
      Noguchi Aoi、Takano Tomoyuki、Fujiwara Koichi、Miyajima Miho、Yamakawa Toshitaka
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 28 号: 1 ページ: 226-235

    • DOI

      10.1007/s10015-022-00815-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of GABA receptor antagonist-induced convulsion in cynomolgus monkeys by combining machine learning and heart rate variability analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Nagata Shoya、Fujiwara Koichi、Kuga Kazuhiro、Ozaki Harushige
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacological and Toxicological Methods

      巻: 112 ページ: 107127-107127

    • DOI

      10.1016/j.vascn.2021.107127

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Autoencoder-Based Extrasystole Detection and Modification of RRI Data for Precise Heart Rate Variability Analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Koichi、Miyatani Shota、Goda Asuka、Miyajima Miho、Sasano Tetsuo、Kano Manabu
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 9 ページ: 3235-3235

    • DOI

      10.3390/s21093235

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sympathetic hyperactivity, hypertension, and tachycardia induced by stimulation of the ponto-medullary junction in humans2021

    • 著者名/発表者名
      Hamasaki Tadashi、Yamakawa Toshitaka、Fujiwara Koichi、Harashima Haruki、Nakamura Kota、Ikuta Yoshihiro、Yamamoto Tatsuo、Hasegawa Yu、Takezaki Tatsuya、Mukasa Akitake
    • 雑誌名

      Clinical Neurophysiology

      巻: 132 号: 6 ページ: 1264-1273

    • DOI

      10.1016/j.clinph.2021.03.006

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Work Habit-Related Sleep Debt; Insights From Factor Identification Analysis of Actigraphy Data2021

    • 著者名/発表者名
      Goto Yuki、Fujiwara Koichi、Sumi Yukiyoshi、Matsuo Masahiro、Kano Manabu、Kadotani Hiroshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Public Health

      巻: 9 ページ: 630640-630640

    • DOI

      10.3389/fpubh.2021.630640

    • NAID

      120007159523

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Screening of sleep apnea based on heart rate variability and long short-term memory2021

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Ayako、Nakayama Chikao、Fujiwara Koichi、Sumi Yukiyoshi、Matsuo Masahiro、Kano Manabu、Kadotani Hiroshi
    • 雑誌名

      Sleep and Breathing

      巻: - 号: 4 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1007/s11325-020-02249-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resting Heart Rate Variability Is Associated With Subsequent Orthostatic Hypotension: Comparison Between Healthy Older People and Patients With Rapid Eye Movement Sleep Behavior Disorder2020

    • 著者名/発表者名
      Sumi Yukiyoshi、Nakayama Chikao、Kadotani Hiroshi、Matsuo Masahiro、Ozeki Yuji、Kinoshita Takafumi、Goto Yuki、Kano Manabu、Yamakawa Toshitaka、Hasegawa-Ohira Masako、Ogawa Keiko、Fujiwara Koichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurology

      巻: 11 ページ: 567984-567984

    • DOI

      10.3389/fneur.2020.567984

    • NAID

      120006941336

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Game-like System using Active Behavior Input for Wakefulness Keeping Support in Driving2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hiraoka, et.al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Intelligent Vehicles

      巻: 6(2) 号: 2 ページ: 323-332

    • DOI

      10.1109/tiv.2020.3029260

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wearable Epileptic Seizure Prediction System with Machine-Learning-Based Anomaly Detection of Heart Rate Variability2020

    • 著者名/発表者名
      Yamakawa Toshitaka、Miyajima Miho、Fujiwara Koichi、Kano Manabu、Suzuki Yoko、Watanabe Yutaka、Watanabe Satsuki、Hoshida Tohru、Inaji Motoki、Maehara Taketoshi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 号: 14 ページ: 3987-3987

    • DOI

      10.3390/s20143987

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Development of Time Series-Considered Heart Rate Variability Measurement-using Heat Illness Prevention Model with Multivariate Statistical Process Control2021

    • 著者名/発表者名
      K. Ota, K. Fujiwara, T. Yamakawa, T. Kubo
    • 学会等名
      SICE Life Engineering 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 心拍変動解析と多変量統計的プロセス管理による熱中症検知モデル の開発2020

    • 著者名/発表者名
      太田鴻志,藤原幸一,稲津尚,山川俊貴,久保孝富
    • 学会等名
      人工知能学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] スモールデータ解析と機械学習2022

    • 著者名/発表者名
      藤原 幸一
    • 総ページ数
      296
    • 出版者
      オーム社
    • ISBN
      9784274227783
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 熱中症発症検知装置2020

    • 発明者名
      藤原幸一,太田鴻志,山川俊貴,久保孝富
    • 権利者名
      国立大学法人東海国立大学機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-097152
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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