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Development of dynamics preserving method for extraction of imaging photoplethysmogram signal from a conventional camera's video recordings.

研究課題

研究課題/領域番号 19K14589
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分12040:応用数学および統計数学関連
研究機関東京都市大学 (2023)
東京理科大学 (2019-2022)

研究代表者

スヴィリドヴァ ニーナ  東京都市大学, 情報工学部, 講師 (70782829)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードphotoplethysmogram / remote sensing / nonlinear dynamics / time series analysis / chaos / chaos theory / recurrence plot / Photoplethysmogram / deterministinc chaos / filtering / image processing / biomedical signal
研究開始時の研究の概要

Photoplethysmogram (PPG) is widely used for health monitoring. Recent studies demonstrated that imaging PPG can be obtained from the conventional camera's video. It has great potential for health monitoring applications, but noise is a significant problem. Common filtration methods decrease PPG dynamics complexity. PPG dynamical characteristics can be used for health monitoring, so it is essential to preserve signal dynamics. This study aims to develop dynamics preserving method for coping with noise issue for data extraction from video recordings obtained from a conventional camera.

研究実績の概要

In Fiscal Year 2023, the main focus was on analyzing various aspects of imaging photoplethysmogram (iPPG) dynamics and its dependence on the data recording protocol. Close attention was paid to dynamics characteristics, such as determinism, predictability, complexity, etc., changes in the iPPG signals recorded by conventional mobile devices such as tablets and smartphones. During this fiscal year, various video datasets were recorded by the iPad with camera specifications similar to the majority of modern smartphones. Additionally, reference photoplethysmogram (PPG) signals were recorded simultaneously. Time series data were extracted from the videos, and their dynamical characteristics were thoughtfully analyzed by the methods of nonlinear time series analysis and compared to those of conventional PPG signals recorded by specialized pulse oximeters.
Results confirmed that it is possible to record iPPG signals using a mobile device camera with dynamical characteristics compatible with those of the PPGs. Thus, depending on the recording protocol, iPPG data preserving essential dynamical characteristics, i.e. determinism, trajectory divergence, and predictability, were obtained, which is an essential result for applications in the area of daily health monitoring.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Numerous datasets were collected and analyzed. The obtained results demonstrated the possibility of recording signals comparable to PPGs from pulse oximeters by conventional mobile device cameras. The results were presented at academic conferences.

今後の研究の推進方策

Numerous PPG and iPPG data sets were collected and analyzed in fiscal year 2023. In the fiscal year 2024, further analysis of collected datasets will be performed, and additional datasets will be collected to achieve better statistical significance of the results. The results obtained so far, and the further analysis results will be presented in academic conferences and published as a research paper.
If challenges are encountered during further data analysis or results interpretation, a second opinion and advice will be sought from the faculty members of Tokyo City University, who specialize in various fields related to signal processing and statistical analysis.

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (23件) (うち国際共著 8件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Determining Noise Contamination Level with Variable Minimal Diagonal Line Length of Recurrence Quantification Analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova
    • 雑誌名

      2024年電子情報通信学会総合大会の議事録

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 画像式光電脈波のデータ縮小が予測可能性に及ぼす影響2024

    • 著者名/発表者名
      古賀滉大、スヴィリドヴァニーナ
    • 雑誌名

      2024年電子情報通信学会総合大会の議事録

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 画像式光電脈波の予測可能性の評価2024

    • 著者名/発表者名
      峰綾音、スヴィリドヴァニーナ
    • 雑誌名

      2024年電子情報通信学会総合大会の議事録

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 画像式光電脈波のデータ縮小が決定論性に及ぼす影響2024

    • 著者名/発表者名
      古賀滉大、スヴィリドヴァニーナ
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 123(354) ページ: 21-25

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 画像式光電脈波に対する決定論性の推定2024

    • 著者名/発表者名
      峰綾音、スヴィリドヴァニーナ
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 123(354) ページ: 16-20

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Study on Minimal Diagonal Line Length Effect on Recurrence Quantification Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report

      巻: 122(373) ページ: 11-15

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 画像式光電脈波に対するリアプノフ指数の算出2023

    • 著者名/発表者名
      中山裕文、スヴィリドヴァ ニーナ、池口 徹
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 122(436) ページ: 95-99

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Photoplethysmogram Recording Length: Defining Minimal Length Requirement from Dynamical Characteristics,2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tiejun Zhao, Akimasa Nakano and Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 106 号: 14 ページ: 5154-5154

    • DOI

      10.3390/s22145154

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tabu search for solving multiple-vehicle bike sharing system routing problem with real port distribution2022

    • 著者名/発表者名
      Tsushima Honami、Sviridova Nina、Ikeguchi Tohru
    • 雑誌名

      Proceedings of 2022 International Conference on Electrical, Computer, Communications and Mechatronics Engineering (ICECCME)

      巻: - ページ: 402-407

    • DOI

      10.1109/iceccme55909.2022.9988144

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detecting Determinism in Noisy Time Series with Variable Minimal Diagonal Line Length in Recurrence Quantification Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2022

      巻: - ページ: 180-183

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Towards Defining Minimal Time Series Length for Normalized Recurrence Quantification Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report

      巻: 122(280) ページ: 97-102

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Consistency of Determinism Detection in Sparse Photoplethysmogram Recordings2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Kazuya Sawada, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      In Proceedings of the BIBE2022: The Sixth International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering

      巻: - ページ: 128-131

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of noise-induced determinism decay by recurrence quantification analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      2022 IEICE NOLTA Society Conference

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マーク付点過程に対する重み付きVisibility Graph2022

    • 著者名/発表者名
      森太紀, 對馬帆南, スヴィリドヴァ ニーナ, 池口徹
    • 雑誌名

      2022年 電子情報通信学会総合大会講演論文集

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 脈派データを用いた再構成パラメータの設定について2022

    • 著者名/発表者名
      澤田 和弥, スヴィリドヴァ ニーナ, 島田 裕,池口 徹
    • 雑誌名

      2022年 電子情報通信学会総合大会講演論文集

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] マーク付点過程に対する力学系再構成と実データへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      澤田 和弥,スヴィリドヴァ ニーナ,島田 裕,池口 徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 技術研究報告

      巻: 121 ページ: 209-212

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Dynamical Characteristics of Wild-Type Mouse Spontaneous Pupillary Fluctuations2021

    • 著者名/発表者名
      Sviridova Nina、Artoni Pietro、Fagiolini Michela、Hensch Takao K.、Aihara Kazuyuki
    • 雑誌名

      2021 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)

      巻: 43 ページ: 853-856

    • DOI

      10.1109/embc46164.2021.9630747

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrimination of deterministic chaos and noisy periodicity by the recurrence plot with variable threshold.2021

    • 著者名/発表者名
      Shiki Kanamaru, Nina Sviridova, Yutaka Shimada, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2021 RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing.

      巻: - ページ: 17-20

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] リカレンスプロット密度の変化による非線形時系列の特性抽出.2021

    • 著者名/発表者名
      金丸志生, Nina Sviridova, 島田裕, 池口徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 技術研究報告.

      巻: 120 ページ: 7-12

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] カオス時系列とノイジーな準周期解の判別.2021

    • 著者名/発表者名
      金丸志生, Sviridova Nina, 島田裕, 池口徹
    • 雑誌名

      2021年電子情報通信学会総合大会講演論文集.

      巻: - ページ: 232-232

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Detection of Age-Related Changes in the Dynamics of Short Photoplethysmogram Recordings.2020

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE) General Conference 2020.

      巻: - ページ: 109-109

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Application of Recurrence Quantification Analysis to Hypertension Photoplethysmograms.2020

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2020, NOLTA 2020.

      巻: - ページ: 56-58

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Preprocessing-Induced Changes in Chaotic Characteristics of Human Photoplethysmogram2019

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova
    • 雑誌名

      Proceedings of 2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications

      巻: - ページ: 540-543

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Effect of Time Series Length on Estimation of Mouse Pupillometry Dynamics' Characteristics2024

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Pietro Artoni, Michela Fagiolini, Takao K. Hensch, and Kazuyuki Aihara
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Science and Medicine 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determining Noise Contamination Level with Variable Minimal Diagonal Line Length of Recurrence Quantification Analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 画像式光電脈波のデータ縮小が予測可能性に及ぼす影響2024

    • 著者名/発表者名
      古賀滉大、スヴィリドヴァニーナ
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 画像式光電脈波の予測可能性の評価2024

    • 著者名/発表者名
      峰綾音、スヴィリドヴァニーナ
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 画像式光電脈波のデータ縮小が決定論性に及ぼす影響2024

    • 著者名/発表者名
      古賀滉大、スヴィリドヴァニーナ
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 画像式光電脈波に対する決定論性の推定2024

    • 著者名/発表者名
      峰綾音、スヴィリドヴァニーナ
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Study on Minimal Diagonal Line Length Effect on Recurrence Quantification Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      IEICE NLP
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Detecting Determinism in Noisy Time Series with Variable Minimal Diagonal Line Length in Recurrence Quantification Analysis.2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2022, NOLTA 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Consistency of Determinism Detection in Sparse Photoplethysmogram Recordings.2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Kazuya Sawada, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      The Sixth International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering, BIBE 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards Defining Minimal Time Series Length for Normalized Recurrence Quantification Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      IEICE NLP
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Detection of noise-induced determinism decay by recurrence quantification analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      2022 IEICE NOLTA Society Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamical Characteristics of Wild-Type Mouse Spontaneous Pupillary Fluctuations2021

    • 著者名/発表者名
      Sviridova Nina, Artoni Pietro, Fagiolini Michela, Hensch Takao K., Aihara Kazuyuki
    • 学会等名
      43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of recording length on the extraction of the photoplethysmogram dynamical characteristics by recurrence quantification analysis.2021

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova
    • 学会等名
      Dynamics Days 2021 - XL
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Recurrence Quantification Analysis to Hypertension Photoplethysmograms.2020

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2020.
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of Age-Related Changes in the Dynamics of Short Photoplethysmogram Recordings.2020

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova, Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE) General Conference 2020.
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Detection of Preprocessing-Induced Changes in Chaotic Characteristics of Human Photoplethysmogram2019

    • 著者名/発表者名
      Nina Sviridova
    • 学会等名
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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