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日常生活行動オントロジーに基づく高齢者の自立度評価システム

研究課題

研究課題/領域番号 20H04289
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62020:ウェブ情報学およびサービス情報学関連
研究機関電気通信大学

研究代表者

沼尾 雅之  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90508821)

研究分担者 高玉 圭樹  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20345367)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2020年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
キーワード見守りシステム / オントロジー / IoT / 日常生活行動(ADL) / 機能的自立度評価(FIM) / 機能的自立度評価 / 日常生活行動 / 認知症診断 / 睡眠段階推定 / 機械学習 / 行動認識 / ADL / 睡眠段階認識 / IOT
研究開始時の研究の概要

本研究では,IoTを活用して,高齢者施設における居住者の日常生活行動(ADL)の認識と,自立度(FIM)の評価および可視化を行うシステムを開発する.そのために,ADLを計算機が利用可能な表現であるオントロジー言語(OWL)として定義し,センサデータからADLを自動認識する方法を,機械学習と論理推論を融合することにより確立する.さらに,食事や整容といった行動にかかった時間や介護の有無といった特徴によって自立度を評価する.期間ごとの自立度をレーダーチャートによって行動項目ごとに可視化することで,その変化を客観的に理解できるので,リハビリの効果や生活不活発病の予見などに利用できるようになる.

研究成果の概要

本研究では,日常行動と夜間の睡眠状態を複数のセンサで観察することによって,運動・認知機能の自立度を自動的に評価する見守りシステムを構築し,その有効性を評価することを目的にする.具体的には,日常生活行動(ADL)をオントロジーとして計算機が利用可能な知識として定義し,センサデータからADLを認識する方法を,機械学習と論理推論を融合することにより確立する.さらに,機能的自立度評価法(FIM)も知識化することによって,個々のADLにかかった時間や介護の有無といった特徴によって自立度を評価する.結果をレーダーチャートによって可視化することで,自立度の変化を客観的に理解できるようにする.

研究成果の学術的意義や社会的意義

見守りシステムは,医療・介護分野IoTの中心として,生活支援,健康促進,最適医療,スタッフの負担軽減などに役立たせることが期待されているが,現状は,起床検知などの単機能なものが多い.日常生活行動と夜間睡眠のすべてを見守るシステムを開発し実証実験によりその有効性を示すのは,学術的にも挑戦的であり独自性がある.
応用面から見ても,自立度がわかれば介護度もわかるため,介護度認定の自動化にもつながり,Society5.0として社会や産業に対する影響も大きい.現在の介護度認定は,主に本人からのインタビューによっており客観性,公平性に課題がある.客観的かつ説明可能な介護度自動判定システムへの期待は大きい.

報告書

(4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
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 14件) 備考 (1件) 産業財産権 (4件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] RFIDタグアレイを利用した非画像信号からの画像復元法とトイレ行動認識システムへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      大嶋 政親 , 沼尾 雅之
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌

      巻: 63(3) ページ: 908-916

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Introduction of face expression into the dialogue system for a sense of affinty2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Midorikawa and Masayuki Numao
    • 学会等名
      The AAAI 2023 Spring Symposia, Socially Responsible AI for Well-being, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Integration of Robot-Initiated Dialog into Task-Oriented Dialog by Adding Hidden Tasks - Application to Monitoring for Elderly2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kawamura, Takatsugu Suzaki and Masayuki Numao
    • 学会等名
      The AAAI 2023 Spring Symposia, Socially Responsible AI for Well-being, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] State Machine-Based Multimodal Dialogue System for the Elderly Care Service2023

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Suzaki and Masayuki Numao
    • 学会等名
      The AAAI 2023 Spring Symposia, Socially Responsible AI for Well-being, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Personalized Sleep Stage Estimation based on Time Series Probability of Estimation for Each Label with Wearable 3-axis Accelerometer,2023

    • 著者名/発表者名
      Nakari, I., Nakashima, M, Takadama, K.
    • 学会等名
      The 25th International Conference on Human-Computer Interaction (HCI International 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sleep Stage Estimation based on The Estimated Probability of each Sleep Stage by Learning with Specialized Models2023

    • 著者名/発表者名
      Nakari, I. and Takadama, K.
    • 学会等名
      The AAAI 2023 Spring Symposia, Socially Responsible AI for Well-being, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence),
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数シナリオに対応したタスク指向型対話システムの開発と介護施設向け見守りロボットへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      須崎孝嗣,沼尾雅之
    • 学会等名
      情報処理学会マルチメディア、分散、協調とモバイル(DICOMO2022)シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (k,n)-Threshold Encoding Scheme for RFID-based Real-Time Event Extraction and Its Application to ADL Recognition2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Numao and Ryota Fukumoto
    • 学会等名
      The 4th International Conference onActivity and Behavior Computing October 27th - 29th, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-Contact REM Sleep Estimation by Time-Series Confidence of Predictions: From Binary to Continuous Prediction in Machine Learning for Biological Data2022

    • 著者名/発表者名
      Nakari, I., Matsuda, N. and Takadama, K.
    • 学会等名
      The 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine Biology Society (EMBC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] REM Estimation Based on Combination of Multi-Timescale Estimations and Automatic Adjustment of Personal Bio-vibration Data of Mattress Sensor,2022

    • 著者名/発表者名
      Nakari, I., Matsuda, N., and Takadama, K.
    • 学会等名
      The AAAI 2022 Spring Symposia, How Fair is Fair? Achieving Wellbeing AI, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automatic Textual Care Record Generation for Smart Nursing2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Numao and Hayate Kondo
    • 学会等名
      AAAI Spring Symposia
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling, Monitoring and Measuring of Social Isolation for Community-based Care in Nursing Home2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Numao and Shintaro Nagama
    • 学会等名
      AAAI Spring Symposia
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Unstable Circadian Rhythm of Heart Rate of Alzheimer Dementia Based on Biological Data of Mattress Sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, N., Nakari, I., and Takadama, K
    • 学会等名
      The 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2022),
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Circadian Rhythm Estimation Process for Improving the Accuracy of Alzheimer Dementia Detection,''2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, N., Senju, T., Nakari, I., and Takadama, K.
    • 学会等名
      The AAAI 2022 Spring Symposia, How Fair is Fair? Achieving Wellbeing AI, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 覚醒とNon-REM睡眠の影響を除去した体動の出現頻度に基づく非拘束型REM睡眠推定2022

    • 著者名/発表者名
      嘉村 魁人, 松田 尚也, 千住 太希, 中理 怡恒, 佐藤 寛之, 高玉 圭樹
    • 学会等名
      計測自動制御学会,第49回知能システムシンポジウム,2022/3/14.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 低解像度サーモグラフィを用いた顔検知と検温システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      須崎 孝嗣, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      情報処理学会マルチメディア・分散・協調とモバイル(DICOMO2021)シンポジウム,2H-1,2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Alzheimer Dementia Detection based on Instability of Circadian Rhythm Waves of Heartrate2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, N., Nakari, I., and Takadama, K.
    • 学会等名
      ,'' The 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 不確実な生体信号データの再学習を有する二段Evidential Neural Network による睡眠段階推定2021

    • 著者名/発表者名
      千住 太希,中理 怡恒,高玉 圭樹
    • 学会等名
      計測自動制御学会,システム・情報部門 学術講演会 2021 (SSI2021),
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 三角関数近似による心拍数の概日リズムにおける正弦波成分の不安定さに基づくアルツハイマー型認知症判定2021

    • 著者名/発表者名
      松田 尚也,中理 怡恒,高玉 圭樹
    • 学会等名
      第3回 ヘルスケア・医療情報通信技術研究会 (MICT),電子情報通信学会,信学技報, 2021/11/5.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Misclassification Detection based on Conditional VAE for Rule Evolution in Learning Classifier Syste2021

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi, H., Tadokoro, M., Hayamizu, Y., Fukumoto, Y.,Sato, H., and Takadama, K.:
    • 学会等名
      Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RFIDを用いた屋内環境における人物の通過検知手法の検討2021

    • 著者名/発表者名
      田中 錦乃丞, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2021)シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 低解像度サーモグラフィを用いた顔検知と検温システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      須崎 孝嗣, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2021)シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Alzheimer Dementia Detection based on Circadian Rhythm Disorder of Heartrate2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, N., Nakari, I., Arai, R., Sato, H., Takadama, K., Hirose, M., Hasegawa, H., Shiraishi, M., Matsuda, T.
    • 学会等名
      2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 心拍数から推定した概日/非概日リズムの振幅比率に基づくアルツハイマー 型認知症判定2021

    • 著者名/発表者名
      松田 尚也,荒井 亮太 郎,藁谷 由香,中理 怡恒,佐藤 寛之,高玉 圭 樹,廣瀬雅宣,長谷川 洋,白石 眞,松田 隆秀
    • 学会等名
      計測自動制御学会,第48回知能システムシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 睡眠段階ごとの生体振動特徴に着目したニューラルネットワークによる推定2021

    • 著者名/発表者名
      千住 太希,中理 怡恒,佐藤 寛之,高玉 圭樹
    • 学会等名
      計測自動制御学会,第48回知能システムシンポジウム,2021/3/9
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ドメイン固有オントロジーを用いた時系列データからの要約文の自動生成2020

    • 著者名/発表者名
      近藤 颯, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2020)シンポジウム3E-1/ 1
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] パッシブRFIDタグアレイを利用した非画像信号からの画像復元とトイレ行動検知システムへの応用2020

    • 著者名/発表者名
      大嶋 政親, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2020)シンポジウム5D-3/ 1
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 社会的孤立の測定とケアを目的とした介護施設向け見守りシステムフレームワークの提案2020

    • 著者名/発表者名
      永間 慎太郎, 沼尾 雅之
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2020)シンポジウム6G-2/ 1
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Random Forestsによる健常者とSAS患者の学習結果の違いに基づく生体振動 データの周波数解析2020

    • 著者名/発表者名
      中理 怡恒,高玉 圭樹
    • 学会等名
      第2回 ヘルスケア・医療情報通信技術研究会 (MICT),電子情報通信学会, 信学技報, MICT2020--17, pp. 48--53, 2020/11/4
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 学習分類子システムのルール進化に対するConditional VAE に基づく誤判 定訂正2020

    • 著者名/発表者名
      白石 洋輝,田所 優和,速水 陽平,福本 有季子,佐藤 寛之,高玉 圭樹
    • 学会等名
      進化計算学会,第14回進化計算シンポジウム 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 電気通信大学沼尾研究室

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 睡眠段階推定システム、睡眠段階推定方法およびプログラム2022

    • 発明者名
      高玉 圭樹, 千住 太希, 中理 怡恒:
    • 権利者名
      高玉 圭樹, 千住 太希, 中理 怡恒:
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-034655
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 覚醒とNon-REM睡眠の影響を除去した体動の出現頻度に基づく非拘束型REM睡眠推定2022

    • 発明者名
      高玉 圭樹, 嘉村 魁人, 中理 怡恒
    • 権利者名
      高玉 圭樹, 嘉村 魁人, 中理 怡恒
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] アルツハイマー型認知症判定装置、アルツハイマー型認知症判定方法、およびプログラム2021

    • 発明者名
      高玉 圭樹, 松田 尚也
    • 権利者名
      高玉 圭樹, 松田 尚也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 睡眠段階推定システム、睡眠段階推定方法およびプログラム2021

    • 発明者名
      高玉 圭樹, 千住 太希, 中理 怡恒
    • 権利者名
      高玉 圭樹, 千住 太希, 中理 怡恒
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-187955
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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