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後天性因子により心臓の健康状態を解釈・推定する基盤技術の研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K19923
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
研究機関名古屋市立大学 (2023)
奈良先端科学技術大学院大学 (2020-2022)

研究代表者

黄 銘  名古屋市立大学, データサイエンス学部, 准教授 (50728300)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード睡眠 / 運動 / 個人向け健康機器 / 食生活 / AI技術 / 健康情報 / 機械学習 / 深層学習 / 転移学習 / 容積光電脈波 / 循環器 / 複雑活動認識 / 睡眠健康 / カフレス血圧推定 / マシンラーニング / 人間活動認識 / 睡眠分類 / 不整脈予測 / 個人健康システム / 心臓健康 / 食
研究開始時の研究の概要

心臓の健康は、遺伝子型の因子以外、睡眠・運動・食習慣などの後天性因子に大きく影響される。ICT、IoT技術の発展に伴い、ウェアラブル・個人ヘルス機器による生体情報の収集とデータの活用はできているので、個人心臓健康状態の把握、心疾患発症の抑制、健康状態を取り戻すことは可能になっている。そこで、本研究は、簡易のウェアラブル・非接触装置を用いた後天性因子の定量化手段の研究開発からはじめ、データサイエンスの観点から個人差を考慮した後天性因子の心臓健康影響モデルも構築することによって、心臓健康の維持・改善を目的に、積極的に生活・活動変容を促す。

研究成果の概要

本研究は睡眠・運動・食習慣三因子が心臓健康に与える影響を究明するために、生活の質に影響を与えずにこれらの因子を定量的に測定し、蓄積されたデータを基に、心臓の健康状態とFES因子との関連性を推定できる基盤技術を開発した。具体的には、以下の二点に焦点を当てった。
マルチモーダルな生理信号を基にした睡眠状態の推定手法を開発し、睡眠中の心臓状態を監視するための信号処理技術とAI技術を確立した。
ウェアラブルデバイスで収集したマルチモーダルな生体信号を用いて、日常生活活動を自動で認識するAI技術を開発し、活動期の心臓健康状態のモニタリングを可能にする信号処理技術とAI技術を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

心臓の状態は遺伝的要因のみならず、食事、運動、睡眠といった後天的な生活習慣因子にも依存する。これらのFES因子を積極的に改善することで、未病の状態から健康を取り戻す可能性が期待される。したがって、健康から未病を経て病気の発症に至るまでの健康状態を把握するために、本研究はデジタルヘルスを通じてウェアラブルデバイスや個人向け健康機器を使用し、生体情報を収集及び活用する手法に焦点を当たった。日常生活の中でFES因子を定量的に記録するや昼夜問わず心臓の健康状態を監視する技術を開発した。この技術は、生活習慣因子を調整する運動療法や食事療法の個別化及び効果の向上に寄与することが期待される。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 7件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 12件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Estimating Blood Pressure during Exercise with a Cuffless Sphygmomanometer2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kenta、Maeda Yuka、Yoshimura Takumi、Huang Ming、Tamura Toshiyo
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 23 号: 17 ページ: 7399-7399

    • DOI

      10.3390/s23177399

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On QSAR-based cardiotoxicity modeling with the expressiveness-enhanced graph learning model and dual-threshold scheme2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Huijia、Zhu Guangxian、Izu Leighton T.、Chen-Izu Ye、Ono Naoaki、Altaf-Ul-Amin MD、Kanaya Shigehiko、Huang Ming
    • 雑誌名

      Frontiers in Physiology

      巻: 14

    • DOI

      10.3389/fphys.2023.1156286

    • 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] Automated Sleep Staging via Parallel Frequency-Cut Attention2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Zheng、Yang Ziwei、Zhu Lingwei、Chen Wei、Tamura Toshiyo、Ono Naoaki、Altaf-Ul-Amin Md、Kanaya Shigehiko、Huang Ming
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

      巻: 31 ページ: 1974-1985

    • DOI

      10.1109/tnsre.2023.3243589

    • 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] A training pipeline of an arrhythmia classifier for atrial fibrillation detection using Photoplethysmography signal2023

    • 著者名/発表者名
      Kudo Sota、Chen Zheng、Zhou Xue、Izu Leighton T.、Chen-Izu Ye、Zhu Xin、Tamura Toshiyo、Kanaya Shigehiko、Huang Ming
    • 雑誌名

      Frontiers in Physiology

      巻: 14 ページ: 1084837-1084837

    • DOI

      10.3389/fphys.2023.1084837

    • 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] Sleep Staging Framework with Physiologically Harmonized Sub-Networks2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Zheng、Yang Ziwei、Wang Dong、Zhu Xin、Ono Naoaki、Altaf-Ul-Amin M.D.、Kanaya Shigehiko、Huang Ming
    • 雑誌名

      Methods

      巻: 209 ページ: 18-28

    • DOI

      10.1016/j.ymeth.2022.11.003

    • 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
  • [雑誌論文] An Advanced Internet of Things System for Heatstroke Prevention with a Noninvasive Dual-Heat-Flux Thermometer2022

    • 著者名/発表者名
      Tamura Toshiyo、Huang Ming、Yoshimura Takumi、Umezu Shinjiro、Ogata Toru
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22 号: 24 ページ: 9985-9985

    • DOI

      10.3390/s22249985

    • 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
  • [雑誌論文] Sleep postures monitoring based on capacitively coupled electrodes and deep recurrent neural networks2022

    • 著者名/発表者名
      Peng Shun、Li Yang、Cui Rui、Xu Ke、Wu Yonglin、Huang Ming、Dai Chenyun、Tamur Toshiyo、Mukhopadhyay Subhas、Chen Chen、Chen Wei
    • 雑誌名

      BioMedical Engineering OnLine

      巻: 21 号: 1

    • DOI

      10.1186/s12938-022-01031-5

    • 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] Enhancement on Model Interpretability and Sleep Stage Scoring Performance with A Novel Pipeline Based on Deep Neural Network2022

    • 著者名/発表者名
      Zheng Chen, Ziwei Yang, Ming Huang, Toshiyo Tamura, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: 22 ページ: 1-14

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Cancer Subtyping via Embedded Unsupervised Learning on Transcriptomics Data2022

    • 著者名/発表者名
      Ziwei Yang, Lingwei Zhu, Zheng Chen, Ming Huang, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: 22 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Recent trends in computational biomedical research2021

    • 著者名/発表者名
      Md Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Naoaki Ono, Ming Huang
    • 雑誌名

      Life

      巻: 12 号: 1 ページ: 26-26

    • DOI

      10.3390/life12010027

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discussion of Cuffless Blood Pressure Prediction Using Plethysmograph Based on a Longitudinal Experiment: Is the Individual Model Necessary?2021

    • 著者名/発表者名
      Kido Koshiro、Chen Zheng、Huang Ming、Tamura Toshiyo、Chen Wei、Ono Naoaki、Takeuchi Masachika、Altaf-Ul-Amin Md.、Kanaya Shigehiko
    • 雑誌名

      Life

      巻: 12 号: 1 ページ: 11-11

    • DOI

      10.3390/life12010011

    • 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] A Realtime Portable IoT System for Telework Tracking2021

    • 著者名/発表者名
      Yongxin Zhang, Zheng Chen, Haoyu Tian, Koshiro Kido, Naoaki Ono, Wei Chen, Toshiyo Tamura, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya and Ming Huang
    • 雑誌名

      Frontiers in Digital Health

      巻: - ページ: 1-17

    • DOI

      10.3389/fdgth.2021.643042

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Feasibility of Predicting Impending Malignant Ventricular Arrhythmias by Using Nonlinear Features of Short Heartbeat Intervals2021

    • 著者名/発表者名
      Zheng Chen, Naoaki Ono, Wei Chen, Toshiyo Tamura, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Ming Huang
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine

      巻: - ページ: 1-14

    • DOI

      10.1016/j.cmpb.2021.106102

    • 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] Development of a biomarker database toward performing disease classification and finding disease interrelations2021

    • 著者名/発表者名
      Hossain, Shaikh Farhad, Ming Huang, Naoaki Ono, Aki Morita, Shigehiko Kanaya, and Md Altaf-Ul-Amin
    • 雑誌名

      Database

      巻: 2021 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1093/database/baab011

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Estimating blood pressure during exercise with a cuffless sphygmomanometer2023

    • 著者名/発表者名
      Ming Huang
    • 学会等名
      IEEE EMBC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 睡眠状態における心脳モニタリング技術2023

    • 著者名/発表者名
      黄銘
    • 学会等名
      中国生体医用工学学科発展大会会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Straightforward Clustering and Identification of Morphological-Level Pancreatic Carcinoma2022

    • 著者名/発表者名
      Guangxian Zhu, Huijia Wang, Ming Huang, Md Amin, Naoaki Ono, Shigehiko Kanaya
    • 学会等名
      2022 IEEE 11th Global Conference on Consumer Electronics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Stochastic Coding Method of EEG Signals for Sleep Stage Classification2022

    • 著者名/発表者名
      Guangxian Zhu, Huijia Wang, Yirong Kan, Zheng Chen, Ming Huang, MD Amin, Naoaki Ono, Shigehiko Kanaya, Renyuan Zhang
    • 学会等名
      2022 IEEE 35th International System-on-Chip Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AIoT technologies for healthcare in Society 5.02022

    • 著者名/発表者名
      Ming Huang
    • 学会等名
      17th International Symposium on Biomedical Engineering, Toin University of Yokohama
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep Learning-Based Sleep Staging with Acceleration and Heart Rate Data of a Consumer Wearable Device2022

    • 著者名/発表者名
      Sota Kudo, Zheng Chen, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Ming Huang
    • 学会等名
      2022 IEEE 4th Global Conference on Life Sciences and Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconciling of the distances in physical space and latent feature space for complex activity modeling2022

    • 著者名/発表者名
      Yongxin Zhang, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Ming Huang
    • 学会等名
      2022 IEEE 4th Global Conference on Life Sciences and Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Guang Shi, Zheng Chen, Ming Huang, Renyuan Zhang, Naoaki Ono, Md Altaf-UI-Amin, Shigehiko Kanaya2022

    • 著者名/発表者名
      Algorithm Cocktail Approach for Predicting Body Constitution and Bias Recovery
    • 学会等名
      2022 IEEE 4th Global Conference on Life Sciences and Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An End-to-End Sleep Staging Simulator Based on Mixed Deep Neural Networks2021

    • 著者名/発表者名
      Zheng Chen, Ziwei Yang, Dong Wang, Ming Huang, Naoaki Ono, Md Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 学会等名
      2021 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring Feasibility of Truth-Involved Automatic Sleep Staging Combined with Transformer2021

    • 著者名/発表者名
      Ziwei Yang, Dong Wang, Zheng Chen, Ming Huang, Naoaki Ono, Md Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 学会等名
      2021 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Integrated Multi-Omics Approach for AMR Phenotype Prediction of Gut Microbiota2021

    • 著者名/発表者名
      Pei Gao, Zheng Chen, Dong Wang, Ming Huang, Naoaki Ono, Md Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 学会等名
      2021 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Feasibility Analysis of Symbolic Representation for Single-Channel EEG-Based Sleep Stages2021

    • 著者名/発表者名
      Zheng Chen, Pei Gao, Ming Huang, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya
    • 学会等名
      2021 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] Prediction of Body Constitutions through Life-Style for Health Guidance2021

    • 著者名/発表者名
      Guang Shi, Zhen Chen, Shigehiko Kanaya, Md Altaf-UI-Amin, Naoaki Ono, Ming Huang
    • 学会等名
      2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] iVAE: A New Deep Learning Structure for EEG Signal Characterization and Reconstruction2020

    • 著者名/発表者名
      Zheng Chen, Naoaki Ono, MD Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Ming Huang
    • 学会等名
      2020 IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Recent trends in computational biomedical research2022

    • 著者名/発表者名
      Md Altaf-Ul-Amin, Shigehiko Kanaya, Naoaki Ono, Ming Huang
    • 総ページ数
      119
    • 出版者
      MDPI
    • ISBN
      9783036532301
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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