| 研究課題/領域番号 |
15K01274
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| 研究機関 | 岩手大学 |
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研究代表者 |
佐藤 宏明 岩手大学, 工学部, 助教 (90359498)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ドップラー計測 / 生体運動速度 / 心拍動計測 / 電磁マイクロ波 / MIMO / 独立成分分析 / 心臓疾患 / 非侵襲診断 |
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| 研究実績の概要 |
アレーアンテナと空間信号処理によってマイクロ波（電磁マイクロ波）を用いてヒトの心臓活動の非接触，非侵襲な計測を行い，ヒト心臓疾患の診断に役立つ，生体組織の運動や弾性率の変化をマイクロ波によって計測し診断情報の抽出を目指して，“MIMO（Multi Input Multi Output）アレーアンテナ空間信号処理の実験装置”の開発を行った．計測精度の向上と計測信号から心臓活動との相関性を調べ，より多くの診断情報の獲得を目指した．
計測と提案の研究を遂行するために，実験装置を送受信をMIMOに対応するように改良・拡張を行った．送信側のアンテナの追加に加えて，受信側で送信アンテナを識別する信号処理が必要となる．RF(Redio Frequency)信号を周波数変換器でベースバンド信号変換をしてディジタルレコーダによりAD 変換して記録し，その後，信号データをホストコンピュータに転送して，ホストコンピュータ上で空間信号処理の演算を行う．また，ディジタルレコーダには心電計より心電信号を入力し同時計測を行いこれもホストコンピュータ上に転送して抽出した心臓拍動の信号との比較を行い心臓活動との相関性を調べた．
開発された実験装置を用いて計測実験を実行した．まず，生体に反射された受信信号に対して演算を行って，心臓の運動のドップラー測定を行ったところ，その運動速度値が求められ，その速度振幅や周期が心電波形と高い相関性が認められた．この知見については1件の研究報告を行っている．次に，MIMOによって得られた複数経路からなる信号から雑音を除いて心拍成分検出を抽出するため，独立成分分析を導入したところ信号の分離に対して効果が認められた．この知見については1件の研究報告を行っている．さらに，ドップラー計測の雑音混入に対する耐性について，SNRと周波数範囲の両面から検証及び評価を行った．
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| 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
“MIMOアレーアンテナ空間信号処理の実験装置”の改良・拡張の開発が完了でき，この装置を使用しての計測実験により多くのデータを効率的に集めることができた．これは当初の計画どおりの成果である．
また，集められた計測データの信号処理解析から，心臓の運動の信号検出に関する幾つかの重要な知見が得られた．これは今後の研究の発展・推進に向けて大きな前進である．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度以降では，平成２７年度実験装置の完成を受けて，以下のヒトの心臓活動の非接触計測について研究を進める．
1.各種の波形解析アルゴリズムを適用し，検出精度向上法について検討する．2.計測のアルゴリズムの確立と検出精度の明確化を目指す．3.MIMOアレーアンテナ空間信号処理のシミュレーションによる検証にも取り組む．4.ＲＦスイッチを用いて，アンテナ系を追加し，測定系の更なる高度化を図る．
また，マイクロ波を用いたヒトの心臓活動の非接触，非侵襲な計測について得られたここまでの研究成果を，国内の研究会議等での発表を予定している．
引き続き，研究代表者佐藤が実験装置の製作および信号の計測と信号処理を担当し，連携研究者本間直樹（岩手大学理工学部准教授）が送受信アンテナ製作および周辺電気回路の製作を担当する研究体制で研究を推進する．さらに，必要に応じて所属組織内の技術職員2名の協力を得る．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画時に購入を予定していたベッドサイドモニタ（フクダ電子，￥１５０万）が，所属組織内の設備が利用可能になり，購入していない．また，同様に購入を計画していた信号発生ファンクションボード（ＮＩ，￥６２．３万）とAD変換レコードボード（ＮＩ，￥６２．３万）いずれについても既存の装置の改良により実験に対応できたので，こちらも未購入となった．
国内学会，研究報告等の旅費のうち，遠方への移動が予定ほど無かったので支出が少なくて済んだ．また被験者に対する計測実験を計画してその謝金を予定していたが，被験者を頼まずに実験を進めたので謝金の支出が無かった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
今後の研究の推進によって，MIMOアレーアンテナの多チャンネル化を進め，測定系の更なる高度化と計測精度の向上を図る予定である．信号入出力チャンネルを増やすために，信号処理ボード（￥１５０万）の購入を計画している．
また，現在使用しているベッドサイドモニタは心電波形のみの計測しか出来ないので，その他のバイタルサインを計測できる高機能の装置（￥１５０万）を購入予定である．
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