| 研究課題/領域番号 |
16K01377
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
植野 彰規 東京電機大学, 工学部, 教授 (20318158)
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| 研究分担者 |
岩瀬 敏 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90184879)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | Wavelet Denoising / 雑音抑制 / グラフェン電極 |
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| 研究実績の概要 |
当初の計画にあった下記①～③について研究を行い、記載内容の実績を得た。
①従来電極と 微小針電極法（MNG） による筋交感神経活動（MSNA） の同時計測実験と解析：まず、改良型のWavelet-Denoising 法を、MNGで得られたMSNAと皮膚交換神経活動（SSNA）に白色雑音を印加したデータに適用した。結果、従来型のDenoising法と比べて低S/Nデータに対する信号検出能が向上することを確認した。また、模擬MNG信号に対しても同様な結果が得られることを確認し、新Denoising手法としてフルペーパー論文にまとめ、Advanced Biomedical Engineeringに投稿した。MSNA、SSNAの非侵襲計測実験に関しては、新しい電気刺激装置を導入し、従来よりも神経走行の同定にようする時間を短縮できることを確認した。複数名の健常被験者にて実験を行い、1名において500Hzを超える神経活動様の信号を記録した。
②超低入力容量アンプIC を用いた新能動電極の設計と製作：電極後段の計測系に不具合が発生したため、新能動電極の設計と製作をH29年度の実施内容に変更した。計測に使用しているICの破損個所と断線箇所を同定し、計測系を修繕した。また、新たにDriven Right Leg回路を導入し、雑音混入量を抑制できることを確認した。
③グラフェン製 Laplacian 型電極の製作：銅箔基板上に生成された1cm 角のグラフェンを、別の銅箔電極上に転写する技術を獲得した。転写の際の保護膜材の濃度や被服スピン条件、乾燥方法などについて適した情報を得た。また、製作した電極と筋電計とつなげ、銅箔電極を使用した場合と、グラフェン転写電極を使用した場合とで、筋電図のS/N向上に寄与するかを検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
前記①については、改良型の雑音除去法の有効性が確認でき、論文投稿に至ったのは当初計画以上の進展である。一方、愛知医科大学での同時計測実験については計画した2回のうち1回の実施にとどまった。実験回数が減った理由は、前記②に記載したように、計測系の不具合の発生と、問題個所の同定に時間がかかったためである。
②に予定していた新能動電極の設計と製作については、計測系不具合の発生に伴いH29年度の実施に変更したため、進捗が遅れている状況にある。ただし、不具合修正のタイミングで導入したDRL回路については、雑音低減効果を定量的に確認することができ、国内学会（ライフサポート学会フロンティア講演会）にて報告した。これは計画になかった進展である。
③のグラフェン電極の製作については、おおむね計画通りに進んでいる。ヒトの筋活動の計測において、銅箔電極よりも製作グラフェン電極の方がS/Nが向上するエビデンスを得られたのは大きな進展である。この結果は国際会議（APCMBE）にて報告する予定となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
①超低入力容量アンプICを用いた新能動電極の設計と製作：研究計画の変更に伴いH29年度に実施する。Laplacian型電極パターンの裏面にICや配線が多数存在すると寄生容量が増加し、計測対象周波数（500～2000Hz）で入力インピーダンスが低下してしまう。そのため、IC配置も含めた複数パターンを製作し、IC実装後の入力容量をそれぞれに対して計測する。最も入力容量の小さかったパターンを本実験用に採用する。
②電極材を金にしたLaplacian型能動電極の製作とMSNA、SSNAの非侵襲計測：グラフェンを転写する前段階として、金材にてLaplacian型能動電極を製作する。市販ICを電極近傍に実装し、実験室にてMSNAとSSNAの非侵襲計測を試みる。また、計測信号に改良型の雑音低減法を適用し、神経賦活化刺激（バルサルバ試験／電気刺激）後の区間においてMSNAあるいはSSNA様の活動が観測されるか検証する。観測を再現性よく反復できるよう、神経走行位置の同定精度の向上、電極間隔等のパラメータの検討、フロントエンドバッファ回路の変更（ブートストラップ型の導入）などを行う。
③グラフェンのLaplacian型電極への転写：H28年度は市販のグラフェンを方形状の基材に転写する技術を確立したことから、H29年度はパターン生成した上で転写する技術の確立を目指す。パターニングにはレジストを用いたフォトリソグラフィを応用する。転写対象は②で製作した金材を使用したLaplacian型電極とする。転写に成功した後には、金とグラフェンの電極を用いてMSNAならびにSSNAを計測し、比較によりS/N向上に寄与するかを検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計測系に不具合が生じ、問題個所の同定に時間がかかり、一部の実験の実施が次年度になる恐れが生じた。そのため、謝金等に充てられる予算を一部繰り越し、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
年度の早い段階で実験を遂行し、謝金として次年度使用額分を使用する。また、愛知医科大学での実験実施の目途を早めに立て、愛知医科大への旅費も使用していく。
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