| 研究課題/領域番号 |
20K11924
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| 研究機関 | 帝京科学大学 |
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研究代表者 |
内田 恭敬 帝京科学大学, 生命環境学部, 教授 (80134823)
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| 研究分担者 |
本間 信生 帝京科学大学, 医療科学部, 教授 (20252017)
大久保 英一 帝京短期大学, 帝京短期大学, 准教授 (30529722)
舩山 朋子 帝京科学大学, 医療科学部, 准教授 (20460389)
堀 和芳 帝京科学大学, 生命環境学部, 准教授 (60850302)
浅野 泰仁 東洋大学, 情報連携学部, 教授 (20361157)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 下肢生体情報 / 体調変化 / 日常生活 / 機械学習 / 歩行状態 / インソールセンサ |
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| 研究実績の概要 |
足裏からの生体情報を得るために設置するセンサ位置の最適化を目的として、タブレットにリアルタイムで歩行時の圧力分布を表示できるインソールセンサを用いて測定を行った。当初からの予定とは異なり、メーカーの都合でセンサからの生データおよび画像データが得られないこととなったため、保存された画像の画面の動画を利用して圧力分布の分析を行った。インソールセンサからの信号は左右のそれぞれの足のつま先、かかと、内足および外足の合計8点である。微小な血流の変化測定ができるかは生データが得られていないため現状では確認できなかった。運動制限の有無や場所の違いについて作業療法士による分析を、タブレット画面を録画して検討した。制限の有無については、センサ数によらず比較的容易に判別できることがわかった。また、制限部位に関しては測定条件を十分検討したデータでないため若干偏りがあるが、判定者に依存することわかった。しかし、つま先や内足周辺のデータを得ることで精度良く分類することができることが初期的な機械学習により明らかとなった。これにより長時間測定時に膨大となるデータに対処するために必要なセンサ数を減らすための方針を見出すことができた。体調不良に関するアンケート調査を行った結果との相関も検討し、データマイニングに活用できるアンケート項目の改善点や、機械学習による分類の基礎も検討した。
改良したセンサアレイシステムを用いて透析患者の透析前後での体調変化として歩行バランスの分析を行い、歩行速度とセンサを左右の足で踏む数の差を特徴量として用いた機械学習により被験者の状態が3通り程度に分類することができ、下肢の血流や病気の症状との関連が指摘できる基礎的なデータを得た。
足裏調音に関してはノイズに影響されない方法の検討が重要であることからピエゾセンサの配置の検討が重要であることも分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
最大の理由は新型コロナウィルスの影響である。体表面への接触を伴う実験を行うのが大変難しいことである。透析患者の方は高齢者であり、基礎疾患をお持ちの方が多いので、病院での接触が非常に難しいのが現状である。また、測定時にも密にならないような配慮が必要であり測定機器の設置にも制限が生じる。健常者の測定に関しても直接身体にセンサを設置したりすることが制限される状況にあったため十分なテストが行えていないためである。研究者間でもZOOM上で打ち合わせを行っているが、県境を越えての移動が制限されていたことなどもあり、測定時の細かな状況が判明せず、データでの問題点などが判明しにくかったことによる。
足裏聴音の測定時の周辺の音の影響を削除するためLDF測定器を用いてスペクトル分析を行うことを試みたが、サンプリング周波数の問題で測定結果の対応が単純にはできないことが判明した。そのためSPO2などのデータが得られる光電脈波検出装置を用いることに切り替え、LDFの測定結果はスペクトルではなく波形等の確認にとどめることとした。しかし、予定していた脈波測定セットが、半導体部品の供給の遅れのため在庫がなく、納期が未定となり入手ができない状況である。また、１台のみ購入できた類似の測定セットのサポートもオンラインで外国とのやり取りのため詳細な事情が伝わらず動作確認ができていないためである。
インソールセンサに関しては、供給メーカーが事業から撤退したために、当初可能とされていたタブレットからの測定生データや画像を取り込むためのプログラム変更ができず、使用期間も限られたために別のインソールセンサを扱うメーカーを探す必要が生じ多くの時間が必要となったことによる。この問題については現在で新たなメーカーが見つかり改善のめどは立っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
インソールセンサを用いた研究に関しては、別のメーカーからシステムをレンタルすることにより、実験の継続と、より高度な分析が可能となった。このシステムではサンプリングモードが選べるので目的とする長時間測定や個別の動作に関しての測定と解析を行い、従来から行っている心拍等のスペクトル分析結果と比較検討して精度の向上を目指す。圧力センサの動画を分析に扱うことが可能であるとのことなので、総合的な解析も可能となる。これらの結果をもとに、研究協力者に依頼して被験者の数を増やすことを行う。また、動作解析に関して新たなソフトを導入し、身体の姿勢を現すマーカーとそれらの数値データを求めより正確な分析を行う。
歩行バランスと体調の変化に関しては、病院の共同研究者らの協力により詳細なデータとの対応をとることにより得られたデータを機械学習により分析して体調変化とバランスの変化を明らかにして精度の向上を目指す。これが不可能な場合には高齢者や障がい者の体験セットを研究者が着用してデータ収集と分析を行う。
足裏聴音に関しては、CAVI検査の原理を応用して心音マイクを母指球付近へ設置し、血圧と脈波の測定結果から聴音が可能であることを確かめている。医療現場や日常生活において発生する機械音や人の声などがノイズとして大きく影響するので、複数のピエゾ素子の配置位置を検討することで音源分離を検討する。また、これと並行して現在入手できている光電脈波やSPO2測定が可能な装置からのデータに関しても、歩行時に生じると考えられるノイズ対策をLDF測定器から得られる波形のみのデータと比較して体調変化検出について研究を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍のため当初予定していた国際会議参加のための参加費と旅費が繰り越しになったことおよびインソールセンサの購入のため費用が業者の撤退により購入が不可能になった。また、研究者及び研究協力者間での測定準備や測定データ解析のための打ち合わせがオンラインのみで行われたため、共同研究者がそれぞれ所属するキャンパスにおける測定や病院での測定が思うような回数行えなかったこと、その結果を研究者間で議論し、次のための改良の方針が思うように進まず、次のステップのための装置の改良ができなかった。
今回の中心となる予定であった海外メーカーが販売しているブルートゥース機能を搭載した脈波、血中酸素飽和度SPO2および体温を同時に測ることができるウェアラブルセンサの複数個の購入がコロナ禍により半導体部品不足を生じたため、テストで購入した1セット以外全く購入することができなかったためである。
今年度は国際会議での発表を2件予定しており、インソールセンサシステムに関しても一部購入を含んだシステム利用を準備中である。コロナ禍に関しての制約が提言されつつあるので研究協力者の勤務先での測定も可能性が見えてきており、積極的に研究費を使用していく予定である
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