2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of sheet-type pulse wave sensor system and visualization of blood flow networks
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19H01174
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
関谷 毅 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80372407)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 徹平 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (10749518)
植村 隆文 大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (30448097)
野田 祐樹 大阪大学, 産業科学研究所, 特任助教(常勤) (30784748)
和泉 慎太郎 神戸大学, システム情報学研究科, 准教授 (60621646)
吉本 秀輔 大阪大学, 産業科学研究所, 招へい教員 (80755463)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フレキシブルエレクトロニクス / 高感度振動センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フレキシブル生体信号計測シートを用いて、ヒトの「血流ネットワーク」を定量的にワイヤレス計測できる“パッチ式血流センサシステム”を開発する。高感度な振動センサフィルムを多チャンネル化し、無線通信技術と融合する。これにより体に貼り付けるだけで、「多点の脈波」を同時計測し、脈波伝搬速度より、「血管硬度」、「血流ネットワーク」を計測できる“フレキシブル多点脈波センサシステム”を実現する。この時、ハードウェアのみならず「血流ビッグデータ」の解析アルゴリズムを情報工学の点から開発し、血流情報を“可視化”する。最終的には、家庭での手軽な脈波センサチェックで循環器系や 関連疾患に関する兆候を知らせてくれる“家庭内ヘルスケアシステムを提供する基盤技術”を構築することを本研究の目標とする。
初年度までにシステムの要素技術を確立し、二年目には実際に脈波が計測可能なシステム構築とそのシステムの最適化を行う予定で計画してきたが、これを順調に進めることができた。その成果として、2年目終了時において極めて優れた多チャンネルシート型振動計測システムを実現することができた。一連の成果は、世界的に権威ある査読付き欧文学術論文誌Nature Communicationsに掲載されることが決まるなど、従来にない高感度性と軽量性を両立させたシート型多チャンネル生体振動センサ（脈波センサシステム）と血流ネットワークの可視化技術にたどり着くことができた。
最終年度である三年目には、具体的な医療展開を目指して、医療機関との連携をより緊密に進める。医療や介護の現場で試行的に用いてもらいその有用性を実証する準備が2年目までに整い、これまでの成果がNature Communicaitonsに採択されたことは大きな成果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2年目までに開発してきたシステムが、世界的に権威ある欧文学術論文誌Nature Communicaitonsに掲載されることが決まった。論文タイトル「“Imperceptible energy harvesting device and biomedical sensor based on ultraflexible ferroelectric transducers and organic diodes”」
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である三年目には、具体的な医療展開を目指して、医療機関との連携をより緊密に進める。医療や介護の現場で試行的に用いてもらい、その有用性を検証する。この基本方針に基づき研究開発を進め、本プロジェクトで目指した「センサネットワークを活用した血管関連疾患の兆候診断システム」を実現する。
今年度（2年目）の実績に示す通り、開始から2年目までにすでにシステムの最適化を実行しているが、脈波データの詳細な解析技術の開発においてノイズキャンセリングアルゴリズムに未だ課題が残っている。特に、脈波計測時に混入する筋電や発汗などに伴う表面インピーダンスの変化といったノイズ成分を除去するための取り組みの必要性が明確となった。初年度より取り組んできた材料、デバイス、システムそれぞれの要素技術から発生するノイズを詳細に調べ、改めてノイズレベルを低減する取り組みを行う。これにより脈波と筋電成分を自動で見極めるための周波領域における 立成分分析（ICA）など、信号処理アルゴリズムの選定と実装をおこない、本システムをハードウェアとソフトウェアの両側面から最適化し、期間前半までに完成させる。期間後半は、医師とともに医療ニーズなどを正確に抽出するため、緊密に連携し、本格的な生体計測を行う。ここでは、システムの最適化のみならず、医師が使いやすいユーザーインターフェースなどを目指す。
2021年度が最終年度であるため、当初目標である「装着感なく違和感なく日常的な脈波ログを取得可能な基盤構築」を実現する。今年度までの成果で、これが実現できる準備が整った。
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