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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of sheet-type pulse wave sensor system and visualization of blood flow networks

Research Project

Project/Area Number 19H01174
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

関谷 毅  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80372407)

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)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywordsフレキシブルエレクトロニクス / 高感度振動センサ
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。

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”」

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。

  • Research Products

    (24 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Int'l Joint Research] JOANNEUM RESEARCH(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      JOANNEUM RESEARCH
  • [Journal Article] Printable Transparent Microelectrodes toward Mechanically and Visually Imperceptible Electronics2020

    • Author(s)
      Takemoto Ashuya、Araki Teppei、Uemura Takafumi、Noda Yuki、Yoshimoto Shusuke、Izumi Shintaro、Tsuruta Shuichi、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Advanced Intelligent Systems

      Volume: 2 Pages: 2070105~2070105

    • DOI

      10.1002/aisy.202070105

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flexible neural interfaces for brain implants-the pursuit of thinness and high density2020

    • Author(s)
      Araki Teppei、Bongartz Lukas M、Kaiju Taro、Takemoto Ashuya、Tsuruta Shuichi、Uemura Takafumi、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Flexible and Printed Electronics

      Volume: 5 Pages: 043002~043002

    • DOI

      10.1088/2058-8585/abc3ca

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 透明フレキシブル電気化学トランジスタの印刷作製と周波数特性の評価2021

    • Author(s)
      西村和也, 荒木徹平, 竹本明寿也, 桐山一輝, 秋山実邦子, 笠井夕子, 栗平直子, 植村隆文, 関谷毅
    • Organizer
      第27回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム
  • [Presentation] 光パターニングによるフレキシブル有機トランジスタの閾値電圧制御2021

    • Author(s)
      田口剛輝, 植村隆文, 難波直子, Andreas Petritz, 荒木徹平, 杉山真弘, 関谷毅
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 超柔軟な透明配線技術の開発と高耐久エレクトロニクスへの応用2021

    • Author(s)
      荒木徹平,竹本明寿也,笠井夕子, 栗平直子,根津俊一,飯田博一,植村隆文,関谷毅
    • Organizer
      第27回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム
  • [Presentation] 炭素配線シートを使った長寿命電源システムの間欠動作における電源電圧2021

    • Author(s)
      野村昌弘, 森時彦, 田中稔彦, 桑原章史, 瀬下雄一, 関谷毅, 桜井貴康
    • Organizer
      2021年 電子情報通信学会 総合大会
  • [Presentation] フレキシブル有機トランジスタの生体センサへの応用2020

    • Author(s)
      植村隆文、関谷毅
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサエティ大会
    • Invited
  • [Presentation] 医療応用可能な高透明・高伸長な生体適合性電極の開発2020

    • Author(s)
      荒木 徹平,吉本 秀輔,植村 隆文,栗平 直子,笠井 夕子,宮崎 愛子,根津 俊一,飯田 博一,関谷 毅
    • Organizer
      第30回マイクロエレクトロニクスシンポジウム
  • [Presentation] 自己組織化単分子膜に覆われた単一金ナノワイヤのノイズ特性評価2020

    • Author(s)
      高根慧至、野田祐樹、豊嶋尚美、根津俊一、荒木徹平、植村隆文、関谷毅
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 自己組織化単分子膜に覆われた単一金ナノワイヤのノイズ特性評価2020

    • Author(s)
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 根津俊一, 荒木徹平, 植村隆文, 関谷毅
    • Organizer
      第76回産研学術講演会
  • [Presentation] Flexible Sheet Sensors to Monitor Biosignals2020

    • Author(s)
      Teppei Araki, Takafumi Uemura, Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      9th imec Handai International Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Flexible and Transparent Sensor Materials Toward a Fully Implantable Brain-Measurement System2020

    • Author(s)
      Teppei Araki, Shusuke Yoshimoto, Hiroki Hamanaka, Yuki Noda, Takafumi Uemura, Toshikazu Nezu, Shuichi Tsuruta, Masayuki Hirata, Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2020 Materials Research Society (MRS) fall meeting & exhibit, Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フレキシブルデバイスで創るデジタル社会基盤2020

    • Author(s)
      関谷毅
    • Organizer
      地域企業イノベーション支援事業・フレキシブル3D実装コンソーシアム 公開シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] フレキシブルセンサ素材を利用する完全埋込可能な脳計測システムの開発2020

    • Author(s)
      荒木徹平, 吉本秀輔, 濱中裕喜, 野田祐樹, 植村隆文, 根津俊一, 鶴田修一, 平田雅之, 関谷毅
    • Organizer
      第57回日本臨床神経生理学会技術講演会
  • [Presentation] Low-Noise Biosignal Monitoring with Ultra Flexible Transistors2020

    • Author(s)
      Takafumi Uemura, Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      The 27th International Display Workshops (IDW 20)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultra-Low-Noise Organic Biosignal Amplifier with Flat Stamp Parallel Printed Electrodes2020

    • Author(s)
      Takafumi Uemura, Tomoharu Kimura, Yayoi Shibafuji, Takeshi Suyama, Hiroyuki Ueno, Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2020 Virtual MRS Spring/Fall Meeting & Exibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面分子修飾された単一金ナノワイヤのノイズ特性変化2020

    • Author(s)
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 根津俊一, 荒木徹平, 植村隆文, 関谷毅
    • Organizer
      応用物理学会 KOSEN SC 第2回 VR学術講演会
  • [Presentation] 光パターニング可能な有機トランジスタの閾値電圧制御2020

    • Author(s)
      田口剛輝, 植村隆文, 難波直子, Andreas Petritz, 杉山真弘, 荒木徹平, 野田裕樹, 関谷毅
    • Organizer
      応用物理学会 KOSEN SC 第2回 VR学術講演会
  • [Presentation] 透明有機電気化学トランジスタの作製と評価2020

    • Author(s)
      西村和也, 荒木徹平, 竹本明寿也, 桐山一輝, 秋山実邦子, 笠井夕子, 栗平直子, 植村隆文, 関谷毅
    • Organizer
      フレキシブル・ストレッチャブル・エレクトロニクス研究会
  • [Remarks]

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/aed/japanese/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 生体信号計測装置2021

    • Inventor(s)
      関谷毅他3名
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-022697
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 計測装置2020

    • Inventor(s)
      関谷毅他2名
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-095710
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 振動センサおよび圧電素子2020

    • Inventor(s)
      関谷毅他6名
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-186773

URL: 

Published: 2021-12-27  

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