日常生活中の生体情報モニタリングに向けたウェアラブル脈波計の開発

本研究は生活習慣病の予防,利用者の生活の質を高めるために,運動時の循環系モニタリグとして脈波を用いたウェアラブル機器の開発を目的としている.脈波は他の生体信号に比べ,非侵襲かつ簡便に計測可能であり,心拍に連動した周期性を持つだけでなく,血中酸素飽和度や呼吸数,血圧等の循環機能に関する多岐にわたる情報を持つ.脈波とは一般的に脈動成分(AC成分)のことを示すが,実際の計測信号ではAC成分の他に,静脈やその他の生体組織の散乱光や反射光を反映する変化の緩やかな成分(DC成分)からなり,DC成分の計測信号に占める割合は大きい.しかしながら体動時では計測部位に加わる加速度によって計測範囲の血流量に変動が生じ,計測信号にアーチファクトが重畳するため,安静時以外での脈拍数のモニタリングが困難となる.そこで本研究は,計測信号中に占めるAC成分,DC成分の割合に着目し,従来の信号処理によるアーチファクト除去に加え,計測手法に対するハード面からのアプローチもあわせて行い,高精度ウェアラブル脈波計の実現を考えた.開発した装置は計測できる箇所を問わない反射形であり,計測領域に着目し計測光に緑色光を取り入れた結果,従来の近赤外光電脈波計よりもアーチファクトの影響を軽減できた.また作製したウェアラブル脈波計を用いて日常生活のモニタリングを想定した検証を行った.主に運動中の脈拍数モニタリングに着目し,生活習慣病への運動療法で用いられる,運動時の心拍数を基準とした運動強度設定への応用や,運動中の脈拍数の急激な変動から不整脈を推定する不整脈検出アルゴリズム,およびこれら結果の被験者への通知プログラムの検証を行った.

本研究は生活習慣病の予防,利用者の生活の質を高めるために,運動時の循環系モニタリグとして脈波を用いたウェアラブル機器の開発を目的としている.脈波は他の生体信号に比べ,非侵襲かつ簡便に計測可能であり,心拍に連動した周期性を持つだけでなく,血中酸素飽和度や呼吸数,血圧等の循環機能に関する多岐にわたる情報を持つ.脈波とは一般的に脈動成分(AC成分)のことを示すが,実際の計測信号ではAC成分の他に,静脈やその他の生体組織の散乱光や反射光を反映する変化の緩やかな成分(DC成分)からなり,DC成分の計測信号に占める割合は大きい.しかしながら体動時では計測部位に加わる加速度によって計測範囲の血流量に変動が生じ,計測信号にアーチファクトが重畳するため,安静時以外での脈拍数のモニタリングが困難となる.そこで本研究は,計測信号中に占めるAC成分,DC成分の割合に着目し,従来の信号処理によるアーチファクト除去に加え,計測手法に対するハード面からのアプローチもあわせて行い,高精度ウェアラブル脈波計の実現を考えた.開発した装置は計測できる箇所を問わない反射形であり,計測領域に着目し計測光に緑色光を取り入れた結果,従来の近赤外光電脈波計よりもアーチファクトの影響を軽減できた.また作製したウェアラブル脈波計を用いて日常生活のモニタリングを想定した検証を行った.主に運動中の脈拍数モニタリングに着目し,生活習慣病への運動療法で用いられる,運動時の心拍数を基準とした運動強度設定への応用や,運動中の脈拍数の急激な変動から不整脈を推定する不整脈検出アルゴリズム,およびこれら結果の被験者への通知プログラムの検証を行った.