世界保健機関(WHO)が「COVID-19(新型コロナウイルス感染症)を、パンデミック(世界的な大流行)に至る感染症」と認識したのは2020 年3 月11 日である。現在(2021 年4 月)、 世界の感染者数は一億三千万を超え、国内の感染数も五十万人に達しようとしている。コロナ患者の典型的な症状・徴候は発熱、空咳、喀痰、咽頭痛、頭痛、下痢などで、社会生活にてウイルスの感染を未然に防ぎ、感染者を早期に発見し、感染後の重傷化を防ぐ手段として、「N 95 マスク」「非接触体温計」「パルスオキシメータ」などが挙げられる。COVID-19 の感染経路としては、 ウイルスが付着した手で鼻や目や口を触ることによる「接触感染」と、咳やくしゃみによる「飛沫感染」があることから、身体に直接触れない「非接触計測」が注目されている。非接触による温度計測は、放射される赤外線のエネルギー量を測定するもので、コロナ禍において「空港でのウイルス感染者のスクリーニング」や「簡便な症状評価」に役立つことから、広く普及している。このような非接触計測は感染のリスクが低いだけでなく、連続的なモニタリングも可能であることから、医療や福祉の領域では体温計測以外にも、血圧や心拍の測定や介護での見守り等、多様な計測法や装置の研究開発が行われている。
本書では、コロナ禍そして社会の高齢化に伴い急速に需要が高まっている非接触モニタリングの状況と有用性を理解すると共に、新規なデバイスや計測&情報技術による将来の非接触バイタル評価の可能性と今後の展開に焦点をおき、第一編では近未来の医療や介護、日常生活に求められる「次世代の非接触モニタリング」に向けた要素技術と応用について、第二編では特に、 循環器疾患の予防と日常での健康管理の基本となる非接触による血圧評価に関して、第三編では非接触による心拍・脈拍センシングとその応用、そして第四編では、医療・介護現場にて重要性が増している非接触による「非接触による診断や見守り技術」について、当該領域にて活躍されている第一線の研究者に最新の研究および世界の動向を概説していただいた。本書が医療・健康・福祉の領域および関連産業の発展の一助になることを心より願うものである。
目次
【第1編:次世代の非接触モニタリングに向けた要素技術と応用】
第1章 非接触バイオ計測のための高感度な生体ガスセンシングと動画像イメージング
1 はじめに
2 非接触評価および診断のための呼気アセトン計測
2.1 バイオ蛍光法を用いたアセトン用スニファ
2.2 呼気アセトン計測(有酸素運動,糖尿病疾患)
3 飲酒後の経皮エタノールガスの連続計測およびリアルタイム・イメージング
3.1 ガス濃縮装置とバイオスニファを用いた皮膚ガスモニタリング
3.2 酵素メッシュを用いた経皮ガス動画像化(イメージング)
4 まとめ
第2章 レーダによる非接触バイタルサイン計測技術
1 はじめに
2 使用技術
2.1 CWレーダによる振動検出の原理
2.2 独立成分分析による心拍と呼吸信号の分離
2.3 MIMOレーダによる姿勢変化への対応
3 アンテナの偏波と設置
3.1 実験機材
3.2 測定結果
4 レーダシステムの開発
5 実験
6 結言
第3章 マイクロ波ドップラーセンサを用いた非接触生体認証技術
1 生体認証と心拍
2 非接触心拍計測と時間周波数解析
2.1 マイクロ波ドップラーセンサを用いた非接触心拍計測
2.2 時間周波数解析
3 ドップラー波を用いた生体認証
3.1 ドップラー波からのID抽出
3.2 認証
4 性能評価
5 まとめ
第4章 顔画像による非接触心拍計測とストレスや感情の推定
1 5バンドカメラを用いた非接触心拍計測法(従来法)
1.1 撮影環境
1.2 関心領域の決定
1.3 信号取得と前処理
1.4 時間軸の独立成分分析
1.5 ピーク検出
1.6 精度検証
1.7 心拍変動スペクトログラム
2 RGBカメラを用いた色素成分分離に基づく非接触心拍計測法(提案法)
2.1 色素成分分離手法
2.2 空間軸の独立成分分析
2.3 顔画像に対する色素成分分離
2.4 脈波検出方法
3 実験(RGBカメラを用いた提案法の有効性の検証)
3.1 実験手法
3.2 実験結果
3.3 考察
4 情動(感情)のモニタリング
4.1 実験
4.2 実験結果
4.3 まとめと今後の課題
第5章 熱画像を用いた生体情報計測手法とその応用に関する研究
1 はじめに
2 呼吸数計測
2.1 熱画像からの呼吸数計測手法
2.2 技術的課題
3 呼吸量計測
3.1 熱画像からの呼吸量計測手法
3.2 技術的課題
4 個人識別への応用
4.1 熱画像を用いた個人認証手法
4.2 技術的課題
5 動脈の自動検出
5.1 熱画像からの橈骨動脈検出手法
5.2 技術的課題
6 メガネ検出
7 コンタクトレンズ検出
7.1 熱画像からのコンタクトレンズ検出手法
7.2 技術的課題
8 おわりに
第6章 動画による非接触睡眠計測技術
1 緒言
2 体動情報の計測方法
3 呼吸情報の計測方法
4 体動を用いた睡眠段階の推定
5 推定した睡眠深度の利用について
【第2編:非接触による血圧推定が拓く健康管理】
第7章 カメラからの脈波情報抽出,血圧推定と計測時の雑音低減
1 脈波抽出技術
1.1 光電容積脈波とは
1.2 カメラによる脈波抽出
1.3 環境光の変化による影響
2 顔の脈波による血圧推定技術
2.1 顔の検出,追従技術
2.2 脈波から血圧を推定する技術
2.3 体動の影響の評価
第8章 マイクロ波を用いた血圧の非接触測定の検討
1 はじめに
2 脈波と血圧の関係
3 実験概要
4 信号処理による測定データの前処理
5 脈拍数の推定結果
6 血圧の推定結果
7 5.6 [GHz] マイクロ波を利用した血圧推定精度向上の検討
8 まとめと今後の展望
第9章 就寝時における画像解析を用いた脈波測定法の検討
1 はじめに
2 方法
2.1 撮影システム及び測定実験
2.2 解析方法
2.3 分析方法
3 結果
3.1 心拍数
3.2 映像脈波伝播速度と血圧の関係
4 考察
5 結論
第10章 多波長顔画像の空間特徴量に基づく遠隔血圧計測
1 顔画像の空間特徴量に基づく血圧推定法
2 顔面可視画像と顔面赤外画像を併用した血圧推定
2.1 THHDA法
2.2 計測システム
2.3 評価結果
3 顔面可視画像に基づく血圧推定
3.1 計測システム
3.2 解析方法
3.3 評価結果
4 顔面近赤外画像に基づく血圧推定
4.1 計測システム
4.2 解析方法
4.3 評価結果
5 顔面赤外画像に基づく血圧推定
5.1 計測システム
5.2 解析方法
5.3 評価結果
6 おわりに
第11章 映像脈波に基づくクラウド型体調モニタリング・システム
1 はじめに
2 目的
3 方法
3.1 原理
3.2 システムの構成
3.3 カメラ映像あるいは映像ファイルのブラウザ経由によるアップロード
3.4 解析対象領域の自動設定と安定化
3.5 映像脈波信号の抽出とモザイク表示
3.6 自律神経系指標
3.7 自動多変量解析機能
4 結果および考察
5 おわりに
【第3編:非接触による脈拍・心拍推定が拓く医療への応用】
第12章 レンジイメージングセンサによる非接触心拍計測
1 はじめに
2 非接触心拍計測と心拍変動
3 心臓の機械現象
4 レンジイメージングに基づく三次元復元
5 ハイブリッドステレオ法による非接触心拍計測
5.1 計測システムの概要
5.2 心拍波形の抽出
5.3 心拍の可視化
6 おわりに
第13章 顔特徴点の変動値を用いた剛体ノイズ除去による顔映像からの高精度な心拍推定法とその応用
1 はじめに
2 提案手法
3 評価実験
3.1 実験条件
3.2 実験結果
4 まとめ
第14章 シート型圧電センサによる無拘束心拍計測
1 はじめに
2 各種心拍計測手法における拘束と無拘束
3 シート型圧電センサ
4 心拍信号の抽出
5 ウェルネス計測システム
5.1 制御ボックス
5.2 データ収集サーバ
5.3 データ監視サーバ
5.4 睡眠ステージ推定サーバ
6 まとめと今後の課題
第15章 マイクロ波反射計による非接触および着衣状態での心臓拍動の同定
1 はじめに
2 マイクロ波反射計のしくみ
3 マイクロ波反射計の安全性と倫理性
4 マイクロ波反射計による心拍変動の評価と実験例
5 マイクロ波反射計による不整脈の検出
6 マイクロ波反射計による生存確認
7 おわりに
【第4編:医療・介護現場での実用に向けた非接触モニタリング】
第16章 ベッド脚下荷重センサによる無拘束・非接触生体情報取得
1 はじめに
2 入院患者での患者監視モニターケーブル装着:メリット,デメリット
3 一般病棟入院患者の急変:予後不良な夜間発生心停止
4 入院中の患者容態急変:医療者は予測,対応できているか?
5 一般病棟での呼吸数測定の臨床的意義
6 非拘束呼吸数連続モニタリングの臨床的有用性:実現するために求められる基本設計
7 非拘束呼吸数計測を困難にする体動
8 ベッド脚下の荷重計による呼吸数測定:原理と正確性
9 最後に:非拘束生体情報モニタリングの社会的活用
第17章 ビジョンセンサを用いた非接触・非拘束なロコモ診断
1 はじめに
2 ロコモの要因抽出
2.1 ロコモ要因抽出のためのデータセット
2.2 主成分分析による要因解析
3 ビジョンセンサ(Kinect)による要因候補の取得
4 NNを用いた診断モデル
5 検証
5.1 検証条件
5.2 検証結果
6 まとめ
第18章 感圧センサシートを用いた慢性呼吸器疾患対応在宅見守り機器開発の試み
1 はじめに
2 無拘束タイプ簡易睡眠時無呼吸症候群スクリーニング機器 スリープ・アイⓇ
3 スリープ・アイⓇを改良した在宅見守り機器の開発
3.1 改良センサシートから測定した呼吸数の妥当性
3.2 1週間の在床・離床記録
3.3 呼吸数,呼吸波形,体動,荷重域,SpO2,脈拍数のトレンド表示機能
4 おわりに
第19章 単眼カメラによる姿勢推定情報を用いた転倒リスク予測技術
1 はじめに
2 従来手法
3 提案手法
3.1 概要
3.2 撮影条件
3.3 時系列の姿勢情報の抽出
3.4 5 m歩行区間と1歩の抽出
3.5 特徴量設計
4 実験
4.1 評価データ
4.2 実験方法
4.3 実験結果
4.4 考察
5 おわりに
第20章 マイクロ波ドップラーセンサーによる非接触バイタルセンシング
1 はじめに
2 非接触バイタルセンシング技術
3 主要技術
3.1 高精度なバイタル検知を実現するノイズ除去技術(取得したバイタル情報から呼吸,脈拍や体動だけを抜き取る信号抽出技術)
3.2 人の動きから呼吸,脈拍を弁別し体の状態を見える化したバイタルセンシング技術
3.3 呼吸や脈拍のゆらぎ解析からストレス,眠気,集中度,疲労度を数値化し心の状態を“見える化”したメンタルセンシング技術
3.4 脈拍のゆらぎを多次元解析し喜怒哀楽などの感情を数値化し見える化したエモーショナルセンシング技術
4 製品紹介
5 ターゲット市場
