国立大学法人 長岡技術科学大学

情報・経営システム工学分野

情報・経営システム工学課程・専攻

研究概要

生体医工学という言葉をよく耳にしますが、医師と工学者のコミュニケーション、理解や知識が不足しており、医療現場が有する課題・ニーズが工学分野に十分行き届いていないのが現状です。当研究室では、医師とコミュニケーションをとりつつ、医療と工業の共創により新規的な事業や技術を生み出すべく、医学と工学が連携する医工連携の研究を推進しています。具体的な研究テーマは、医療現場における感性計測、機械学習を用いた手術器具の動態解析、医療機関に通う患者さんを対象とした遠隔バイタルサインモニタリングの実現に向けた研究などです。これらの研究により、医療従事者を支援するとともに、患者さんや高齢者をはじめとする生活者がより良い生活を送れるようにすることを目指します。

研究テーマ

【医療現場における感性計測】

医療従事者や医療教育を受ける医学生が共有する暗黙知（医学教育の経験値や手術の美しさなど）を解明することを目指し、手術時や医療教育受講時の医療従事者や医学生の生理・心理・行動状態などの感性情報から、手術や手術トレーニングのパフォーマンスなどを定量的に評価することを行っています。さらに、医療従事者が使用する手術器具やサージカルアシストスーツなどの使用感を感性計測により評価することも行っています。

（関連研究業績）

・Shiro Matsumoto, Hiroshi Kawahira, Kosuke Oiwa, Yoshitaka Maeda, Akio Nozawa, Alan Kawarai Lefor, Yoshinori Hosoya, Naohiro Sata, ”Laparoscopic Surgical Skill Evaluation with Motion Capture and Eyeglass Gaze Cameras: A pilot study,” Asian Journal of Endoscopic Surgery, 15(3), 619-628 (2022)

・Yoshitaka Maeda, Kosuke Oiwa, Tameto Naoi, Mitsuya Morita, Toshiki Mimura, Joji Kitayama, Hiroshi Kawahira, “Safety and effectiveness of a static wearable chair for patients requiring rehabilitation: A preliminary report,” Journal of Rehabilitation Medicine-Clinical Communications, 4, 1000071 (2021)

・Yoshitaka Maeda, Kosuke Oiwa, Shiro Matsumoto, Akio Nozawa, Hiroshi Kawahira, “Years of Experience is More Effective in Defining Experts in the Gaze Analysis of Laparoscopic Suturing Task than Task Duration,” Applied Ergonomics, 96, 103474 (2021)

（図）鏡視下手術トレーニング中の感情計測実験の様子（自治医科大学 メディカルシミュレーションセンターと共同で実施）

（図）手術室における感性計測実験の様子（自治医科大学と共同で実施）

【機械学習を用いた手術器具の動態解析】

手術手技を定量的に評価できる手法の確立を目指し、機械学習を用いて手術動画内より抽出した手術器具の動態解析により手術手技のうまさを定量的に評価する研究を行っています。

（関連研究業績）

・大岩孝輔, 前田佳孝, 松本志郎, 川平洋, 野澤昭雄, 「Mask-RCNNを用いた動画内の鏡視下手術器具の追尾と手術手技のうまさの定量評価」, 学習分析学会 2020年度 第2回研究会 (2020年12月6日)

（図）深層学習アルゴリズム（Mask RCNN）を用いた鏡視下手術器具先端のリアルタイム検出の様子（自治医科大学 メディカルシミュレーションセンターと共同で実施）

【多波長顔画像に基づく遠隔バイタルサインセンシング】

穿刺・採血することで計測可能な血糖値や、専用機器に付随する計測用カフを上腕などに巻きつけることで計測可能な血圧を、遠隔的に計測した多波長顔画像から推定することを目指します。多波長顔画像とは、可視・近赤外帯域で計測した顔色の情報を含む顔画像と赤外帯域で計測した顔の皮膚温度の情報を含む顔画像のことです。顔色や皮膚温度は皮膚血流により変動することが知られているため、多波長顔画像は遠隔的に計測可能な血行動態指標です。我々の研究室では、多波長顔画像の空間特徴量に基づき、血糖値や血圧などのバイタルサインを推定する技術開発を目指します。さらに、最近では血液透析患者さんの顔画像から透析中の血圧急変を予測するためのアルゴリズム構築の研究も進めています。

・大岩孝輔, 野澤昭雄, 「「非接触」が拓く新しいバイタルサインモニタリング ー革新的な健康管理と医療・介護への応用ー」, シーエムシー出版, 99-110 (2021)

・Kosuke Oiwa, Yusuke Ozawa, Kent Nagumo, Seiya Nishimura, Yasushi Nanai, Akio Nozawa, “Remote Blood Pressure Sensing Using Near-infrared Wideband LEDs,” IEEE Sensors Journal, 21(21), 24327-24337 (2021)

・Yuki lwashita, Kent Nagumo, Kosuke Oiwa, Akio Nozawa, “Estimation of Resting Blood Pressure Using Facial Thermal Images by Separating Acute Stress Variations,” Artificial Life and Robotics, 26(4), 473-480 (2021)

・Narushi Nakane, Kosuke Oiwa, Akio Nozawa, “Relationships between Mechanisms of Blood Pressure Change and Facial Skin Temperature Distribution,” Artificial Life and Robotics, 25(1), 48-58 (2020)

（図）多波長顔画像の空間特徴量に基づく遠隔バイタルサインセンシングの流れ（青山学院大学 野澤研究室・防衛大学校 七井研究室・自治医科大学 メディカルシミュレーションセンター・神奈川工科大学 鈴木研究室と共同で実施）