胃電図を人間工学へ応用するための信号処理・可視化法に関する研究

胃电图应用于人体工程学的信号处理和可视化方法研究

基本信息

批准号：
06J07842
负责人：
松浦康之
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Nagoya City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

経皮的胃電図を対象として、人間工学などの分野で、疾病診断・予防、生体状態の推定、製品のヒューマンインターフェイス評価へ応用するための計測方法・評価指標の開発を目的としている。本年度は、胃電図による生体状態評価向上を目指し、胃電図時系列の統計的性質の検証および、胃腸運動の活性分布の可視化法の開発を主な目標とし、以下の結果を得た。1.座位・仰臥位時における胃電図・心電図・脈波・脳波の測定を行った。2.胃電図のカオス性の判定のために、遅れ時間と埋め込み次元を変動させて、リアプノフ指数を求めた。その結果、いずれを変動させても、時系列のカオス性の判定結果は変化しなかった。しかし、遅れ時間を固定して埋め込み次元の次数を大きくすると、最大リアプノフ指数が単調減少する傾向が見られた。このことから、胃電図解析に最大リアプノフ指数を使用する際には、遅れ時間と埋め込み次元を固定して算出する必要があることが示唆された。3.胃電図による身体状態(座位・仰臥位)の評価のための可視化方法の提案を行った。可視化方法として、非線形性の特徴を示すアトラクタと、アトラクタをベースとした六面体による表示方法を行った。その結果、座位では胃腸の動きは比較的安定し、座位から仰臥位の姿勢変換直後において胃腸運動が活発になっていることが確認された。4.先行研究より明らかになっている胃の蠕動運動を模擬するVan der Pol方程式に他臓器からの影響を周期信号と白色雑音として付加し、確率共鳴現象をもつ非線形確率過程の確率微分方程式によって、胃電図の数理モデルの記述を行った。実測胃電図時系列と提案モデルより生成した時系列を、統計的指標を用いて比較した結果、提案モデルから生成した時系列の統計的性質が胃電図時系列の統計的性質と類似していることが確認され、提案モデルが実際の生体状態を高精度で模擬していることが確認できた。

目的是开发经皮胃电图的测量方法和评估指标，可应用于人体工程学疾病诊断和预防、生物状况估计以及产品的人机界面评估等领域。今年，为了改进胃电图对生物状况的评估，我们的主要目标是验证胃电图时间序列的统计特性，并开发一种可视化胃肠运动活动分布的方法，并获得了以下结果。 1.坐位、卧位测量胃心电图、心电图、脉搏波、脑电图。 2. 为了确定胃电图的混沌性质，通过改变延迟时间和嵌入维数来计算李亚普诺夫指数。结果，无论改哪一项，判断时间序列混沌性质的结果都没有改变。然而，当延迟时间固定并且嵌入维数增加时，最大李亚普诺夫指数趋于单调减小。这表明在使用最大Lyapunov指数进行胃电图分析时，需要固定延迟时间和嵌入维数。 3.我们提出了一种利用胃电图评估身体状况（坐位/仰卧位）的可视化方法。作为可视化方法，我们使用了具有非线性特性的吸引子以及基于吸引子的六面体显示方法。结果证实，在坐位时胃肠运动相对稳定，并且在从坐位改变姿势至仰卧位后胃肠运动立即变得活跃。 4. 将其他器官的影响作为周期信号和白噪声添加到模拟胃蠕动运动的 Van der Pol 方程（之前的研究已揭示）和非线性随机过程的随机微分方程中使用随机共振现象，描述了胃电图的数学模型。通过使用统计指标比较测量的胃电图时间序列和从提出的模型生成的时间序列，我们发现从提出的模型生成的时间序列的统计特性与胃电图时间序列的统计特性相似。证实所提出的模型能够高精度地模拟实际的生物条件。