生体センシング技術開発の現状と

研究開発のポイント

発刊・体裁・価格

発刊　　2024年2月16日　　定価　　61,600円 (税込(消費税10％））
体裁　　B5判　228ページ　　ISBN　978-4-86502-263-6　　　→詳細、申込方法はこちらを参照

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本書のポイント

◎様々な生体データの測定方法や測定データの活用法がわかる。
◎生体センシングにおける各要素技術の現状や生体信号処理時の留意点を解説

★脳波・心電・脈波・血圧・血糖・血流量・目線の生体データ測定の方法と注意点

★生体センシングの製品開発における各要素技術をそれぞれ解説。
　＞ウェアラブルセンサの注目技術とは？
　＞ウェアラブル端末でのアンテナ技術の現状と設計の方法とは？
　＞生体センシングにおける回路設計の考え方とは？
　＞生体用の電池技術開発の現状は？
　＞ストレッチャクブルデバイスの材料にはどのような種類があるか？
◎多変量生体信号処理における方法論や考え方とは？

◎生体センシング技術を利用した製品開発・研究事例を多数紹介。

執筆者一覧（敬称略）

杉本　 千佳 (横浜国立大学)
加納 慎一郎 (芝浦工業大学)
京相　 雅樹 (東京都市大学)
杉田　 典大 (東北大学)
中島　 章夫 (杏林大学)
中村　 昌人 (NTT 物性科学基礎研究所)
澤田　 廉士 (Palmens 株式会社)
鈴木　　 聡 (神奈川工科大学)
割澤　 伸一 (東京大学)
村松　 大陸 (電気通信大学)
井上　 敏之 (滋賀県立大学)
岸根　 桂路 (滋賀県立大学)
山田　 博俊 (長崎大学)
太田　 裕貴 (横浜国立大学)
阪田　　 治 (東京理科大学)
長島　 一樹 (北海道大学)
松井　 智一 (奈良先端科学技術大学院大学)
工藤　 寛樹 (京都橘大学)
安在　 絵美 (奈良女子大学)
太田　 裕治 (お茶の水女子大学)
伴 　　祐樹 (東京大学)
百瀬　 英哉 (株式会社スキノス)
戸髙　 惣史 (AIREX 株式会社)
笈川　 大介 (AIREX 株式会社)
柚山　 賀彦 (大阪公立大学)

目次

第1章　生体センシングにおける概要
1.ニーズの高い生体計測技術
2.生体センシングを利用した技術開発
3.生体センシングの要素技術


第2章　生体計測の概要

第1節　脳波計測方法の概要
1.脳波計測における技術的背景
　1.1　脳波の発生器所と信号の性質
　1.2　脳波と他手法との比較
　1.3　雑音の種類
　　1.3.1　内部雑音
　　1.3.2　外部雑音
　　1.3.3　アーチファクト
　1.4　電極の電気化学的特性
　1.5　微小信号計測における差動増幅の必要性
2.脳波の計測・解析方法と注意点
　2.1　誘導方法と電極配置の決定
　2.2　電極の設置とインピーダンスのチェック
　2.3　増幅器への入力とPC 収録
　2.4　計測パラメータ設定
　2.5　脳波計測実験前のチェック
　2.6　被験者の取り扱いに関する注意点
　2.7　計測信号の解析およびオンライン処理
3.脳波計測のためのハードウェア
4.脳波計測の応用事例：BCI について
　4.1　BCI の概要
　4.2　BCI の種類

第2節　心電計測方法の概要
1.心臓の電気活動
　1.1　心臓の構造と興奮伝導系の分布
　1.2　興奮の発生・伝導と心臓のポンプ機能
　1.3　特殊心筋細胞の膜電位変化と心起電力の発生
　1.4　興奮伝導と心電図
2.心電計測法
　2.1　生体電位の計測法
　　2.1.1　生体電位計測の概要
　　2.1.2　双極誘導
　　2.1.3　単極誘導
　2.2　標準12 誘導心電図の測定原理
　　2.2.1　概要
　　2.2.2　電極配置の理論
　　（1）Einthoven の正三角形
　　（2）Wilson の中心電極法
　　（3）Goldberger の平均電極法
　　2.2.3　標準肢誘導
　　2.2.4　単極肢誘導（増高肢誘導）
　　2.2.5　単極胸部誘導
　2.3　その他の誘導法
　　2.3.1　NASA 誘導
　　2.3.2　心電モニタに用いられる誘導
　2.4　心電計測の機器
　　2.4.1　概要
　　2.4.2　差動増幅器
　　2.4.3　フィルタ
　2.5　計測用電極
　　2.5.1　電極に用いられる素材
　　2.5.2　皮膚- 電極接触面で発生する電気化学現象と生体電気計測

第3節　脈波の原理と計測方法の概要
1.脈波とは
2.一般的な脈波計測
3.非接触での脈波計測

第4節　血圧計測方法の概要
1.観血式血圧計
2. 非観血式血圧計
　2.1　コロトコフ法（聴診法）
　2.2　オシロメトリック法

第5節　血糖値測定方法の概要と非侵襲グルコースセンサの現状
1.血糖値測定方法の比較
2.非侵襲グルコースセンサの現状

第6節　レーザードップラー法を使った血流量計測方法の概要
1.レーザードップラー法を利用した血流量の測定理論の概要
　1.1　2 種類のドップラーセンサ
2. 血流量測定の意義とその測定原理
　2.1　血流量測定の意義
　2.2　血流量測定原理
3.接触圧測定の意義とその接触圧測定原理
　3.1　血流量と同時に接触圧を測定する意義
　3.2　接触圧測定原理
　3.3　同時測定例
4.マイクロレーザ血流量センサの応用
　4.1　運動効果の個人差検出

第7節　アイトラッキング計測方法の概要
1.眼のはなし
2.眼球運動の計測
　2.1　角膜反射法
　2.2　強膜反射法
　2.3　眼電図法
　2.4　サーチコイル法
3. 視覚情報獲得　認知のはなし
　3.1　用語と注視の定義について
　3.2　視覚情報獲得の複雑さ
4.得られたデータの解釈
5.アイトラッキング分析の例


第3章　生体センシング関連製品における要素技術

第1節　ウェアラブルデバイスにおけるセンサー技術概要とデータ活用
1.ウェアラブルデバイスの形態
　1.1　スマートウォッチ
　1.2　スマートリング
　1.3　スマートグラス
　1.4　スマートイヤホン
　1.5　スマートシューズ
　1.6　スマートウェア
2.ウェアラブルデバイスの生体情報センシング注目技術
　2.1　心理情報の推定
　2.2　バイオマーカーの連続モニタリング
3.ウェアラブルデバイスの生体情報センシングのデータ活用

第2節　ウェアラブル端末の通信アンテナ技術開発
1.ウエアラブブルへルスケアとWireless Body Area Network技術
2.ウェアラブル端末と平面アンテナ技術
3.矩形パッチアンテナの設計解析例
4.人体通信技術
5.デュアル動作アンテナの設計例
　5.1　提案アンテナの構造と解析モデル
　5.2　反射係数
　5.3　放射効率と電解分布
　5.4　放射パターン
　5.5　比吸収率による生体安全性評価

第3節　生体センシングにおける回路設計の考え方と技術開発
1.生体センシングシステムの概要
　1.1　生体センシングに用いられる各種センサの概要
　1.2　生体センシングシステムの概要
2.アナログフィルタの設計手法と応用例
　2.1　受動フィルタ
　2.2　能動フィルタ
　2.3　アナログフィルタの応用例
3.ディジタルフィルタの設計手法と応用例
　3.1　ディジタルフィルタの分類
　3.2　FIR フィルタの設計手法
　3.3　FIR フィルタの応用例

第4節　安全な電池の技術開発
1. 主な電池
　1.1　一次電池
　1.2　二次電池（蓄電池）
　1.3　次世代蓄電池
2. 安全な電池としての全固体電池

第5節　ストレッチャブルデバイスにおける材料の技術開発
1.ストレッチャブルデバイスの概要
2.ストレッチャブルデバイスにおける基板材料
3.導電性材料
　3.1　伸縮性導電材料
　3.2　パーコレーション現象を利用した伸縮性導電材料
　(1)伸縮性導電材料の基材
　(2)伸縮性導電材料の導電性材料
　3.3　液体金属


第4章　多変量生体信号処理の考え方と留意点
1.生体信号の種類
　1.1　取得する生体信号の選定
　1.2　生体信号の取得対象の選定
2.生体信号処理の基本
　2.1　生体信号の前処理
　2.2　多チャンネル生体信号処理の基本
　2.3　多変量生体信号処理


第5章　生体センシングに関連した技術開発

第1節　呼気センシングにおける生体認証の技術開発
1.化学情報を利用した生体認証
2.呼気ガス成分分析による個人識別の可能性探索
3.人工嗅覚センサを介した呼気ガスセンシングによる個人識別
4.呼気ガス認証の社会実装へ向けた課題

第2節　人感センサを利用した建物内の居住者状態推定法の技術開発算
1.人感センサの種類と適用範囲
　1.1　PIR（パッシブ赤外線）人感センサ
　1.2　アクティブ赤外線人感センサ
　1.3　超音波センサ
　1.4　マイクロ波レーダーセンサ
2.人感センサデータの収集方法と考慮事項
　2.1　センサ設置の目的
　2.2　環境要因や外的要因の想定
　2.3　センサの検知範囲
3.人感センサデータに基づく機械学習による居住者状態推定のデータ測定機器と設定手法
　3.1　リサンプリング
　3.2　特徴量の生成
　　3.2.1　各人感センサの反応回数合計
　　3.2.2　各人感センサが反応したかどうかのフラグ
　　3.2.3　各人感センサが最後に反応してからの経過時間
　　3.2.4　センサ反応回数やセンサ値の乗算・除算
　　3.2.5　センサ値の統計量の算出（ある一定時間における平均、分散、最大値、最小値など）
4.人感センサデータに基づく居住者状態推定の研究手法と将来展望
　4.1 人感センサデータに基づく居住者状態推定の実験手法
　4.2　居住者状態推定手法の違いによる精度比較結果

第3節　温熱快適性と生体センシング
1.温熱快適性と生体センシング
　1.1　温熱快適性の概要
　1.2　温熱快適性の指標
　1.3　温熱快適性の評価における生体センシングの重要性
2.温熱快適性推定に使用される生体指標
3.温熱快適性推定と機械学習
4.温熱快適性推定と深層学習
　4.1　温熱快適性推定に用いられる深層学習手法
　4.2　深層学習を用いた事例紹介
5. 温熱快適性推定を用いた応用技術
6. まとめと今後の展望

第4節　健康支援を目指したインソール型歩行評価システムの開発と現場での利活用
1.歩行センシング技術の課題と研究開発の目的
　1.1　足から見る転倒リスク評価の必要性
　1.2　従来の歩行計測技術
　1.3　高齢者の健康支援現場の環境と求められる計測技術
2.インソール型歩行評価システムの開発と評価
　2.1　システム構成と計測原理
　2.2　センサの基礎特性
　2.3　センサ位置と各センサの感圧範囲
　2.4　無線化と小型化
　2.5　データの可視化とフィードバック
3.多世代に向けたスマートインソールシステムへの応用と今後の展望

第5節　VR 機器による生体計測
1.HMD の歴史
2.生体情報センシングHMD
　2.1　視線・表情センシングHMD
　2.2　心拍・呼吸センシングHMD
　2.3　脳波・脳血流センシングHMD
3.生体情報センシングHMD の活用可能性

第6節　皮膚発汗計測の手法と関連技術開発
1.発汗の基礎と活用
2.汗を測る技術
　2.1　定性法
　2.2　定量法
3.換気カプセル法を用いた発汗測定法と測定事例
　3.1　換気カプセル型発汗計の原理
　3.2　換気カプセル型発汗計を用いた発汗測定手順と留意点
　3.3　換気カプセル型発汗計の測定データ解析
　3.4　換気カプセル型発汗計を用いた発汗量測定例
4.換気カプセル法の原理を利用したウェアラブル発汗センサの開発

第7節　皮膚ガス計測における癌の早期発見の可能性について
1.皮膚ガス概要
2.皮膚ガス測定方法
　2.1　パッシブ・フラックス・サンプラー法
　2.2　測定原理
3.癌患者の皮膚表面から放散する皮膚ガスに関する研究例
　3.1　膵臓癌患者19 名および健常者16 名の放散フラックス
　　3.1.1　統計解析
　3.2　膵臓癌患者41 名および膵炎患者14 名の判別
　　3.2.1　統計解析


第6章　血糖（皮下グルコース）センシングの臨床運用と課題
1. 血糖測定の原理原則と意義
2. 皮下グルコースセンサー（Continuous Glucose Monitoring：CGM）の登場
3. CGM の拡張：ポンプとの連動
4. CGM 使用の弱点
5. 機器連携、治療の拡大と今後の展望への期待