| 講演名 | 2023-03-16 画像式光電脈波に対するリアプノフ指数の算出 中山 裕文(東京理科大), スヴィリドヴァ ニーナ(東京理科大), 池口 徹(東京理科大), |
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| 抄録(和) | 光電脈波とは，光を皮膚表面に照射した際の光の反射量の変化を計測した心血管系の生体信号である．光電脈波の計測により，心拍数，血圧，血中酸素飽和度などの多様な情報を得ることができる．光電脈波の生成メカニズムには非線形力学系的特徴が存在すると考えられている．そのため，非線形時系列解析を光電脈波に適用する研究も行われており，肉体及び精神的な健康指標として利用できることも示唆されている．一方，画像式光電脈波法と呼ばれる，LEDライトを光源，カメラを受光体とした擬似的な光電脈波計測装置とすることで，皮膚表面を撮影した動画から脈波を推定する手法が近年注目されている．画像式光電脈波法により，光電脈波と同様に心拍数，血圧などを計測可能である．画像式光電脈波での計測に必要な機材は，スマートフォンなどの市販のカメラデバイスのみであるという特徴がある．本報告では，画像式光電脈波が光電脈波の有する非線形力学系的特徴を捉えることができるのかを調査する．まず，光電脈波と画像式光電脈波を同時計測し，両脈波に対して遅延座標系への変換によるアトラクタの再構成を行うことで解軌道の構造を解析した．次に，再構成したアトラクタより最大リアプノフ指数を算出することで軌道不安定性を定量的に評価した．その結果，光電脈波と画像式光電脈波の解軌道は再帰構造をなすこと，さらには，最大リアプノフ指数が正の値となること，従って画像式光電脈波は光電脈波と同様に，カオス力学系の有する軌道不安定性を有することがわかった． |
| 抄録(英) | Photoplethysmogram is a biological signal of the cardiovascular system that measures changes in the amount of light reflected when light irradiates skin surface, and provides information such as heart rate, blood pressure, and blood oxygen saturation. It has been suggested that photoplethysmograms have nonlinear, possibly chaotic, dynamical characteristics by applying nonlinear time series analysis to photoplethysmogram. The results also suggests that physiological and mental health indicators can be extracted. On the other hand, a method called imaging photoplethysmography, in which LED light is used as a light source and a camera as a receiver, has recently been introduced to estimate pulse waves from video images taken from the skin surface. Although the imaging photoplethysmography is used to calculate heart rates and blood pressures in a similar way to the photoplethysmogram, it requires only simple and commercially available camera devices such as smartphones for measurement. In this report, we investigate whether the imaging photoplethysmogram can capture nonlinear, possibly chaotic, dynamical characteristics of the photoplethysmogram. First, we measured the photoplethysmogram and the imaging photoplethysmogram simultaneously. These trajectories in the phase space were reconstructed in the time delay coordinate system. Next, the largest Lyapunov exponent was estimated to quantitatively evaluate orbit instability, or one of the essential characteristics of deterministic chaos. The results showed that the reconstructed trajectories of the photoplethysmogram and imaging photoplethysmogram have recurrence structure and that the largest Lyapunov exponents of the imaging photoplethysmogram exhibit the positive value which indicates that the imaging photoplethysmogram has orbital instability. |
| キーワード(和) | 非線形力学 / リアプノフ指数 / 光電脈波 / 画像式光電脈波 |
| キーワード(英) | Nonlinear dynamics / Lyapunov exponent / Photoplethysmogram / Imaging Photoplethysmogram |
| 資料番号 | MSS2022-81,NLP2022-126 |
| 発行日 | 2023-03-08 (MSS, NLP) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | NLP / MSS |
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| 開催期間 | 2023/3/15(から3日開催) |
| 開催地（和） | 長崎大学 文教キャンパス |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | MSS，NLP，一般，およびWIP（MSSのみ） |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 常田 明夫(熊本大) / 尾崎 敦夫(阪工大) |
| 委員長氏名（英） | Akio Tsuneda(Kumamoto Univ.) / Atsuo Ozaki(Osaka Inst. of Tech.) |
| 副委員長氏名（和） | 鳥飼 弘幸(法政大) / 山口 真悟(山口大) |
| 副委員長氏名（英） | Hiroyuki Torikai(Hosei Univ.) / Shingo Yamaguchi(Yamaguchi Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 吉岡 大三郎(崇城大) / 伊藤 大輔(岐阜大) / 小林 孝一(北大) / 劉 健全(NEC) |
| 幹事氏名（英） | Daizaburo Yoshioka(Sojo Univ.) / Daisuke Ito(Gifu Univ.) / Koichi Kobayashi(Hokkaido Univ.) / Jianquan Liui(NEC) |
| 幹事補佐氏名（和） | 横井 裕一(長崎大) / 山仲 芳和(宇都宮大) / 白井 匡人(島根大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Yuichi Yokoi(Nagasaki Univ.) / Yoshikazu Yamanaka(Utsunomiya Univ.) / Masato Shirai(Shimane Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Nonlinear Problems / Technical Committee on Mathematical Systems Science and its Applications |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 画像式光電脈波に対するリアプノフ指数の算出 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Calculation of Lyapunov Exponent for Imaging Photoplethysmogram |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 非線形力学 / Nonlinear dynamics |
| キーワード(2)（和/英） | リアプノフ指数 / Lyapunov exponent |
| キーワード(3)（和/英） | 光電脈波 / Photoplethysmogram |
| キーワード(4)（和/英） | 画像式光電脈波 / Imaging Photoplethysmogram |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 中山 裕文 / Hirofumi Nakayama |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 東京理科大学(略称：東京理科大) Tokyo University of Science(略称：TUS) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | スヴィリドヴァ ニーナ / Nina Sviridova |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 東京理科大学(略称：東京理科大) Tokyo University of Science(略称：TUS) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 池口 徹 / Tohru Ikeguchi |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 東京理科大学(略称：東京理科大) Tokyo University of Science(略称：TUS) |
| 発表年月日 | 2023-03-16 |
| 資料番号 | MSS2022-81,NLP2022-126 |
| 巻番号（vol） | vol.122 |
| 号番号（no） | MSS-435,NLP-436 |
| ページ範囲 | pp.95-99(MSS), pp.95-99(NLP), |
| ページ数 | 5 |
| 発行日 | 2023-03-08 (MSS, NLP) |