Innovative Tech
Wi-Fiルーターで部屋にいる人が“呼吸困難”に陥っているかを特定 米研究所が技術開発
Innovative Tech:
このコーナーでは、テクノロジーの最新研究を紹介するWebメディア「Seamless」を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。
アメリカ国立標準技術研究所(NIST)と米Center for Devices and Radiological Health(CDRH)に所属する研究者らが発表した論文「Monitoring Respiratory Motion with Wi-Fi CSI:Characterizing performance and the BreatheSmart Algorithm」は、既存のWi-Fiルーターを使って部屋にいる人の呼吸運動をモニタリングする手法を提案した研究報告である。
対象者の胸部に跳ね返ったWi-Fi信号を取得し、深層学習モデルによって呼吸速度と呼吸パターンを分類する。
睡眠時無呼吸症候群やぜんそく、肺炎、心血管疾患、慢性閉塞性肺疾患などの検出には呼吸モニタリングが役立つ。呼吸気流、呼吸音、胸壁の動きなど、従来の呼吸モニタリング方法は接触型であり、病院に出向いて患者とモニターとの物理的な接続を必要とする。
患者によっては、家を出れない人やモニターを装着することに抵抗がある人もいる。これらの制限や不快感は、呼吸の変化を引き起こすことでモニタリング結果に影響を与え、不正確な呼吸情報をもたらす可能性がある。
そこで今回は、非接触モニターとして、既存のWi-Fiルーターを用いて部屋内にいる人の呼吸を手軽にモニタリングできる手法を提案する。対象者に跳ね返ったWi-Fi信号を取得し、あえぎ声や咳などで変化する対象者の呼吸の状態を監視する。
Wi-Fiでは、スマートフォンやノートPCなどのクライアントからアクセスポイント(ルーターなど)に送信される一連の信号が「チャネル状態情報」(CSI)と呼ばれるものである。CSI信号が環境中を移動すると、物に跳ね返ったり回折などで強度が低下したりしてゆがんでしまう。
研究チームは、変化を詳細に把握するため、ルーターのファームウェアを変更して、これらのCSI信号をより頻繁に、最大で1秒間に10回要求するようにした。これによって、胸の動きによって変化したCSI信号のゆがみから呼吸運動を検知できるようになる。
深層学習による処理アルゴリズムでは、CSI信号が表す振幅と位相情報の両方を利用して、異なる微細な動きの特徴を明らかにし、呼吸による胸部運動の高レベルの抽象化を学習し、正確な呼吸パターンと速度推定を行う。
実験では、医療従事者のトレーニングに使われるマネキンを無響室内に設置し、市販のWi-Fiルーターとレシーバー(受信機)を設置した。このマネキンは、正常な呼吸から異常に遅い呼吸(徐呼吸)、異常に速い呼吸(頻呼吸)、ぜんそく、肺炎、慢性閉塞性肺疾患(COPD)まで、いくつかの呼吸状態を再現できるように設計されている。
実験の結果、マネキンでシミュレーションしたさまざまな呼吸パターンを99.54%、呼吸速度を98.69%の精度で分類できることが分かった。
Source and Image Credits: S. Mosleh, J. B. Coder, C. G. Scully, K. Forsyth and M. O. A. Kalaa, “Monitoring Respiratory Motion with Wi-Fi CSI:Characterizing performance and the BreatheSmart Algorithm,” in IEEE Access, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3230003.
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.
Innovative Tech
2019年にスタートした本連載「Innovative Tech」は、世界中の幅広い分野から最先端の研究論文を独自視点で厳選、解説している。執筆は研究論文メディア「Seamless」(シームレス)を主宰し、日課として数多くの論文に目を通す山下氏が担当。イラストや漫画は、同メディア所属のアーティスト・おね氏が手掛けている。
この記事の著者
関連記事
こんなメディアも見られています
ITmedia NEWSに関連する情報をお探しであれば、こちらのメディアもお役に立てるかもしれません。
SpecialPR
本日の新着記事
アクセスランキング
-
1
Google、プライバシーポリシーに「Gmail」「Googleフォト」のデータを広告に使う例外を追加 回避方法は
-
2
「年齢は合ってますが、人間ではありません」 6歳の飼い猫に届いた“進研ゼミの案内” なぜ届いたのかベネッセに聞いた
-
3
「5年でバッテリーが使い物にならなくなる」は本当か テスラ「モデル3」5年目点検で分かったこと
-
4
GMO熊谷代表「社内ホワイトハッカーが事前に指摘」も対策遅れ、国に「能動的サイバー防御」要請 「責任転嫁では」SNSで批判も
-
5
グッスマに不正アクセス、公式EC閉鎖 会員の住所や注文履歴など漏えいか 再開目処立たず
-
6
ジョーシンへの不正アクセス、最大623万件漏えいか 運転免許証2件・マイナカード1件なども
-
7
野村総研、サイバー攻撃時の「能動的なシステム停止」を支援する新サービス
-
8
タイムズカー流出で顧客らが損害賠償求め運営会社提訴へ サイト開設の弁護士が記者会見
-
9
Xの「いいね」長押しで1ドル送金 マスク氏が“投げ銭”機能を予告
-
10
「漏えい」の一言で素通り客が振り返る──相次ぐ情報流出の中で開幕のセキュリティ展示会 来場者の態度も激変
ITmedia NEWS SNS
インフォメーション
注目情報をチェック
ITmediaNEWSをフォロー
あなたにおすすめの記事PR