【速報】IEEE EMBC

San Diego/USAで開催されたIEEE EMBCにて下記の4名が発表しました。
1) Differences in Blood Flow between Auditory and Visual Stimuli in the Psychomotor Vigilance Task and GO/NOGO Task Fukushima, Arika (Master Student)
2) Classification Subject Effects Using Changes in Cerebral Blood Flow on the Stroop Test Fukuhara, Michihiro (Master Student)
3)The Effects of Sound Environments on Performance of the Memorizing Numerical String Task and Cerebral Blood Flow Changes Hoshino, Yuchi (Master Student)
4) Distributed PACS Using Distributed File System with Hierarchical Meta Data Servers Minamitani, Yoshiyuki (Master Student)

EMBCはBiomedical Engineeringに関連する大きな国際会議の一つです。
非常に多くの勉強ができ、課題が見えました。

1. 学会参加報告書

報告者氏名 南谷祥之
発表論文タイトル 階層的なメタデータサーバを有する分散ファイルシステムを利用した医用画像保存通信システム
発表論文英タイトル Distributed PACS using Distributed File System with Hierarchical Meta Data Servers
著者 南谷祥之, 廣安知之, 三木光範,横内久猛,吉見 真聡
主催 IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBS)
講演会名 34th The Engineering in Medicine and Biology Conference (EMBC’12)
会場 Hilton San Diego Bayfront Hotel
開催日程 2012/08/28 – 2012/09/01

 

 

2. 講演会の詳細

2012/08/28から2012/09/01にかけて,San Diego, California, USAにて開催されましたEMBC’12に参加致しました.本学会は,医療に関して生体工学や脳科学,医療情報システムなど5日間にかけて幅広い分野の方の研究発表が行われていました.

本研究室から福原,福島,星野と共に参加致しました.また,生命医科学部他研の林さん,安達さん,南さんとも事前に交流を行い,学会で共に発表致しました.

 

 

3. 研究発表

3.1. 発表概要

私は4日目8月31日の15:00 〜 16:15のセッション「Health Information Systems II (Poster Session)」に参加致しました.発表の形式はポスター発表で,75分間の発表時間となっておりました.以下に抄録を記載致します.

In this research, we propose a new distributed PACS (Picture Archiving and Communication Systems) which is available to integrate several PACSs that exist in each medical institution. The conventional PACS controls DICOM file into one data-base. On the other hand, in the proposed system, DICOM file is separated into meta data and image data and those are stored individually. Using this mechanism, since file is not always accessed the entire data, some operations such as finding files, changing titles, and so on can be performed in high-speed.At the same time, as distributed file system is utilized, accessing image files can also achieve high-speed access and high fault tolerant.The introduced system has a more significant point.That is the simplicity to integrate several PACSs.  In the proposed system, only the meta data servers are integrated and integrated system can be constructed. This system also has the scalability of file access with along to the number of file numbers and file sizes. On the other hand, because meta-data server is integrated, the meta data server is the weakness of this system. To solve this defect, hieratical meta data servers are introduced.Because of this mechanism, not only fault‐tolerant ability is increased but scalability of file access is also increased.To discuss the proposed system, the prototype system using Gfarm was implemented.For evaluating the implemented system, file search operating time of Gfarm and NFS were compared.

 

3.2. 質疑応答

今回のポスター発表では,比較的想定していた質問を多く頂きました.日本人の方には病院関係者の方がおり,実際に利用する際の流れなどについて質問を頂きました.以下に頂いた質問について記します.

 

・ どういうファイルの流れになっているのか?実際に利用する際にはどのように利用するのか?

【回答】 保存フェイズの流れについて説明.

・ なぜGfarmを使用したのか?

【回答】 XML拡張属性という独自機能を持つため.

・ 連携サーバはどのような情報を持つのか?

【回答】 場所情報のみを持っており,非常にデータ量は小さい.

・ 連携サーバの負荷は大きいのでは?

【回答】 DNSサーバのような役割

・ 実際医者は電子カルテを使う.医者はどう使えば良い?

【回答】 電子カルテは分からない.ただ,PACSに問い合わせを行っているので,同じように

問い合わせれば使える.外部へのアクセスだけこのメタ情報を用いればよい.

・ 評価はどのように行っているのか?

【回答】 速度評価

・ システムの評価って難しいよね.この評価で良いの?

【回答】 良くはないが,ユーザビリティの評価というのも少し違う.難しい.

・ 医療情報学会とかあるのですか?この研究はどういった所で発表するの?

【回答】 情報処理学会などで発表を行っている.医療系は初めて.

 

 

 

3.3. 感想

発表は,外国人の方5名,日本人の方3名に質問を頂きました.人数は少し少なかったですが,75分間の発表の内,ほとんど休憩を取ることなく説明していたため,聴講者の方と深く議論ができたと感じております.質問では,実際に使う際にはどのような流れになるのかといった点を質問される方が多かったです.オープンソースのPACSを開発している方や,病院関係者の方などに質問を頂きました.口頭発表に比べ,インタラクティブな会話が求められ初めは抵抗がありましたが,終わってみれば非常に楽しい発表となりました.

 

 

4. 聴講

今回の講演会で聴講しました発表の中から,5件報告させて頂きます.なお,写真についてはファイルサイズを小さくするため解像度を落としています.

【1件目】

発表タイトル       : Line Following Terrestrial Insect Biobots著者                  : Tahmid Latif, and Alper Bozkurtセッション名       : Brain-Machine Interfaces with RoboticsPDFファイル名 : 02512171.pdfAbstruct            : The present day technology falls short in offering centimeter scale mobile robots that can function effectively under unknown and dynamic environmental conditions. Insects, on the other hand, exhibit an unmatched ability to navigate through a wide variety of environments and overcome perturbations by successfully maintaining control and stability. In this study, we use neural stimulation systems to wirelessly navigate cockroaches to follow lines to enable terrestrial insect biobots. We also propose a system-on-chip based ZigBee enabled wireless neurostimulation backpack system with on- board tissue-electrode bioelectrical coupling verification. Such a capability ensures an electrochemically safe stimulation and avoids irreversible damage to the interface which is often misinterpreted as habituation of the insect to the applied stimulation.

 

この発表では,昆虫(ゴキブリ)に電極を指し操作を行う事を可能にする装置の開発が行われていました.研究の目的としては災害現場などで,人間が入り込めない隙間でもゴキブリを操作して状況を把握するための利用を目指しているそうです.研究の本質ではないですが,「なぜこの虫(ゴキブリ)を選んだのか?」と質問致しました.正直なところ,英語での説明を聞き取ることはできなかったのです.帰国後,この論文に関連する記事を見つけましたので,合わせて報告します.

【参考】 インターネットコム : http://japan.internet.com/interestingly/20120907/1.html

 

【2件目】

発表タイトル       : Real-time Fusion of Gaze and EMG for a Reaching

Neuroprosthesis

著者                  : Elaine A. Corbett, Konrad P. Kording and Eric J. Perreault

セッション名       : Neural Interfaces and Regeneration

PDFファイル名 : 01930983.pdf

Abstruct            : For rehabilitative devices to restore functional movement to paralyzed individuals, user intent must be determined from signals that remain under voluntary control. Tracking eye movements is a natural way to learn about an intended reach target and, when com- bined with just a small set of electromyograms (EMGs) in a probabilistic mixture model, can reliably generate accurate trajectories even when the target information is uncertain. To experimentally assess the effectiveness of our algorithm in closed-loop control, we developed a ro- botic system to simulate a reaching neuroprosthetic. In- corporating target information by tracking subjects’ gaze greatly improved performance when the set of EMGs was most limited. In addition we found that online performance was better than predicted by the offline accuracy of the training data. By enhancing the trajecto- ry model with target information the decoder relied less on neural control signals, reducing the burden on the user.

 

この研究では,身体が不自由な人のリハビリにおいて,画面を中止する際の実験に関する発表が行われていました.目の動きと腕の動きをセンスし,腕により画面をポインタで指す際のポインタの位置と視線情報のばらつきについて考察が行われていました.

【3件目】

発表タイトル       : Human Behavior State Profile Mapping Based on Recalibrated

Speech Affective Space Model

著者                  : N. Kamaruddin, and A. Wahab

セッション名       : Patient Monitoring Devices and Systems II

PDFファイル名 : 05160389.pdf

Abstruct            : People typically associate health with only physical health. However, health is also interconnected to mental and emotional health. People who are emotionally healthy are in control of their behaviors and experience better quality of life. Hence, understanding human behavior is very important in ensuring the complete understanding of one’s holistic health. In this paper, we attempt to map human behavior state (HBS) profiles onto recalibrated speech affective space model (rSASM). Such an approach is derived from hypotheses that: 1) Behavior is influenced by emotion, 2) Emotion can be quantified through speech, 3) Emotion is dynamic and changes over time and 4) the emotion conveyance is conditioned by culture. Empirical results illustrated that the proposed approach can complement other types of behavior analysis in such a way that it offers more explanatory components from the perspective of emotion primitives (valence and arousal). Four different driving HBS; namely: distracted, laughing, sleepy and normal are profiled onto the rSASM to visualize the correlation between HBS and emotion. This approach can be incorporated in the future behavior analysis to envisage better performance.

 

この研究では,健康を身体的なものだけではなく,精神上の健康という側面でも捉え人間の計測する発表でした.「speech emotion analysis」という手法を用いて,喜怒哀楽の場合のArousal(覚醒度)とvalence(原子価?)から感情間に傾向の違いがあると結論づけられていました.

 

【4件目】

発表タイトル       : Interactive Segmentation of Airways from Chest X-ray Images

using Active Shape Models

著者                  : 香山 喜彦

セッション名       : Teshwaree Tezoo and Tania S. Douglas

PDFファイル名 : 03870056.pdf

Abstruct            : Classification of airway shapes in chest X-ray images may be useful in computer-aided detection of lymphadenopathy associated with pediatric tuberculosis. This paper presents an interactive approach for airway segmentation from chest X-ray images that may be used in an airway shape classification algorithm. A local normalization filter is applied as a preprocessing step to enhance the visibility of the airways. Segmentation is then performed with the aid of active shape models (ASMs), which are warped to a set of manually defined control points on the image to be segmented, using an affine transformation. Two shape models are built, one of which consists of points on the airway edges only and the other consists of points on the airway edges as well as points on the ribs. The ASMs are built from a set of manually segmented images. The Hausdorff distance is used to compute the accuracy of the segmentations with reference to a manual segmentation.

 

この研究では,胸部X線画像において,特定の部位(気道)を鮮明にするためのアルゴリズムの発表が行われていました.現画像に対してフィルタをかけることで,まず画像を鮮明にし,その後目的の部位(今回は気道)を特定します.画像自体を鮮明にするだけではなく,特定部位の座標情報を特定し,その形状を抜き出すというものでした.そのために形状モデルを用いているとのことでしたが,最終的にはユーザの操作によって完了されるようです.

【5件目】

  発表タイトル       : Interactive Radiology Teaching File System: the Development

of a MIRC-Compliant and User-Centered e-Learning Resource

著者                  : M. dos-Santos and A. Fujino

セッション名       : Health Information Systems II

PDFファイル名 : 17630750.pdf

Abstruct            : Radiology teaching usually employs a systematic and comprehensive set of medical images and related information. Databases with representative radiological images and documents are highly desirable and widely used in Radiology teaching programs. Currently, computer-based teaching file systems are widely used in Medicine and Radiology teaching as an educational resource. This work addresses a user-centered radiology electronic teaching file system as an instance of MIRC compliant medical image database. Such as a digital library, the clinical cases are available to access by using a web browser. The system has offered great opportunities to some Radiology residents interact with experts. This has been done by applying user-centered techniques and creating usage context-based tools in order to make available an interactive system.

この研究では,放射線機器を扱う医師や技術者に対して適切な学習システムを提供するe-Learningシステムに関する発表でした.どのフェイズを学ぶシステムか質問したところ,MRI装置などの扱いから,医療情報の管理まで全てのフェイズに対応しているとのことでした.本システムは対話的に行われ,実際に利用者が使用すると,その利用状況からフィードバックが行われ,それをデータとして蓄積する機構を持っているそうです.

(写真なし)

 

 

参考文献

1)    34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), http://embc2012.embs.org/

学会参加報告書

 報告者氏名 福島 亜梨花
発表論文タイトル 学会参加報告書
発表論文英タイトル Differences in blood flow between auditory and visual stimuli in the Psychomotor Vigilance Task and GO/NOGO Task
著者 Tomoyuki Hiroyasu, Arika Fukushima, HIsatake Yokouchi
主催 IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
講演会名 The 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
会場 Hilton San Diego Bayfront
開催日程 2012/08/27-2012/09/01

 

 

1. 講演会の詳細

2012/08/27から2012/09/01にかけて,アメリカのHilton San Diego Bayfrontにて開催されましたThe 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societに参加いたしました.このThe 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society1)は,IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyによって主催された研究会で,廣安先生,横内先生,福原理宏さん,南谷祥之さん,星野雄地さんと共に参加致しました.この学会は,研究室の活性化を図るための議論を行い,各種研究室行事を円滑に進めることを目的に開催されています.

私は8月28 日(火)から9月1日(土)の会期期間全てに参加いたしました.本研究室からは他に廣安先生,横内先生,福原さん,南谷さん,星野くんが参加致しました.

 

2. 研究発表

2.1. 発表概要

私は8月29日(水)の15:00~16:30のセッション「Optical Imaging Poster 1」に参加致しました.発表の形式はポスター発表で,90分間,ポスターの前に立ち,興味を持っていただいた方と自分の研究についてディスカッションするという形式でした.

今回の発表は,Psychomotor Vigilance Task (PVT) と GO/NOGO taskについて異なる聴覚刺激や視覚刺激で脳の活性化部位がどのように違うのかを発表いたしました.そ以下に抄録を記載致します.

The Psychomotor Vigilance Task (PVT) and the GO/NOGO task are generally applied to measure the ability of sustained attention. Advances in functional brain imaging equipment, such as functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS), have resulted in increased application of brain imaging with these tasks. However, several different stimuli are adopted in these tasks, including both auditory and visual stimuli. Therefore, even when a subject performs these tasks, it can be assumed that the activated brain regions would vary when the different stimuli are given. Furthermore, even when a subject performs the tasks with the same sustained attention, the activated brain regions would vary when the configurations of these tasks are different. In this study, the reaction time and changes in blood flow were measured when a subject performed the PVT and GO/NOGO tasks, and so it is possible to discuss (1) the differences between visual and auditory stimuli and (2) the differences between PVT and GO/NOGO tasks. The results indicated increased blood flow at the left side of the dorsolateral prefrontal cortex in the PVT with visual stimulus compared with the auditory stimulus. In the GO/NOGO task, the blood flow associated with visual stimuli increased at the both sides of the inferior temporal gyrus and the right side of the inferior frontal gyrus compared with auditory stimuli. These observations suggested that the configurations of these tasks, such as the PVT and the GO/NOGO tasks, exert influences on the activated brain regions when a subject performs these tasks.

 

2.2. 質疑応答

今回の講演発表では,以下のような質疑を受けました.

 

・質問内容1

アメリカの大学生の方でしたが質問者の氏名を控え損ねてしまいました.こちらの質問はfunctional Near-infrared Spectroscopy(fNIRS)装置で計測した生データを見せてほしいというものと,統計的解析方法は妥当なのかというものでした.装置で計測した生データに関してはその場で用意しておらず,お見せすることができず,大変残念に思います.統計的解析法の妥当性でしが,自分がどのように考えてこのような統計的手法を行ったかを英語で説明致しましたが,なかなか伝わらず,自分の英語能力の低さを痛感致しました.

 

・質問内容2

同志社大学機械システム研究室の安達さんからの質問でした.この研究目的を詳しく教えて欲しいとの質問でした.この質問に対する回答ですが,この研究を達成することで,他の研究者がPVTやGO/NOGO taskを用い脳機能の研究を行う際に注意すべき事項を抽出することができ,研究目的に則した課題内容を提供できる可能性があるということでした.

 

・質問内容3

中国の大学生の方でしたが質問者の氏名を控え損ねてしまいました.Electroencephalogram(EEG)装置で研究を行っている学生の方でしたが,fNIRS装置とは,また,その利点の質問を受けました.この質問に対する回答ですが.fNIRS装置の特徴,利点を答えさせて頂き,この研究はなぜfNIRS装置でないといけないのかということを回答させて頂きました.

 

・質問内容4

日本の教授の方でしたが質問者の氏名を控え損ねてしまいました.反応時間についてですが,なぜ視覚刺激の反応時間が聴覚刺激よりも遅くなったのかということでした.この質問に対する回答ですが,視覚刺激の方が,聴覚刺激に比べ情報量が多くいためという回答を致しました.

 

2.3. 感想

今回90分間も様々な研究者と自分の研究についてディスカッションする機会を頂けて本当に感謝の念しかありません.しかし,自分の準備不足と英語能力のなさでせっかくの機会に全力で挑むことができず大変悔しいです.また,アメリカの学生の方にはなかなか伝わらず30分間も付き合って下さり,国を超えた人の温かさも感じました.来年は準備を万全に期して,もっと有意義なディスカッションをできるように頑張りたいと思います.

 

3. 聴講

今回の講演会では,下記の5件の発表を聴講しました.

 

発表タイトル       : Toward High-Performance Clinically Viable Brain-Machine Interfaces著者                  : Krishna V. Shenoyセッション名       : Keynote

Abstruct            : Neural prosthetic systems, also termed Brain-Machine Interfaces, aim to help disabled patients by translating neural signals from the brain into control signals for guiding computer cursors, prosthetic arms, and other assistive devices. Intracortical electrode arrays measure action potentials and local field potentials from individual neurons, or small populations of neurons, in the motor cortices and can provide considerable information for controlling prostheses. Despite several compelling proof-of-concept laboratory animal experiments and an ongoing FDA Phase I clinical trial, at least three key challenges remain which, if left unaddressed, may hamper the translation of these systems into widespread clinical use. We will review these challenges: achieving able-bodied levels of performance across tasks and across environments, achieving robustness across multiple years, and restoring able-bodied quality proprioception and somatosensation. We will also describe some emerging opportunities for meeting these challenges, as well as recent results from our laboratory. If these challenges can be met, intracortically-based neural prostheses may achieve full clinical viability and help increasing numbers of disabled patients.

この発表Brain-Machine Interfaces(BMI)の課題についてでした.発表の途中,EEGを用いたBMIをマウスに使用したデモを見たのですが,しっかしとBMI本来の機能を果たしており,素晴らしかったです.

 

発表タイトル       :A Method for Mapping Brain Atlas to Patient Brain Structure by Least-Squares Mesh Method著者                  : Kobayashi, Kaoruセッション名       : Hardware and Control Developments in Robotics II

Abstruct            : This paper presents a new method for mapping a conventional Paxinos atlas onto the patient’s image without the training data. Our mapping uses Least-Squares Mesh (LSM) method. When source and target mesh models and some correspondences between the points of the two models are given, LSM method deforms the source mesh so that it is fitted to the target mesh while moving the points of the source toward to their corresponding points of the target. Paxinos atlas is the set of slices of a cadaver brain. Each slice consists of contours included in the slice, and 3D vertices forming each contour. To apply the LSM method to our method, the triangular mesh model of a given atlas slice is generated. From the vertices on the patient brain surface, we manually specify the corresponding vertices of the points on the brain surface contour of the atlas. Using LSM method with the correspondences, the atlas mesh is mapped onto the patient image. From the experiments using real patient brain images, our method can map Paxinos altas to the patient brain.

この発表で着目したのは古典脳からfMRIの画像の脳深部がどの部位であるか予測するというものでした.課題としては,脳深部をどの部位か予測する際の計算コストの多さでした.これは,この医療システム研究室に通ずるものであり,とても興味深い発表でした.

 

発表タイトル       :A Software Prototype for the Assessment of Tumor Treatment Response Using Diffusion and Perfusion MR Imaging著者                  : Sakkalis, Vangelisセッション名       : MRI IV: Poster I

Abstruct            : Advanced MRI techniques including diffusion and perfusion weighted imaging, has the potential to provide early surrogate biomarkers to detect, characterize and assess treatment response of tumors. However, the widely accepted Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) are still considered as the gold standard for the evaluation of treatment response in solid tumors, even if according to recent studies RECIST seem to disregard the extent of necrosis, which is the target of all effective locoregional therapies. This is partly due to the fact that measurements of tumor size aren’t the best criterion for assessing actual early response. On the other hand, more sophisticated techniques such as the Apparent Diffusion Coefficient (ADC) and perfusion parameters are usually processed manually and evaluated independently using commercial CAD software, not widely available. In this paper we present an open access extensible software platform providing both diffusion and perfusion analysis in a single, user friendly environment that allows the radiologist to easily and objectively evaluate tumor response to therapy.

この発表は固形腫瘍(RECIST)を評価するシステムの提案でした.この研究室の大堀君の研究に通ずるものがあり,CADなどの問題点も取り上げており,使用するユーザー目線に立ったシステムの提案で,勉強になりました.

 

発表タイトル       :Cellular and Molecular Image Analysis著者                  : Erik Meijering, Ph.D.セッション名       : keynote

Abstruct            : A main challenge of biomedical research in the postgenomic era is the unraveling of the cellular and molecular mechanisms of life. Thorough understanding of the biological processes occurring at these scales is of fundamental importance for the discovery of biomarkers for early diagnosis and for the development of effective drugs and therapies. In the past two decades, revolutionary advances in molecular probing and microscopic imaging technologies have had an enormous impact on the field, and progress in biology has come to rely heavily on these technologies. It has become clear that in order to get the full picture of any living thing, it is necessary to study not only its spatial (morphological or anatomical) properties, but also its temporal (dynamic or functional) behavior. This requires time-lapse imaging, and indeed it is nowadays commonplace to image biological phenomena in three dimensions over time, at multiple wavelengths. The rapidly increasing size (currently in the gigabyte range), dimensionality (3D, 4D, 5D), and complexity (high-content) of the resulting image data poses new challenges for automated data management and analysis. One of the topics for which interest has increased exponentially over the years is object tracking. In order to detect, segment, track, and quantify hundreds to thousands of cells or particles in many hundreds to thousands of image frames, sophisticated computerized methods are very much needed. The goal of this presentation is to survey and discuss the latest trends in the development and application of such methods.

細胞分子画像分析についての発表でした.細胞画像については馴染み深く,Keynoteということもあり,英語でも理解できるかもしれないと思い,挑戦しましたがとても難しかったです.バイオマーカーをつけた細胞画像を研究することは神経活動を解明するにあったて非常に重要だということを聞いていたので,興味はあったのですが,よく理解できなかったことが残念でなりません.

 

発表タイトル       :Low-cost intracortical spiking recordings compression with classification abilities for implanted BMI devices著者                  : Bertrand Coppaセッション名       : Biomedical Signal Classification III

Abstruct            : Within Brain-Machine Interface systems, cortically implanted microelectrode arrays and associated hardware have a low power budget for data sampling, processing and transmission. It is already possible to reduce neural data rates by on-site spike detection; we propose a method to further compress spiking data at a low computational cost, with the objective of maintaining clustering and classification abilities. The method relies on random binary vector projections, and simulations show that it is possible to achieve a compression ratio of 5 at virtually no cost in terms of classification errors.

この発表はBMIの消費電力の低コスト化の研究でした.まず,驚いたのはBMIが低コスト化に着手できるぐらい発展していたことです.また,低コスト化の際にクラスタリング手法を利用していることは新鮮でした.

 

参考文献

1)    The 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, http://embc2012.embs.org/

 

学会参加報告書

報告者氏名 星野雄地
発表論文タイトル 音環境が数字記憶課題の成績と脳血流変化に及ぼす影響の検討
発表論文英タイトル The Effects of Sound Environments on Performance of the Memorizing Numerical String Task and Cerebral Blood Flow Changes
著者 廣安知之, 星野雄地, 横内久猛
主催 医療情報システム研究室
講演会名 The 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
会場 Hilton San Diego Indigo Ballroom
開催日程 2012/08/29-2012/09/01

 

 

1. 講演会の詳細

2012/08/29から2012/09/01にかけて,Hilton San Diegoにて開催されましたThe 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyに参加いたしました(http://embc2012.embs.org/).この会議は,IEEE及びEMBによって主催され,学生と教員が参加して,ヘルスケアやライフサイエンスの分野に工学,科学,情報の最先端技術を応用するために議論を行い,医学の分野に貢献することを目的に開催されています.

私は,30日に発表を行いました.本研究室からは他に廣安先生,横内先生,南谷さん,福原さん,福島さんが参加しました.29日(水)には,福原さん,福島さんが31日には南谷さんが発表を行いました.

 

2. 研究発表

2.1. 発表概要

私は30日の9:30から始まるセッション「Late Breaking Posters I」に参加いたしました.発表の形式はポスター発表で,発表時間は90分でした.

今回の発表は,生体医工学会の内容に被験者を増やして発表したものです.以下に抄録を記載致します.

In this study, we have investigated the effects of sound environments upon task performances and cerebral blood flow (CBF) changes. A task to memorize numerical strings was selected for the experiment, because it should require short-term memory. The task was consisted of two parts; memorizing eight digits and replying the same eight digits. Near-infrared spectroscopy (NIRS) was used to monitor the CBF changes. As the result, the task performance showed significant difference under the different sound environments. Also, the difference of sound environments brought the different patterns in CBF changes in the left frontal area. These results suggest that a relationship exists between task performances and CBF changes under the influence of sound environments.

 

2.2. 質疑応答

今回の講演発表では,以下のような質疑を受けました.

 

・質問内容

NIRSとはどんな装置なのか,脳血流変化が上昇することは何を意味するのか

→脳の活性に伴うオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの相対量変化を計測することが出来る装置.一般的にオキシヘモグロビンの増加は脳の活性を示すと言われている.

 

モーツアルトを選んだ根拠は何なのか

→モーツアルト効果として,2台のピアノのためのソナタを小学生に聴かせることで空間認知テストの結果が向上することが知られているため本研究でも課題成績に何らかの影響をもたらすことを期待して選択した.

 

65dBに設定した理由は,65dBというのは平均値?

→先行研究に従い設定した.等価騒音レベルを用いている.

 

被験者は何名か?男性と女性でやっているのか?

→被験者は20名で,男性が11,女性が9名である.

 

数字記憶課題とは何なのか

→3秒間で表示される8つの数字を記憶し,その後記憶した数字を入力する,短期記憶を必要とする課題である.先行研究を参考にした.

 

なぜ8つの数字なのか,被験者により難しいと感じる人もいるのでは

→人間が短時間で記憶できる文字数が7±1文字であると報告されていることから,被験者により難易度が大きく異なることは無い.

なぜ被験者を分類したのか?

→以前の研究で課題がよくできた被験者とそうでない被験者では音環境の影響の受け方に差異があることが分かっているから.

 

静音の成績で分類した理由は

→静音の環境においても成績にバラつきが見受けられたため,高成績の被験者と低成績の被験者に分類した

 

なぜ低成績の被験者は音の影響を受け易いのか

→これについてはまだ検討の最中であるが,集中力が関係しているのではないかと考えられる

 

静音とホワイトノイズ,モーツアルトで一番良い成績を残した被験者は同じなのではないか

→検討していなかった.もしかしたら同じかもしれない

 

音の提示順序はどうなっているのか

→カウンターバランスを取るためにランダムにしている

 

最終的に何がしたいのか

→被験者を音の影響が受けやすい群と受けにくい群に分類し,影響を受け易い被験者に対し作業に効果的な音環境を提供する.

 

   ホワイトノイズの方が良かった被験者もいるのでは

→男性被験者に比べて女性被験者では静音に比べてホワイトノイズで成績が向上する傾向が見受けられた.女性はホワイトノイズを快適に感じる研究も報告されている.

 

脳血流変化でホワイトノイズがあまり上昇しないのはなぜか.成績との関連を見ると脳血流変化も静音と同じような傾向を示さなければいけないのでは?

→この質問にはうまく答えられなかった.ホワイトノイズの影響を受けた被験者が大きく血流を下げたのではないかと答えた.

 

    なぜ今回の音にしたのか?私は作業をする時ロックを聴くこともある.そのほうが捗るような気がするのだけれども.

→今後はロックや音声情報のある音楽など様々な音環境について検討していく必要があると考えている.また,今回のような短期的な記憶を必要とする課題においては音圧の変化が大きいほど影響が起こりやすいことが考えられる.

 

被験者の分類の仕方はこの方法でいいのか

→現在はk-means法を用いた被験者分類を検討している.

 

NIRSを用いる意味は何なのか?パフォーマンスだけで十分なのでは?

→脳の活性のひとつである脳血流変化を判断の指標に用いることができることをこの研究では提案している.

 

2.3. 感想

反省点は英語力.伝わるものも伝わらないし,相手の質問の意図を理解できないことが何回かあった.良かった点は質問が出るであろうものはpptにまとめてiPadを用いて説明に利用した.これにより自分の英語が悪くてもある程度は理解していただけた.嬉しかったのはかなり多くの人に見てもらい,写真を撮ってもらえたことである.ほとんどの人が,脳の活性と作業成績が音により異なることを伝えるととても面白い結果だと言って下さった.NIRSを知っている人は少なく,脳血流変化が絶対的なものではなく,相対値であることを伝えるのに苦労した.

 

3. 聴講

今回の講演会では,下記の4件の発表を聴講しました.

 

発表タイトル       : A Low Noise, Non-Contact Capacitive Cardiac Sensor著者                  : Peng GuoChen, Bocko Mark

セッション名       : BioSensors

Abstruct            : The development of sensitive, non-contact electric field sensors to measure weak bioelectric signals will be useful for the development of a number of unobtrusive health sensors. In this paper we summarize our recent work on a number of specific challenges in the development of non-contact ECG sensors. First, we considered the design of a low noise sensor preamplifier. We have adapted circuit designs that incorporate a double feedback loop to cancel the input transistor leakage current while providing stable operation, fast settling time and good low frequency response without the need for ultrahigh value resistors. The measured input referred noise of the preamplifier in the frequency band 0.05-100 Hz is 0.76 uVrms, which is several times lower than existing ECG preamplifiers.

この発表は,心電図における電極のセンサについて研究しているものである.提案手法は低ノイズ電解トランジスタの設計であり,将来的にはショートベースラインECGを目的としている.この研究の成果として,信号の増幅効率およびノイズ処理を向上させる事により,現段階では皮膚電極での計測に限られるのに対し,提案手法では服(下着)を着た上から心電の計測が可能になることを報告している.

 

発表タイトル       : Line Following Terrestrial Insect Biobots著者                  : Bozkurt Alper, Latif Tahmid

セッション名       : Brain-Machine Interfaces with Robotics

Abstruct            : The present day technology falls short in offering centimeter scale mobile robots that can function effectively under unknown and dynamic environmental conditions. Insects, on the other hand, exhibit an unmatched ability to navigate through a wide variety of environments and overcome perturbations by successfully maintaining control and stability. In this study, we use neural stimulation systems to wirelessly navigate cockroaches to follow lines to enable terrestrial insect biobots. We also propose a system-on-chip based ZigBee enabled wireless neurostimulation backpack system with on-board tissue-electrode bioelectrical coupling verification. Such a capability ensures an electrochemically safe stimulation and avoids irreversible damage to the interface which is often misinterpreted as habituation of the insect to the applied stimulation.

 

この研究は,ゴキブリの神経経路を刺激することで遠隔地からのコントロールを可能にしたものである.ゴキブリを利用する理由として安価であり,生命力が高く,小型であることから自身で倒壊した建物の中から生存者を見つけ出すロボットとしての可能性を秘めているからである.ゴキブリの触覚と尾角に微弱な電気を送ることで1mくらいの距離であれば思い通りにゴキブリを前進させたり左右に曲がらせたりすることが可能となった.

 

発表タイトル       : Real-Time Fusion of Gaze andEMG for a Reaching Neuroprosthesis

著者                  : Corbett Elaine, Kording Konrad

セッション名       : Neural Interfaces and Regeneration Posters I

Abstruct            : For rehabilitative devices to restore functional movement to paralyzed individuals, user intent must be determined from signals that remain under voluntary control. Tracking eye movements is a natural way to learn about an intended reach target and, when combined with just a small set of electromyograms (EMGs) in a probabilistic mixture model, can reliably generate accurate trajectories even when the target information is uncertain. To experimentally assess the effectiveness of our algorithm in closed-loop control, we developed a robotic system to simulate a reaching neuroprosthetic. Incorporating target information by tracking subjects’ gaze greatly improved performance when the set of EMGs was most limited. In addition we found that online performance was better than predicted by the offline accuracy of the training data. By enhancing the trajectory model with target information the decoder relied less on neural control signals, reducing the burden on the user.

 

眼球運動による信号をリアルタイムで抽出することを目的とした研究.確率混合モデルに筋電図のセットを適用することでより正確に筋電情報を摘出することが可能となった.このアルゴリズムの有効性を評価するために人工神経システムを構築しシミュレーションを行った.その結果,筋電情報が最も制限された場合において訓練データにおける予測よりも,より精度が高いことが明らかとなった.将来的にターゲット情報が軌道モデルを強化することでユーザーの負担を軽減することが可能であると報告している.

 

発表タイトル          : Functional Connectivity Analysis of Cortical Networks inFunctional Near Infrared Spectroscopy Using Phase Synchronization

著者                  : Molavi Behnam, Gervain Judit, Dumont Guy

セッション名       : Coherence, Causality and Connectivity

Abstruct            :Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a non-invasive functional neuroimaging method used for studying brain activity using blood oxygen level dependent (BOLD) signal. We use phase synchronization between fNIRS channels to detect functional connections between brain regions in a speech study. Data is collected from 22 neonates whose brain activity was monitored by fNIRS while being exposed to two different types of auditory stimuli. The wavelet based phase locking analysis reveals functional connections between temporal regions and most other regions in general and frontal areas in particular.

 

NIRS計測で得られた脳血流変化データに対し周波数解析を行い,時間-周波数軸で解析を行った研究.刺激として聴覚刺激を提示しNIRSのチャンネルは両側頭部に設置している.被験者は生後3日程度の新生児22名である.酸素化ヘモグロビンデータに対し周波数解析を行い,その後ウェーブレット解析を適用した研究である.側頭部前方において聴覚刺激に対する時間応答の機能的結合が見受けられたと報告している.PLVというのを説明してもらったがよくわからなかった.

 

参考文献

1)    EMBC Program,

http://embs.papercept.net/conferences/conferences/EMBC12/program/

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