MOCKUP · SPReAD 1000 企画(外観イメージ) #55 · AI for Science/医療テーマ
#55

早産児の無呼吸・徐脈は「起きてから対応」が当たり前——NICUの心拍・SpO₂・呼吸からAIでイベントを先回り検知し、自律神経・呼吸制御の成熟をAIで解明する

🔬 neorhythm.research / preterm-apnea-bradycardia
NEORHYTHM — 早産児の無呼吸・徐脈AI
研究プロトタイプ ・ NICUの生体信号から無呼吸・徐脈と自律神経の成熟を解析(ダミーデータ)
解析 4,800児 ・ 多施設
解析した早産児
4,800
多施設・NICU信号
無呼吸・徐脈の予測
AUC.85
多変量・生体信号
心拍のみ(従来)
AUC.79
▲ 単一信号は弱い
外部・別NICUで
AUC.78
▲ 汎化が課題
NICU生体信号モニタ+イベント先行検知(ダミー)
上=心拍、中=SpO₂、下=呼吸(インピーダンス)。無呼吸→徐脈→低酸素の連鎖を、AIがイベント前(緑の破線)に検知する想定。
心拍SpO₂呼吸 徐脈 低酸素 無呼吸 AI予測 イベント 時間 →
心拍 (HR) SpO₂ 呼吸(インピーダンス) 縦の破線=AI予測/イベント
心拍 78bpm徐脈
SpO₂ 79%低酸素
無呼吸 22遷延 >20s
AI推定 状態(生体信号)
安定周期性呼吸無呼吸徐脈・低酸素
次の重症イベントの先行検知
先行 ~120秒
無呼吸→徐脈→低酸素の連鎖を事前に提示 ・ 自律神経の成熟が未熟 ・ ※確定診断でなく看護・観察の支援
重症イベント・成熟への寄与(特徴・上位)
値=多変量深層学習でイベント/成熟に効いた特徴の寄与(SHAP、ダミー)。単一信号でなく「生体信号の表現型」と「汎化」が本丸。
1心拍変動(HRV)の低下・揺らぎ74%
2呼吸の周期性・無呼吸の頻度66%
3在胎・修正週数(自律神経の成熟)60%
4SpO₂ベースラインと脱飽和の深さ48%
5体動・哺乳/姿勢などの状態39%
↑ 研究コード名「NEORHYTHM」。NICUの心拍・SpO₂・呼吸波形から無呼吸・徐脈イベントを先行検知し、
自律神経・呼吸制御の成熟をAIで描いた完成イメージ。
早産児の無呼吸・徐脈(AOP)を起きる前にAIで先回り検知し、心拍・SpO₂・呼吸の生体信号から自律神経・呼吸制御の成熟と神経発達リスクを描く——完成したらこう見える、の外観イメージ。
上限 500万円(直接経費) 学生応募可(医学生=当事者) e-Rad 応募 第2回・2026年6月上旬予定 分野:新生児・周産期 × 生体信号AI
🔬 問い・学術的背景

早産児では無呼吸・徐脈・低酸素(AOP)が日常的に起き、反復する低酸素・脳灌流の低下は神経発達予後の悪化と関連する。だが現場はイベントが起きてからアラームで対応するのが基本で、いつ・なぜ起きるかは未解明。背景には自律神経・呼吸制御の未熟さがある。新生児・周産期は医学生が実習で必ず触れ、低出生体重児の多い日本で当事者性が高い領域。生体信号から重症イベントを先回りでき、成熟の軌跡を描けるか。

🎯 仮説・新規性

NICUの多変量生体信号(心拍・SpO₂・呼吸インピーダンス)に自己教師あり時系列モデルを当て、修正週数で変わる成熟を踏まえれば、心拍のみの単一指標を超えて無呼吸・徐脈・低酸素イベントを数十〜120秒前に先行検知でき、同じ表現で自律神経・呼吸制御の成熟軌道を定量できる、と仮説。「イベント予測」と「成熟の解明」「神経発達予後の層別」を一体化する点が新規。

🤖 AI活用の必然性

連続多チャネルの心拍変動・呼吸周期・脱飽和の動態と、その個体ごとの成熟は人手では追えず、単一閾値アラームは事後的で誤報も多い多変量時系列の表現学習でしか、イベントの先行パターンと成熟軌道、両者の関係は出せない=AIでしか届かない粒度。

💰 500万円の使途
  • ① 多施設NICUの生体信号・イベント注釈・修正週数・退院後の発達評価の収集・匿名化・倫理審査
  • ② 無呼吸/徐脈/脱飽和のアノテーションとアーチファクト除去
  • ③ 施設・モニタ機種・修正週数をまたぐ外部検証
  • ④ 波形可視化・先行検知の説明可能UI試作
  • ⑤ GPU計算・プレプリント・可視化Web
📈 期待成果・社会実装(出口)

イベントの先行検知と成熟軌道の定量=学会・論文。出口はまずNICUの早期警告(先回りの看護・観察支援)修正週数に応じた成熟モニタリング、抜管・カフェイン減量などの判断材料。最終判断は新生児科医が担い本企画は支援に限定。Hiroは周産期・小児を学ぶ医学生=当事者で、低出生体重児の多い日本で意義が大きい。

※ 正直な関門:「予測できる」と「介入して神経発達が良くなる」は別問題で、先行検知の臨床的有用性は前向き試験が要る。NICUの生体信号は体動・哺乳・ケアによるアーチファクトが多く、無呼吸の定義やイベント注釈自体が施設でばらつく心拍特性スコア(HeRO)など先行研究があり新規性の線引きが要る。生体信号は修正週数・モニタ機種で大きく変わり汎化が難しい。診療実装はSaMD規制の対象で、学生応募は所属大学のe-Rad機関登録・承認が前提、第2回の正式日程は確定次第の確認が必要。
完成イメージ(ダミーデータ)・参照=NICUの心拍・SpO₂・呼吸インピーダンス・イベント注釈・発達評価 / 企画ログ → spread-plans.md #55