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アップルウォッチでも測定可能! 動きの「滑らかさ」を世界に先駆け数値化

富山英三郎

「脊髄性筋萎縮症(SMA)」の患者の動きを、モーションキャプチャやアップルウォッチを使い3次元解析するプログラムを開発した岐阜大大学院の研究チーム。本来は薬の効果を数値的に可視化するためのものだが、将来的にはスポーツ選手や舞踏家、職人技が魅せる「動きの美しさ」を数値化できるかもしれない。そんな3次元解析プログラムが生まれた背景や、今後の応用についてなどを同大学院連合創薬医療情報研究科の加藤善一郎教授に伺った。

ぎこちない動きと、
スムーズな動きの違いは何か?

加藤教授は創薬に関する研究を続ける傍ら、現在も臨床医として同大学の小児科でさまざまな患者を診察。医療の現場で得た知見を活用し、いくつもの研究を同時進行させている。そのひとつの成果が、モーションキャプチャやアップルウォッチを使った世界初の3次元解析プログラムだ。これは、全身の筋力が低下していく「脊髄性筋萎縮症(SMA)」患者の体の動きを解析するために生まれた。

「脊髄性筋萎縮症は、まだ研修医だった約30年前に担当していたことがあったんです。当時は薬もなく、視線を使っての会話術などQOL(クオリティ・オブ・ライフ)を改善する程度のことしかできなかった。それから約10年後、『TRH』という薬を、岐阜大学独自で脊髄性筋萎縮症の患者に向けて臨床応用し始めたのですが、その薬効を定量的に評価する方法がないということに改めて驚いたわけです」

脊髄性筋萎縮症の症状を評価する際、これまでは『腕が上がらない=0点』、『途中まで上がる=1点』、『耳まで上がる=2点』など大まかな評価方法が主体だった。

「でも、震えながら腕がぎこちなく上がるのと、スムーズに上がるのでは違いますよね? 『TRH』を投与すると、明らかに動きがスムーズになるわけです。これを臨床的には『滑らかになった』と表現します。しかし、その『滑らかさ』を評価する指標がなかった。これでは、薬を承認する機関に提出しても、どちらも手が上がっている状態と見なされ『治療効果ナシ』と判断されてしまう。そこで何かしらの指標が必要だと考えていました」

加藤教授は、遺伝子の変異によって生まれる病気の研究でも知られている。なかでも、免疫異常の原因物質(分子構造)を世界で初めて『立体的(3D)』に捉え、新薬開発へと導いた功績が大きい。『ハイテク技術を用いて立体構造を解明していく』ことは得意分野なのだ。

「体の動きを3Dで表現しようと考えたときに、スポーツの世界ではモーションキャプチャを使っているなと思ったんです。そこで、学内に眠っていた装置を引っ張り出して計測をしてみました。しかし、既存の方法論では臨床現場で必要とされる評価ができない。つまり、ぎこちなく上がる手と、滑らかに上がる手の違いを数値化できなかった」

モーションキャプチャとは、複数の赤外線カメラを並べた場所でマーカーと呼ばれる小さな球体を体に取り付ける。すると、カメラがマーカーの動きを捉え、軌道を計測していくというものだ。主に、正常な動きと比べてどれくらいズレているのかを計測するものであり、また正常値とされるものは健常者を対象としたものであった。

シンプルを極めたら、
アップルウォッチでも測定できることが判明

「臨床的な所見をどうすれば数学的に表現できるかを試行錯誤をしているとき、大学行きのバスの中で出会った方に話しかけてみたら、偶然にもコンピューターサイエンスを専門とする松丸先生だったわけです」

共同研究者である松丸直樹さんは、会津大学のコンピュータ理工学部、米国ウェイン州立大学コンピュータ研究科を経て、ドイツのフリードリッヒ・シラー大学コンピューターサイエンス研究科で理学博士となった人物。しかし、そんな専門家とタッグを組んでも『滑らかさ』の指標づくりには5年の歳月がかかった。

「できあがってみれば、1ヶ月もあればできたと思えるかもしれない(笑)。基本的な計算方法は、かなり早い段階でほぼ決まっていました。でも、患者さんにお願いするタスク(動き)と、我々が考えている解析手法がフィットするかなども含め、実証して検証して、最終的な計算まで詰めるのに時間がかかったんです」

一般的に、ぎこちない動きとスムーズな動きの違いは、モーションキャプチャを使いマーカーがブレる姿を表現すればいいと考える。そこで『ブレ』とは何かを考えたとき、加藤教授らは『空間精確性』(反復運動した際の、軌道の差を体積に似た数値として算出)と、『滑らかさ』(連続するベクトルの変化のズレから軌道の歪みを算出)というふたつの指標を取り入れた。

「一般的なモーションキャプチャは、20~30個のマーカーを取り付けるので、それもまたモーションキャプチャが臨床現場で敬遠される要因です。そこで、我々はできる限りシンプルなものを作ろうと思い研究開発した結果、マーカーが1つあれば解析できることがわかりました。その副産物としてアップルウォッチに内蔵されている加速度センサーなどを使っても、ほぼ同じ『空間精確性』『滑らかさ』という解析指標を使って評価できることがわかりました。実際の計算式はまったく別物なのですが(笑)」

モーションキャプチャを使う場合は、赤外線カメラなどの装置が必要になるが、アップルウォッチなら専用のアプリを使うだけ。これならば、町のクリニック、さらには在宅でも測定することができる。そうなると、遠隔医療の領域まで広がっていくことが予想される。また、動画に比べてモーションキャプチャやアップルウォッチからのデータは、せいぜい数十キロバイト。そのため、データのやり取りや保存も容易だ。今後、世界中からモーションキャプチャやアップルウォッチからのデータが集まれば、脊髄性筋萎縮症の子どもの標準値も決まってくる。すると、データ解析の手法にも広がりが生まれるかもしれない。

動きの滑らかさを追求すると、
「美」とは何か? にたどり着く

「運動機能を定量評価できるということは、薬の効果を可視化できるだけでなく、逆にどれくらいのペースで悪くなっていくのかもわかります。実は、そこもよくわかっていない部分なんです。また、神経疾患や筋肉疾患の患者さんだけでなく、発達障害の方へも応用できると思われます。さらには、スポーツや踊り、伝統芸能の世界で『キレ』や『美しさ』などと呼ばれる曖昧な表現も、数値で表現できるかもしれません」

私たちがプロのスポーツ選手やダンサーを見たとき、「動きに優雅さがある」「動きにキレがある」などと感心する場面は多い。しかし、なぜそう感じるのかを数学的に表現する術はこれまでになかった。しかし、『空間精確性』と『滑らか』さという指標を応用すれば、従来は曖昧だった『美』の領域へと踏み込むことができる。

「モーションキャプチャはスポーツの分野だけでなく、CGの世界でも使われていたりと、世界中にはさまざまなデータがあります。それらの過去データを使い、我々の解析プログラムで新しい評価軸を得ることができる。そうなると、医療とは違う業界でまったく新しい使われ方が生まれる可能性がある。そうなったら面白いですよね」

最後に、現在気になっている技術についてお話を伺った。

「アップルウォッチなど、ウェアラブルデバイスの進化に注目しています。今後さらに小さくなれば、指の繊細な表現も測定できるなど、ハード面の発達によって次なる展開が生まれる気がします」

加藤善一郎(Zenichiro Kato)
1990年 岐阜大学医学部医学科卒業、岐阜大学医学部小児科入局。
1997年 岐阜大学院医学研究科修了(医学博士)、奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科(国内留学・研究員)
1998年 岐阜大学医学部 助手(小児科)
2004年 岐阜大学医学部 講師(小児科)
2005年 ハーバード大学分子細胞生物学留学 客員研究員
2010年 岐阜大学医学部 准教授(小児科)
2011年 岐阜大学大学院医学系研究科 臨床教授(小児病態学)
2014年 岐阜大学大学院連合創薬医療情報研究科 教授(構造医学)、岐阜大学大学院医学系研究科 教授(小児病態学)

(text: 富山英三郎)

(photo: 岐阜大学)

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アスリートの100%に100%で応えたい。義肢装具士・沖野敦郎 【the innovator】後編

岸 由利子 | Yuriko Kishi

トラックを颯爽と駆け抜けるパラアスリートの身体と義肢の見事な融合は、義肢装具の製作や調整を行うプロフェッショナルである義肢装具士の存在なしに実現しない。日本の義足陸上競技選手初のパラリンピック・メダリスト山本篤選手や、リオパラリンピック4×100mリレー(T44)で銅メダルを獲得した佐藤圭太選手など、名だたるトップアスリートの義肢装具を手掛ける義肢装具士の沖野敦郎さんは、「選手が、100%の力を発揮できる義肢装具を作りたい」と話す。なぜ、ジャスト100%にこだわるのか。東京都台東区・蔵前の一角にあるオキノスポーツ義肢装具(以下、オスポ)の製作所で沖野さんに話を伺った。

義手アスリートの第一人者と共に歩んで、はや10年

©吉田直人

昨今、義肢装具というと、義足の開発にスポットライトが当たることが多いが、義手もまた、トラックを全力疾走するパラ陸上アスリートの体の一部となる不可欠なツール。沖野さんは、リオパラリンピック男子4×100mリレー(T42-47)で銅メダルを獲得した多川知希選手の義手製作を、2008年北京パラリンピックイヤーから現在に渡って手掛けている。

「出会った頃の多川選手は、義手を付けずにレースに出場していました。クラウチングスタートの時の彼を見ていると、生まれつき右前腕部が短いので、右肩が下がっていて、出づらいのでは?と思ったんですね。私も、元々陸上をやっていたので、身体のバランスを左右並行にした方がパフォーマンスも上がると思い、ちょっと提案してみたのです。“義手を付けた方が、早くスタートを切れるんじゃない?”と。でも、彼にとっての私は、出会ったばかりのいち義肢装具士。その時は、“別にいいです”と言われましたが、それからしばらくして、遠征先のドイツから電話がかかってきたんです」

当時、スタートダッシュの安定性に悩んでいた多川選手は、多くの海外選手が、義手を付けているのを目の当たりにし、自分も試してみようと思い立ち、沖野さんに製作を依頼した。義手以外にも、左右のバランスを取るためには、台を置くという選択肢もあったが、走り出す時に、誤って台を蹴り飛ばすなど、他の選手の走路妨害になるようなことは避けたい、レース以外のことに気を使わず集中したいという想いもあった。

多川選手が、日本の義手アスリートの先駆者となったのは、かつて沖野さんがふと投げかけた助言が全ての始まりだ。

「今、多川選手の義手は、第4世代くらいです。義手を付ける方の腕は、筋力が弱いので、重いものが付いた状態で振るのは大変。ですので、軽量化することを最優先に製作しています。ただし、軽くすることが最良の手段であるかは、まだ分かりません。選手と対話を重ねながら、製作の方向性を決めています」

多川選手の義手開発で培った技術は、日本人のパラアスリートで唯一、義手と義足を付けている池田樹生選手の義手製作にも活かされている。その他、沖野さんが義手の製作を手掛けた選手からは、「手が伸びた感覚が得られることによって、左右のバランスが取れて、腕が振りやすくなった」という声も挙がっている。

「2020年の東京パラリンピックで使用する義肢装具は、2019年には完成していないといけません。それらを使用する選手が使いこなすために時間を要するからです。そのために時間を逆算しており、すでに動き出しています。義手について、もう一つ目指しているのが、風を切る形状にすること。頭の中に、構想は色々とあるのですが、一点ものですし、具現化するにはかなりの資金がかかります。現在は、補助金採択可否の結果待ちの状況です」

子供から大人まで、走りたい人が集う
“オスポランニング教室”

「義肢装具製作所って、料理店に似ていると思うんです。辛いのが好きな人もいれば、甘いのが好きな人もいますよね。この人には甘いものが喜ばれたから、あの人にも同じものを作るというのではなく、それぞれの好みに合わせてカスタマイズしていく意味では、すごく似ているなと。唯一違うのは、義肢装具製作所の場合、“合わなければ、他(の製作所)に変えればいい”とは、中々いかないところです。製作所の数は限られていますし、義肢装具を作るために、国や役所と契約を結んだりするので、変えるとなると、ユーザーさんは、かなり煩雑な手続きを踏まなくてはいけない。ゆえに、なんとか満足のいくものを作って欲しいという思いで皆さんいらっしゃいます」

その期待に応えるべく、奔走する日々を送るかたわら、沖野さんは、2016年12月から、新豊洲Brilliaランニングスタジアムで、月1回のオスポランニング教室を開催している。このランニング教室は、オスポで義肢を作った人だけでなく、子供から大人まで、義足で走りたいという人なら誰でも参加できる。日常用義足を使った正しい歩き方や、スポーツ用義足の板バネの使い方などについて教えながら、沖野さんも彼らと共にトラックを駆け抜ける。

「当初は、弊社にあるスポーツ用義足の部品を貸し出していました。おかげさまで、参加者の方が徐々に増えていき、板バネが足りないなと思っていたところ、昨年10月にギソクの図書館ができたので、コラボレーションじゃないですけれど、ぜひ利用させていただきたいなと思いました」

ギソクの図書館とは、スポーツ用義足を自由にレンタルできる世界初のユニークなライブラリー。その発案者である遠藤謙氏は、スタジアムに併設する義足開発ベンチャー「Xiborg(サイボーグ)」の代表も務める。

「板バネを開発する企業はこれまでに幾つもありましたが、Xiborgが他とは大きく異なるのは、遠藤さんという素晴らしい義足開発のスペシャリストがいて、義足をどう使いこなすかを教えてくれる為末大さんがいたこと。そこに、義肢装具士が携わって、取り付けや調整を行う。三位一体と呼ぶにふさわしいこのシステムは、まさに私が求めていた理想形でした」

100%に、100%で応えるモノづくりを

パラリンピックという世界の大舞台や世界選手権大会で活躍するトップアスリートたちの義肢装具について、沖野さんは揺るぎない信念をもって製作にあたっている。

「私は、選手の力を100%発揮できる義肢装具を作りたい。120%というとおかしいんですよ。なぜなら、20%は装具の力ということになるから。モータースポーツは別として、パラリンピックに限定すると、部品に動力があってはいけません。あくまで、選手主導で動かしていくものに対して、力を発揮できなければならないのです。今も昔も、選手が100%の力を加えた時に、100%跳ね返ることができる義肢装具を作ることを心がけています」

「自分の義肢装具に対して、不満を抱えて、不安な表情をして来られた方が、納品した時に、満足した表情で帰られる時、一番の喜びを感じる」と言う沖野さんに、パラスポーツから広がる可能性について尋ねてみた。

「実は、私自身、パラスポーツという言葉があまり好きではありません。パラスポーツというよりも、障がいの有無に関係なく、道具を使う“ツールスポーツ”といった新たなジャンルが生まれ、発展していけば、障がい者スポーツや健常者スポーツという区別もなくなって、車やメガネのように、義肢装具もまた、人々の動作を補助するツールとして認識されるようになるのではないかと思います。ツールスポーツに、私のような義肢装具士が携わるという形になれたら、理想的ですね」

「Liberty(自由)」、「Originality(独創)」、「Seriously(本気)」。オスポが掲げる3つのコンセプトを体現した若き義肢装具士・沖野敦郎。義肢装具の未だ見ぬ世界を拓く彼の挑戦はまだ始まったばかりだ。

前編はこちら

沖野敦郎(Atsuo Okino)
1978年生まれ、兵庫県出身。オキノスポーツ義肢装具(オスポ)代表、義肢装具士。山梨大学機械システム工学科在学中の2000年、シドニーパラリンピックのTV中継で、義足で走るアスリートの姿を見て衝撃を受ける。大学卒業後、専門学校で義肢装具製作を学んだのち、2005年義肢装具サポートセンター入社。2016年10月1日オキノスポーツ義肢装具(オスポ)を設立。日本の義足陸上競技選手初のパラリンピック・メダリスト山本篤選手リオパラリンピック4×100mリレー(T44)で銅メダルを獲得した佐藤圭太選手の競技用義足、リオパラリンピック男子4×100mリレー(T42-47)で銅メダルを獲得した多川知希選手の競技用義手や芦田創選手の上肢装具など、トップアスリートの義肢製作を手掛けるほか、一般向けの義肢装具の製作も行う。

オスポ オキノスポーツ義肢装具
http://ospo.jp/

(text: 岸 由利子 | Yuriko Kishi)

(photo: 河村香奈子)

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