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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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入院中の病室で生まれた、愛着の湧くものづくり 天然素材デザイナー・吉田道生氏

岸 由利子 | Yuriko Kishi

新しいデザインが生まれるのは、何もアトリエや工房だけではありません。優れたデザイナーは、時として、大学病院の病室さえ、クリエイティブな空間に変えてしまう。そのことを身をもって証明したのが、天然素材デザイナーの吉田道生氏。17年間、株式会社キヤノンで、カメラやプリンターなどのデザインを手がけたのち、デザイン戦略に興味を持った彼は、2000年にサムスン電子に転職し、長きにわたって、デザインチームを運営してきました。突然の病が襲ったのは、2015年初めのこと。隔離病棟に入院中、彼が発明した“心地良いプロダクト”とは、何なのか?具現化に至るプロセスや天然素材にかける想いについて、じっくりお話を伺ってきました。

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「結核だから、明日入院してくださいと言われて。びっくりしましたね」

―前兆はあったのですか?

吉田道生氏(以下、吉田):ずっと咳をしていたんですね。その後、息子と一緒にインフルエンザにかかってしまって、急激に体力も低下して。しばらく経っても、あまりにも咳が止まらないので、病院で診てもらったら、「レントゲンに影があるので、大学病院で再検査してください」と。

その時、具体的な病名は伝えられなかったのですが、「ガンになっちゃったのかな…」とか、色んな想像が頭をもたげ、ビクビクしたね。検査から1日経って「結核です。明日入院してください」と言われて。びっくりでした。

―入院するのは、初めてでしたか?

吉田:いえ、今回が3回めでした。結婚してすぐくらいの時に、スポーツジムでトランポリンをやっていたのですが、背骨を圧迫骨折しまして、2ヶ月ほど入院しました。若い頃から、馬鹿なことばかり色々とやらかしていましたね(笑)。あとは、扁桃腺の手術を受けた時です。

―結核の治療って、どのように行われるのですか?

吉田:元々、自覚症状は咳だけで、だからというわけではないのですが、入院して、薬を飲んだら、すぐに止まったんですよ。でも、結核って、殺菌のようにパッとはいかないそうで、菌自体が増えるのも減るのもゆっくりなので、一旦、菌が治まったことが確認できてから、週に1回行われる検査で、確か3回以上OKが続かないと、中々、退院には至らないんですね。

狛江の慈恵医大に入院していたのですが、隔離病棟はその時期、たまたま空いていて、ほぼ個室のような状況でした。結核だけをを患った患者は私ぐらい、ほかには、合併症を抱える高齢者の方が数名いました。圧迫骨折で入院した時は、ベッドから出ることすらできませんでしたが、今回は、自分で動けるし、体は至って元気。回復を日々、実感しつつも、隔離病棟からは出られないという、ちょっとはがゆいシチュエーションでしたね。

病室の“ひとりワークショップ”で生まれた、最高級木材・ヒノキの「木こちい(ここちい)」とは?

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―病室では、どんな毎日を過ごされていたのですか?

吉田:インターネットがどうにか繋がっていたので、フェイスブックなどを通して、友人や知人と交流したり、スマートフォンやタブレットで電子書籍を読んだり、動画を見たりしていました。が、最も多くの時間を過ごすのはやはりベッドの上で、なおかつ横になった状態です。書籍よりも、電子書籍の方が読みやすいけれど、動画にしろ、長時間、端末を使っていると、やはりその体勢ではすぐに疲れてしまうんですね。「横になったまま、どうすれば、スマートフォンやタブレットを快適に使えるだろう?」と考えるうちに、病室のテーブルで、“ひとりワークショップ”を始めたんですよ(笑)。

―“ひとりワークショップ”とは!?

吉田:必要なものは随時、アマゾンで注文して、看護師さんが病室まで届けてくれていたのですが、アマゾンって、小さな商品を頼んでも、かなり立派なダンボールで梱包されて届きますよね?お掃除の方にわるいなと思って、出来るかぎり小さくたたんだりしていたのですが、ある時ふと、「コレ、捨てるのもったいないな」と思って。入院時に持参したペンケースの中に、カッターと金属製の定規が入っていたので、それらを使って身近な必需品をダンボールで作る工作を始めました。

スマホスタンドや自撮り棒、スリッパなど、色々と作っているうちに面白くなってきて、「見舞いに行くけど、何か要る?」と弟に聞かれた時に、「のり、持ってきて」と(笑)。62日の入院中、10個ほど試作を作りましたね。

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これは、金属製のスマートフォンホルダーにダンボールと輪ゴムを使って、キンドルを取り付けられるようにしたものです。輪ゴムもかなり頑丈で、いいなと思って、留めてみたら本当に良くて。ただ、この金属製のフレキシブルパイプを使った製品では、位置決めがしづらく、何か他によい方法はないかなとひとりワークショップをやっていて、国産のヒノキ材を使った「木こちい(ここちい)」の枕上タイプのアイデアが生まれました。

「木こちい(ここちい)」枕上タイプ

―うわ、これは快適ですね!高さの位置調整がスムーズ。留め具がないのに、どうしてちゃんと固定されるんですか?

吉田:横板にゴムバンドでスマートフォンなどの端末を固定し、縦棒にテコの原理で止めることで、簡単に高さや左右の角度を調整することができるようになっているんです。囲炉裏って、鍋の高さを自在に変えられるようにできているじゃないですか?あれと同じ構造なんですよ。

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―ヒノキの香りに癒やされます。素材のこだわりについて教えてください。

2015年6月末に、サムスン電子を早期退職するまでの32年間、私は、プラスチックや金属の大量生産される製品の開発に携わってきました。むろん、今も企業の多くは、いかに効率よく、それらの製品を開発するか、そこに注力していますが、よりユーザーが愛着を持って使える多品種少量生産型の製品への要望が強まっているということも、また事実です。近年、私自身も、木材をはじめとする天然素材を使った、愛着の湧くものづくりをしていきたいと考えていました。

友人のデザイナーが初めた「日本スギダラケ倶楽部」というユニークな集団があるんですね。彼らと関わっていくうちに、国産材の有効活用など、社会性のあるデザイン活動に、より強く興味を持つようになりました。完治して退院後、この倶楽部を通じて知り合った木工の町・栃木県鹿沼市の栃木ダボさんの協力を得て、入院中に描いたデザインを具現化し、世界初のチケット購入型クラウドファンディング『ENjiNE(エンジン)』でお披露目するに至りました。ちなみに、試作で輪ゴムを使った部分は、石川県かほく市の気谷さんのヘアゴムを使用しています。

より快適に、心地よくをめざして。「木こちい」専用のクッションや抱きまくらの展開も検討中

「木こちい(ここちい)」横タイプ

―こちらの製品も、快適です。自宅にあったら、ベッドから離れられなくなりそうです。

吉田:これは、枕の横に置くタイプなので、「木こちい(ここちい)」の“横タイプ”と呼んでいます。ゴムバンドでスマートフォンなどの端末を垂直に固定できるので、横になりながら、読書や動画鑑賞を楽しめる仕様になっています。コンパクトなデザインですが、キンドルやタブレットにも対応できるんですよ。

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―今後の展望についてはいかがですか?

吉田:医療系の通販サイトをはじめ、こだわりのある商品を扱っているところで、「木こちい(ここちい)」を展開していきたいと考えています。専用のクッションや抱きまくらなども作っていきたいですね。抱きまくら、こうやって使っている方(上記、右)、けっこう多いと思うんですけど、抱きまくらに傾斜をつけたら、より見やすくなるでしょうし、快適に使える方法を色々と思案中です。恋愛小説を読む時なんか、ぎゅーっと抱きしめられますし、特に女性にとっては、一石二鳥になるでしょうか(笑)。

このクッションと抱きまくらの中身は、ヒノキのチップにしてみました。寺院の柱などを製造する時に出る研磨の廃材ですが、リラックス効果の高い“フィトンチッド”成分が含まれていますし、ヒノキ自体、木目の美しい、耐久性に優れた最高級の素材です。病院や老人ホームをはじめ、ご自宅などでも、心地よく使っていただけたら本望です。

開発者のリアルな入院経験と必要性から生まれた「木こちい」。「さらなる心地良さを追求し、改良を重ねています。商品名は、“きこちい”と読まれることが多く、心地良さが少し伝わりにくかったので、“木もちんよか”(きもちんよか)に改めました」と吉田氏。心地良さへの徹底的なこだわりが詰まった製品、今後の展開に注目したい。


京都大学デザインスクールでの講演内容
http://www.design.kyoto-u.ac.jp/activities/forthcoming/7077

(text: 岸 由利子 | Yuriko Kishi)

(photo: 壬生 マリコ)

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