医療分野でロボットが活躍する未来 〜北里大学病院がPepperを活用した健康啓発システムを実証実験〜シャンティが開発

医療分野でロボットが活躍する未来 〜北里大学病院がPepperを活用した健康啓発システムを実証実験〜シャンティが開発

「ねぇねぇ、ロコモティブシンドロームって知ってる? 筋肉や関節、骨などの運動機能が衰えて歩行困難になったり、いずれ寝たきりになる、リスクの高い状態のことなんだって・・・こわいよね」
近づいてきた高齢者にロボットが話しかけます。ロコモティブシンドロームとは脳や脊髄を含めた足腰、運動器の障害のために移動する機能が低下をきたす状態のことで、重度の場合は寝たきりに繋がると言います。

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2016年11月24日、北里大学病院(神奈川県相模原市)において「体操評価付き健康啓発ロボットシステム」の実証実験が行われました。ロボットはソフトバンクロボティクスのPepperと小型のNaoです。開発には北里大学 医療衛生学部教授で、整形外科医でもある高平尚伸教授が考案し、特許を取得したアルゴリズムが使用され、システム開発会社の株式会社シャンティがロボットシステムとして組み込みました。
医学的な視点で捉えた体操指導ロボットの開発と実証実験は業界でも初の試みです。北里大学でロボットを活用した実証実験を行うのも初めてです。
まずはその特徴をまとめて解説します。



特徴その1. ロボットが問診してロコモ度を判断

まず、Pepperが高齢者の方にロコモティブシンドロームについて解説します。まだ聞き慣れない「ロコモ」をまずは知ってもらうためです。続けてPepperが会話を中心に約25問の質問を行います。この質問は日本整形外科学会公認のロコモ度テスト「ロコモ25」に基づくモノです。
「身体のどこかに痛みやしびれがありますか?」「腰掛けから起ち上がるのはどの程度困難ですか?」等の質問に、体験者は五段階の選択肢から選んでタップして回答します。
回答結果からロコモ度を判断して体験者に結果を知らせます。



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Pepperが会話で質問する「ロコモ25」に体験者はタブレットで回答する

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当日の実証実験では約20人程度の体験者を予定していたが、午前中だけでほぼ20名に達した



特徴その2. 元気の足腰を保つ体操「ロコトレ」

Pepperによる問診でロコモ度が高いと判断した場合は、体験者にロコモ予防のための健康体操を提案します。当初は「片脚たち」と「スクワット」が用意されています。どちらの体操を薦めるかは、ロコモ診断の結果に応じて変わりますが、問診の回答から体験者が感じている身体の痛みや不安によって安全性の高い方を選択するように配慮されています。
体操のやり方はPepperのタブレットで動画を表示するとともに、実証実験では小型のコミュニケーションロボット「Nao」(ナオ)が体操の見本を行うしくみがとられています。体験者はNaoを見ながらスクワット体操等を行っていました。

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特徴その3. 姿勢を検知して適切な体操をアドバイス

このシステムにはロコモ度の診断のほかに、もうひとつ重要な医学的な視点から知見が盛り込まれています。正しい姿勢での体操の支援です。
体操を前方から3Dセンサーが検知していて、体験者の足腰の関節の状況や角度などを把握することができます。せっかく体操をしても姿勢が悪かったり、伸ばすべきところを伸ばせていなければ、健康支援に効果的とはいえません。そこでこのシステムでは間違った姿勢を指摘し、正しい姿勢のアドバイスを行います。「もっと膝を曲げて下さい」など、Naoが発話して教えてくれます。

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Pepperが問診し、NaoやPepperのタブレットの動画を見ながら体操する体験者。3Dセンサー「Kinect」(キネクト)が前方から正しい体操のチェックを行い、リアルタイムでNaoがアドバイスする

この機能には高平尚伸教授が考案し、特許を取得したアルゴリズム(特願2014-226993)を導入し、間違った体操の姿勢を検知すると、Naoが発話して適切な体操を指導するしくみです。

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3Dセンサーによる認識画面。キネクトはMicrosoftが開発したジェスチャー・音声認識によって操作ができるデバイス(ゲームのコントローラ代わりに多く利用されている)。前面に設置していても、膝や腰等の角度等も比較的正確に検知できる。正しい姿勢の判断はディープラーニングを用いた機械学習で訓練されたもの。



特徴その4. 診断結果をプリント

ロコモ度の診断結果と正しくできた体操の回数をPepperのタブレットの下に設置した小型のプリンタから出力できます。体験者にとっては正しく体操を行うための指標になります。

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最近、片脚立ちで靴下を穿くことに苦手意識を感じてきている著者の診断結果。ロコモ度は比較的重い予備軍だと判断されました。ロボットたちと行ったロコトレの達成度も0回と、猛省が必要な状態・・・



■北里大学病院でPepperによる「体操評価付き健康啓発ロボットシステム」の実証実験! (ロボスタ)




整形外科医 高平尚伸教授に聞く 「体操評価付き健康啓発ロボットシステムを開発した目的とロボットとの協働」

編集部

今回このようなシステムを開発し、実証実験を行った目的を教えてください。

高平先生

まずは「ロコモの認知度」の向上です。ロコモの予防は健康寿命の延伸にはとても効果があると考えています。
メタボリックシンドロームが「メタボ」という略称で呼ばれ、認知度が上がることで意識したり、気をつけようという人が増えたように、ロコモティブシンドロームも「ロコモ」という略称と認知度を上げるこのような施策で多くの人が意識してもらえるようになって欲しいと考えました。

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編集部

ロコモ予防には体操が有効なのですね

高平先生

先日も「腰が痛む」という高齢者の方が外来にいらしたので、診察すると背筋が曲がっているんです。そこでスクワット体操を5回程度やってもらってみると、それだけで帰るときには背筋がピンとして痛みが少しとれたとおっしゃっていました。普段、使っていない筋肉を少し刺激しただけでも、人の姿勢は変わるし、それによって痛みがとれることもあるんです。痛みがあると歩いたり立ったりすることが辛くなり、それが寝たきりに繋がることもあります。

高平先生

ロコトレ体操をご自宅でも続けてやっていただくことが重要ですが、「忙しい」「忘れてた」といった理由から、2〜3日やったら体操をやらなくなってしまうのが大半です。また、体操を続けてやってくれたとしても、正しい姿勢でやらなければ膝や腰などをかえって痛めてしまうこともありえます。こういった観点から、体操の姿勢を評価してフィードバックし、判定するアルゴリズム(システム)を2014年に特許を出願しました。

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ロボットに薦められて、ロコトレ体操を行う体験者。体操によって姿勢がよくなったり、関節の痛みなどが取れる効果が期待される

高平先生

それらが科学技術振興機構の「イノベーションジャパン」で評価されたことがきっかけで、シャンティさんと「ロボットなら毎日の体操を促したり、正しい姿勢の体操かを診断して、足や腰などの注意点を指摘してアドバイスするシステムに発展できる」のではないか、という話になったのです。
シャンティさんは既に医療現場でロボットによる問診システムを開発していたので、ロコモ25によるロコモ度診断も実現できると感じました。

編集部

体操の診断では、例えば姿勢のどのようなところをチェックしているのでしょうか

高平先生

頭の高さ、膝の位置や角度、それから足先とヒザと顔の前が一直線上に並ぶのが良いなど、独自に開発したアルゴリズムに基づいて解析しています。例えば、スクワット体操は布団から起きてたち上がるときに必要となる動作とほぼ同じなんです。正しい姿勢かどうかをキネクト(3Dセンサー)で情報をとって、変えた方が良いところがあればロボットが指摘して指導します。

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編集部

私もやってみましたが、正しい姿勢のスクワットは0回という判定でした、反省しています(苦笑)

高平先生

ヒザだけ曲げている人が多く、ほとんどの人がそれでできていると思い込んでいます。だからこそ判定や評価が必要で、ヒザを曲げるとともに、お尻を後ろにきちんと引いて正しい姿勢でできるようにすることが最も大切だと感じています。自宅にロボットがいて、毎日の体操を促したり、新しい体操のやり方を教えるだけでなく、正しい姿勢かどうかを判定して指導していくことができれば、在宅ロボットの意義も高まるのではないかと考えています。

編集部

ロボットは今後、医療現場に入っていく可能性はあると感じますか

高平先生

整形外科医として毎日とても多くの患者さんを診察していますが、効率化を行うためにロボットとの協働が考えられると感じています。例えば、診察の結果、体操を薦めたりもしていますが、ひとりひとりに体操のやり方を教えたり、正しい姿勢かどうかを医師がチェックするにはどうしても時間がかかってしまいます。体操の解説はロボットにバトンタッチし、正しいやり方の指導も医師の代わりにロボットがやってくれるようになれば、医師はより多くの患者を診察することができるようになるのではないかと期待しています。
ロコモに限らず、医師から指示された運動療法や体操療法の指導をロボットが行う「指導・継続支援ツール」としての活用は十分に可能性があるのではないかと実感しています。




医療ICTへの新しいロボット活用

開発会社のシャンティは、既に問診については一部のクリニックや医院でPepperを使った「ロボット連携問診システム」を導入して実用化しています。ロボット連携問診システムでは初診時の問診をPepperが対応しています。子供や高齢者は進んでPepperの問診に回答する傾向があるほか、問診の結果、高熱や感染症、重度の症状が認められた場合、リアルタイムで医師やスタッフに緊急対応を促す通知が届くようになっています(トリアージ)。

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Pepperを使った「ロボット連携問診システム」の様子(あいあい耳鼻咽喉科医院(神奈川県藤沢市))

北里大学病院でこの日に行われたロコモ問診には、ロボット連携問診システムの経験や技術が活用されています。問診時に膝の痛みがあると判断された人にスクワット体操を薦めると危険が伴う場合があるため、片脚立ちや、片脚立ちでも椅子を使って行うなどの別の体操を薦めたり、体操全般を薦めずに医師の診察を受けるように薦めることも可能になるだろう、と言います。
今回のシステムでは、ロボットやセンサーとノートパソコンとの通信などのローカル通信は行っていますが、外部のクラウド環境へのアクセスは使わず、ロボット単体の環境で処理をおこなっています。また、実証実験ではPepperとNaoの2台のロボット体制で実証実験にのぞみましたが、実際の導入では2台体制のほかに、Pepperのみ、Naoのみでもシステムを構築することができます。

実証実験の所感に関してはシャンティは、ロボットを使った実証実験では、自分達の想定以上の成果が出ていると感じているとコメントしています。「高齢者の方々は人間が相手をするよりも、ロボットが先導している方が笑顔を見せてくれているように感じます。また、ロボットの言うとおりに体操をやってくれますし、Naoが「脚をもっと曲げて」とアドバイスをすると、高齢者の方は一生懸命、がんばってその通りにやろうとしてくれていることを実感しています」(株式会社シャンティ 山下咲良氏)とのこと。

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更には将来の展開に関してを聞くと、「問診によってどのような体操が最も適しているかなど、集計や統計を反映したしくみを組み込んだり、体操の効果がどのような効果があったのかなど、結果評価やスコア、傾向値を解析するのにディープラーニング等のAI関連技術を積極的に導入していくことも考えられます」(株式会社シャンティ 宮沢祐光氏)とのことでした。

なお、今回の実証実験ではこの日の翌日に、書籍とDVD、理学療法士、そしてロボットによってそれぞれ被験者にロコトレ体操の指導を行い、どの方法が最も正しい体操を行うのに効果があるかの実験も非公開で実施されました。また、今後はこのシステムをロコモティブシンドローム対策だけでなく、その他の健康療法やダイエット等にも応用ができるのではないかと考えられています。

ロボット連携問診システムに続き、「体操評価付き健康啓発ロボットシステム」の実証実験が行われ、ロボットがすこしずつ医療ICT業界へ進出していることに大きな期待を感じています。高齢者の健康寿命の延伸や、診察の効率化等にロボットが貢献し、たくさんの人たちが笑顔でいられる社会を実現することが、関係者たちの願いです。

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