4. CRPS治療用VRシステム

研究内容

Virtual Reality技術を基礎とした鏡療法による上肢慢性疹痛治療システムに関する研究

〉神経認知科学や医療の成果に基づいた医療システムに関する取り組み

痛みを⼯工学的に治療療とは？テーマ：Virtual  Reality  技術を基礎とした鏡療療法による上肢慢性疼痛治療療システムに関する研究

•  痛みは投薬により対処するものでは？•  痛みを⼯工学的アプローチにより治療療できるのか？

⼯工学的アプローチを取り⼊入れたニューロ・リハビリテーションによって痛みを減少させ，患者を⽇日常⽣生活へ復復帰させる．

⼯工学的アプローチによる治療療は，投薬に代わる新たな治療療⼿手段となりうる

2つの難治性の慢性疼痛

Complex  Regional  Pain  Syndrome(CRPS):複合性局所疼痛症候群•  外傷(⾻骨折など)  は治癒しているにもかかわらず痛みが残る•  進⾏行行性で，時間経過がするにつれて初期の痛みより 　痛みが強くなり，かつ慢性化する

投薬等により⾝身体が薬への耐性を持つため対処は容易易ではない

幻肢•  肢切切断後、多くの患者がまだ肢が存在するように感じる•  ⼀一部の患者では、幻肢を動かすことができる•  時間経過とともに幻肢は短くなり（テレスコープ現象）,      動かせなくなる

幻肢痛四肢切切断患者の50から80％に発症すると⾔言われる

鏡治療療

Ramachandran(1996)  et  al.

健常側

患側

・⼀一部の幻肢痛患者に対する鎮痛効果の報告

・初期CRPSに対する鎮痛効果の報告Maccabe  (2003,2008)

幻肢痛，CRPS，脳卒中後疼痛

• 多数の臨臨床症状の共通点• 機能的脳画像研究による体性感覚野や運動野における再構築（reorganization）の共通点を持つ

Niccole    (2007),  et  al

脳卒中後の患者が感じる疼痛

脳卒中後のニューロ・リハビリテーションでは  Task-‐‑‒oriented  motor訓練(運動を獲得する意図を持って、実⽣生活で⾏行行う課題を訓練する⼿手法)を熱⼼心に繰り返すことが重要

鏡療療法にTask-‐‑‒oriented  motor訓練を取り⼊入れることでさらなる治療療効果が期待される

鏡治療へのVR技術の導入

鏡療法で、は多様なTask-orientedmotor訓練を行うことは難しい.

空間的制約・姿勢が拘束される

Computer Graphicsを基礎としたVirtual Reality技術を鏡療法ヘ導入する

・現実にはない空間やオブジエク卜 pを生み出せる

・センシンク、技術と組み合わせるこ

とで視覚情報と運動を組み合わせ

る事ができる

『司司司

鏡治療へのVR技術の導入

鏡療法で、は多様なTask-orientedmotor訓練を行うことは難しい.

・空間的制約・姿勢が拘束される

Computer Graphicsを基礎としたVirtual Reality技術を鏡療法ヘ導入する

・現実にはない空間やオブジエク卜 Fを生み出せる

・センシンク技術と組み合わせることで視覚情報と運動を組み合わせる事ができる

『司司

鏡治療療からバーチャルリアリティ鏡治療療へ

• 鏡療療法特有の視覚情報を患者へ提⽰示可能• 患者の状態に合わせて柔軟に訓練内容を変更更可能• 仮想空間では、没⼊入感や報酬感が得られ易易く、患者は熱中しながら訓練を繰り返すことができる

•  VRによる視覚情報提⽰示は，熱傷の処置中の激しい痛みから患者の気をそらせるほど，患者を没⼊入させる

(Hoffman,  2010)

鏡療療法に対するバーチャルリアリティの導⼊入により鏡療療法でTask-‐‑‒oriented  motor訓練を⾏行行う．

CRPSに対するバーチャルリアリティ鏡治療

鏡療法では鎮痛効果が得られな力、った長期化したCRPS患者5例の内4例で鎮痛効果を確認数週間の治療後に日常的に薬を必要としなくなった

年後ち薬は必要なくなった

バーチャルリアリティ鏡治療療の治療療タスク

健常側 患側

データグローブ 磁気センサ

例例)右⼿手に痛みのある患者の場合

仮想の物体を仮想の⼿手で掴んで移動させる

バーチャルリアリティ鏡治療療の発展

•  CRPSのバーチャル鏡治療療による鎮痛メカニズムの解明•  疼痛の変化と運動機能の変化の関連性の解明

•  脳機能計測などによる鏡治療療における認知活動の解明1.  fMRIを⽤用いた鏡療療法使⽤用中の脳活動の計測

•  ⼤大規模なデータ収集と解析によるCRPSの発症機序や 　 　 　鎮痛メカニズムの解明1.  ⼤大規模なデータ収集に向けた家庭向けた 　 　 　 　 　治療療システムの枠組みの提案と構築

2.  収集したデータの解析

現在進⾏行行中の主な研究

脳機能計測による鏡治療での認知活動の解明

目的 :鏡療法における，予測と，視覚情報に関する認知活動の解明を目的とした実験を行った.

手段 :健常者が鏡療法を使用している時の脳活動をfMRIにより計測し，質問紙を用いてその時の認知活動を明らかにする.

一動作物

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一一

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一僻作物

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ぬ耕一一

一鯵酔鶴一

⼤大規模なデータ収集と患者のデータ解析

Server

internet

data•  疼痛に関連した問診票•  バーチャル鏡治療療中の⾝身体の動作データ

•  簡易易的な家庭向けの治療療システムの開発

•  インターネットを通してデータを収集する仕組みの開発

家庭用VR鏡治療システムの動作例家庭用VR鏡治療システムの動作例

家庭⽤用VR鏡治療療システムKINECTによるモーションキャプチャ技術を応⽤用

p カメラによる⾻骨格の計測と追跡p リアルタイム計測p 完全⾮非接触での計測

p VR/MVFに近いリーチング運動ができるp ⾻骨格の実空間での位置が計測されている

KINECT  for  Windows  (Microsoft社)

自発的なリハビリテーションを促す仕掛け

治療意欲を維持する仕掛け

手順の省略の原理トンネリングの原理セルフモ=タリングの原理称賛の原理、，

・患者が自分の状態を知る・一自発的な継続的治療を補助

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５．遠隔からの執⼑刀医⽀支援システム

The doct.or support robot

研究背景（1/2）o  外科⼿手術の⼿手順

n  ⾮非侵襲での検査（レントゲン等）n  術式を⼗十分検討n  ⼿手術実施

o  ⼿手術体制の改善余地n  検査結果から想定される患部の状況と実際の状況が異異なる場合があるo  ⼿手術時間が⻑⾧長くなる可能性

n  患者の⽣生命の危険n  術後の経過の悪化

n  ⼿手術実施に⼗十分能⼒力力はある若若⼿手執⼑刀医の場合には熟練医師が付き添う必要性がある

o  ⼿手術室外の専⾨門医の早急で適切切なアドバイスが必要n  現状では電話でアドバイス

研究背景（2/2）o  災害・事故現場

n  専⾨門の医師がいないo  応急処置  ←  救急隊員への早急で適切切なアドバイスo  被害者状況の救急隊員と救急病院での共有

救急患者の治療療は１分１秒を争うでも、専⾨門外の患者が来たら・・・

研究⽬目的o  ⼿手術の執⼑刀医や救急隊員を外部の専⾨門医が遠隔で⽀支援

n  ⼿手術や救急処置のための時間の短縮n  専⾨門医の移動なしで⾼高度度な判断と適切切な指⽰示

o  術中の判定，術後や処置後の良良好な経過o  ⼿手術のリモート⽀支援システムの研究開発

n  執⼑刀医⽀支援ロボットo  テレビ会議⽤用デバイスo  術式説明⽤用のポインタo  ロボットアーム

n  遠隔指⽰示インタフェースシステムo  外部の専⾨門医がリモートで執⼑刀医にアドバイスするためのインタフェースシステム

執万医支援ロボッ卜の構成

移動台車

Webカメラ(Pan， Tilt， Zoom)

用夕、ノイ台

ポ雲

ザレ

レーザポインタ

昇降機構

(三脚+モータ)

執万医支援ロボッ卜の構成

Webカメラ(Pan， Tilt， Zoom)

昇降機構

(三n1ill+モータ)

移動台車

レーザポインタ用正日~玉三~D

レーザポインタ

遠隔指示インタフエースシステム

口 高速ネットワークに接続されたパソコン• Webカメラの制御画面・レザポインタの操作画面

o  ⼿手術に類似したタスクの被験者実験o  ⼿手術指導

n  ⼿手術箇所n  メス（箇所，向き，範囲）n  ⼿手術箇所の周辺への注意事項n  要求誤差：±2mm

o  線状図形をなぞるタスクn  練習タスク

o  ⽂文字（３種類）をなぞるn  模擬指⽰示タスク

o  誤差評価：なぞるべき線となぞった軌跡との残差平⽅方平均

精度度評価実験

被験者 A B C D E F

Zoom 5倍 0.75 0.58 0.77 0.56 0.64 0.69

Zoom 10倍 0.79 0.65 0.72 0.49 0.68 0.60

Zoom 35倍 0.80 0.70 0.76 0.53 0.70 0.73

まとめo  外部の専⾨門医による執⼑刀医の⽀支援o  ⼿手術指導⽀支援システム

n  執⼑刀医⽀支援ロボットo  Webカメラ:  遠隔で⼿手術状況の観察o  レーザポインタ:  ポインティング指⽰示

n  遠隔指⽰示インタフェースシステムo  有効性評価

n  被験者実験n  ⼿手術指導場⾯面に類似したタスクn  ポインティング誤差は要求範囲内

o  今後の展開n  執⼑刀医⽀支援ロボット

o  俯瞰視点での映像：執⼑刀医⽀支援ロボットの操作を容易易にo  半⾃自律律移動

ご清聴ありがとうございます

疾患群

検査１

検査２ 検査３

疾患１ 疾患２ 疾患３

プラント状態

観察

制御操作

中立的相互作用

エージェント運転員

プラントモデル， 診断知識，運転知識

：

相互作用の履歴

文脈

運転員

エージェト

中⽴立立的相互作⽤用