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| 医療系VRシステム |
3DVRを用いた病院・医療現場で活用できるソリューション
サポート開始日 ： '11.11.01
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医療系VRシステムについて
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3D・VR（バーチャルリアリティ）ソフトを活用した各種ドライブシミュレータ。
耐震診断、建物エネルギー解析や火災解析、避難解析など各種解析サービス。
フォーラムエイトのソフトウェア、システム、サービスをご提案します。
病院や医療現場では、ITシステムの導入が加速していますが、病院の業務効率化や医療系システムの導入が中心であり、近年注目されている災害対策や省エネ・環境対策、患者を始めとする地域住民とのコミュニケーション、医療現場でのVR活用については未だ改善の余地があるものと考えられます。
フォーラムエイトでは、これまでに培った土木・建築・解析のノウハウに基づく3D・VRの技術を用いて、これらの課題を解決するソリューションを提供していきます。今後、病院や医療現場に関わるさまざまな方々が活用可能な、VRを用いたソリューションを提案します。
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| ▲医療系VRソリューション |
| VRの導入・活用目的 |
| 病院スタッフ |
患者・地域住民 |
■医療現場の改善
- 病院の什器配置検討
- 再加熱カートの走行シミュレーション
- 通路の幅等の検証
- 病室、診察室のレイアウト検討
- 病室の窓からの風景確認
- リハビリ等のシミュレーション
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■地域とのコミュニケーション
- 病院立地のイメージ確認
- 病院内のイメージ確認
- 3D模型による可視化
- クラウドコンピューティングとVR技術を用いたコミュニケーション
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| 建築設計者 |
病院経営者 |
■設計意図や要望の把握 省エネ・環境対応
- 設計意図の伝達
- 早期の病院スタッフ要望の抽出
- 消費エネルギーの見積精度向上
- 耐震診断
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■明確な判断材料の確保 危機管理への対応
- 病院の外観/内観等の建築構想確認
- 震災対策
- 避難解析
- 緊急車両等の道路損傷個所の回避
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■ 表1 VRを用いたソリューション例
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システムの特長
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医療現場では病院スタッフの業務効率の向上のため、病院内レイアウトが非常に重要となります。VRによるシミュレーションを用いることで、現状のレイアウトが持つ問題点をわかりやすく表現し、改善案についても妥当性を明確に伝えることができます。
■病院内イメージ検討・確認
VRシミュレーションによるリハビリを実施し、リハビリ方針検討や患者自身の現状把握に活用。
■什器配置検討
病院施設の空間イメージを構造段階の設計時から視覚的に検証。
■通路幅等の検証
什器等を設置した状態での通路歩行や、移動式ベッド・医療用機器の運搬などで、十分な通路幅が確保できているかを検証。
■病室からの風景の検討
VR上で病室や診察室の空間にベッドなどを設置し、作業効率を考慮したレイアウトを検討。
病室の窓から見える景観の確認も行える。
■車いすや移動式医療機器の運搬シミュレーション
病棟内での車いすや再加熱カート、移動式の医療機器等の運搬シミュレーション。スロープの角度や幅などを検証。
VRの技術やシミュレーションを活用すれば、構想段階から設計意図やその妥当性の明確なプレゼンテーションが可能となります。病院スタッフの理解促進により、スタッフの潜在的なニーズも抽出しやすくなり、早期から十分な検討を行うことで、意思決定や手戻りの防止、関係者の満足度向上に役立ちます。
■建築設計者視線での計画検討
病院の外観・内観の構造や色の検討、ドアのサイズや形状などを構想段階から理解できる。また、車いすを利用する患者や子供等、様々な視点から見た病院内イメージや避難経路などの情報掲示方法を検証可能。
| ● 地域とのコミュニケーション(患者・地域住民視点) |
街の景観や建物の構造など、VR技術を活かして病院内部や周辺環境の様子を3Dモデルで再現し、患者や地域住民へのプレゼンテーションが行えます。また、VR-Cloud®を用いれば、場所やマシン性能を問わず、タブレットやスマートフォンなどを利用してWebブラウザでVR空間を誰でも容易に操作できます。
■VRによる病院内のイメージ確認
病院の外観や内部をVRでプレゼンテーションし、計画関係者や地域住民に対してイメージを的確に伝えられる。作成したVRモデルは3Dプリンタで実際の模型として出力し、プレゼンテーションに利用できる。
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| ▲病院内イメージ確認 |
▲実際の3D模型による可視化 |
■クラウドとVR技術を用いたコミュニケーション
インターネット環境さえあれば新クライアントで3DVRを操作可能。計画全般において、広報展示や合意形成の支援ツールとして利活用できる。
■避難解析
病院内での避難解析とVRによる可視化により、火災・地震発生時の避難方法を検討。
●建物内レイアウト検証
増改築時のレイアウト／病院内の物品配置
●避難ルート、避難経路表示検証
各病棟、病室からの避難経路／避難経路表示の配置
●年齢・性別別避難誘導方法検証
入院患者の年齢、性別、歩行能力を考慮した避難方法
| ● リハビリテーション用ドライブシミュレータシステム |
脳機能のリハビリ：自動車を運転をすることによって脳が活性化する。
身体機能のリハビリ：体を使って運転することによって、身体機能のリハビリとなる。
社会復帰：運転技術の向上、交通ルール遵守など社会復帰に向けた訓練を行う。
■脳卒中患者のリハビリ
リハビリ中のドライバーの評価を支援するバーチャル運転シミュレータ。患者の健康状態と問題解決能力をテストできます。
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| ▲事例：「道路モニタリングシステム」Temasek Polytechnic（シンガポール） |
■安全運転シミュレータによる運転訓練
シミュレーション体験後は、体験者の運転ログにより診断。危険予測教習・夜間の運転教習他、型式認定基準に準拠した6種類の教材と、オプションシナリオとして2種類の教材を設定しています。
財団法人日本交通管理技術協会の定める運転シミュレータ型式認定基準に準拠したドライビングシミュレータ（型式認定申請予定）。シミュレーション体験後は、体験者の運転ログにより診断。
>> UC-win/Road 安全運転シミュレータ
●安全運転教材
型式認定基準準拠
- 危険予測教習
- 夜間の運転教習
- 急ブレーキ教習
- 高速教習
- 地域特性教習
- 悪条件下での運転教習
オプションシナリオ選択
●リプレイ機能
●診断／集計ソフト
運転ログから、教材に応じて診断が可能。診断ソフトからの情報を収集して受講者全員の運転結果の集計および統計処理が可能。
■高齢者運転シミュレータ
名城大学理工学部情報工学科の取り組みで、ドライブシミュレータを活用した認知機能低下の検出、運転能力の評価、運転能力の訓練を行う。
>> UC-win/Road 高齢者運転シミュレータ
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| ▲運転負荷：小(歩行者のみ) |
▲運転負荷：中(対向車のみ) |
▲運転負荷：大(歩行者+対向車) |
（名城大学理工学部情報工学科山本研究室・中野研究室作成資料より）
■UC-win/Road ドライブ・シミュレータ
本格的四輪実車型ドライブシミュレータ・パッケージシステム
完全な制御環境下で多様な走行環境を生成し、反復再現ができます。近年、ドライブシミュレータは、車輌システム開発やITS交通システム研究、ドライバ、車、道路、交通との相互作用研究などに数多く適用されています。
>> UC-win/Road ドライブ・シミュレータ
UC-win/Roadドライブ・シミュレータの特長
- UC-win/Roadによる自由な3次元走行環境の作成
- 標準プラグインをパッケージ・ソフトで提供
- 標準VRデータは無償、シナリオカスタマイズ対応
- ビジュアルオプションツールズによる多様な環境を再現
- 車輌本体は、量産OEMによる低価格を実現
- カスタマイズによる高度なシミュレーションニーズをカバー
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UC-win/Roadの福祉分野への展開
日本バーチャルリアリティ学会が「医療・福祉・ヘルスケアとＶＲ」の論文を今年（2013）募集するなど、福祉関連分野でのＶＲ研究はますます注目されています（http://www.vrsj.org/news/3281/）。
こうした中、フォーラムエイトでは3DVRソフト「UC-win/Road」を活用した医療系VRシステムへの、積極的な取り組みを行っています。UC-win/Roadの強みは、線形形状から簡易に道路を生成できたり、一建物のみならず周辺環境を広くとらえた外部の空間をＶＲ上で作成できたりといった、「外部のＶＲの容易な作成」が可能なことにあると言えます。
坂道を避けた道案内例
「外部のＶＲの作成」の観点を現行の医療系ＶＲに応用することから始め、次に「内部のＶＲの作成」を今以上に強化し、最終的に内外一体となった福祉環境をシミュレートできるＶＲシステムの制作を目指します。これらの外部ＶＲと内部ＶＲを一体化して使用できるようにすることで、福祉ＶＲとして普及することが見込まれます。病院・介護施設で言えば、周囲の夜の様子、周辺施設、交通量、時間外ドアの情報等が知りたいところであると思われます。病院・介護施設の長期利用予定者が施設の比較検討を行える、福祉ＤＢなるものを作成することも検討しております。
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■車椅子安全シミュレータ
関西大学システム理工学部との共同研究により、車椅子の安全シミュレータを共同開発・研究。UC-win/RoadのVR空間を車椅子シミュレータの表示画面部分として活用。
>> UC-win/Road 車いすシミュレータ
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▲車いすシミュレータ構成イメージ |
▲車いすシミュレータ
ハードウェア連携部分構成図、フロー |
■酔っ払い運転シミュレータ
飲酒後の運転情況をシミュレーションし、中枢神経と平衡システムが乱れている状態での運転を体験することで、飲酒運転の危険性・危害性の警告・認識に役立ちます。
人身事故シナリオイメージ：歩道からの人間や動物の飛び出しを設定。
車輌事故シナリオイメージ：停止車輌の急発進や、交差点部での車輌飛びだしを設定。
道路障害シナリオイメージ：路面に凹凸があるイメージを作成し、道路付属物などへの接触判定を設定。
■人工膝関節インプラント手術シミュレーション
手術予定者のCTデータから作成したVRデータをもとに手術シミュレーションを実施。人工膝取り付け後の骨の衝突チェック、手術後の膝の曲がり具合、手術ナビゲーションで手順などをVR-Cloud®で閲覧。
●準備
・手術予定者のCTデータを取得する
・CTデータを元にVRデータに変換
・VR-CloudRサーバへデータを登録(Webで閲覧可能)
●手術前検討
・VRデータをもとに手術シミュレーションを実施
・結果を利用して患者に手術の説明
●手術
・手術ナビゲーションを利用した手術
・必要に応じて手術シミュレーションの再度実行や調整
●手術後
・手術レビューや患者への説明 |
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手術後の膝の曲がり具合をVRで閲覧
・人工関節の前後稼動範囲である0度〜150度での膝の曲がり具合をVRで確認できる（角度任意入力）
・0度〜150度の状態を自動で動かし、スムーズに稼働するかVRで確認できる |
■教育・研究現場での血管のシミュレータ
血管の内部の流れをVR空間で再現することで、赤血球の一つ一つが血管内を流れていく様子を確認頂けます。
■VR-Cloud®
3D・VRをクラウドで！
インターネット環境さえあれば、場所やマシン性能を問わず、VR空間をインタラクティブに参照・体感できるクラウド型アプリケーション。Android対応スマートフォンやタブレットにも対応しています。
■Engineer's Studio®
3次元積層プレート・ケーブルの動的非線形解析プログラム。
3次元有限要素法（FEM）解析プログラムです。土木・建築構造物の部位を1本棒に見立てたはり要素や平面的に連続した平板要素でモデル化して、構造物の非線形挙動を解析するツールです。
Engineer's Studio® 解析支援サービス
各種土木建築構造物の耐震診断、補強設計、新設設計を支援する技術サービス。地震動による時刻歴応答解析やコンクリート・鋼部材の非線形解析まで高精度の解析を支援します。
●Engineer's Studio® スパコンクラウド®オプション
●解析クラウドサービス“Engineer's Studio® for SaaS”
■地盤解析
性能照査設計に対応できる高度解析ソフトウェア
■EXODUS/SMARTFIRE 避難/火災シミュレーション
buildingEXODUS：建築環境のための避難モデル
非常時・常時の人々の動き・行動を評価するコンピュータベースの実験室で、人と人、人と火災、人と構造物の相互作用をシミュレートします。このモデルは熱、煙、有毒ガス等の影響を受け室内から避難する各個人の経路を追跡します。
SMARTFIRE：火災モデリングのSMART CFDシステム
高度な計算流体動力学(CFD)の火災シミュレーション環境。効率的な避難・解析を設計する多くの独自機能があります。
開発：ＦＳＥＧ 英国グリニッジ大学火災安全工学グループ
UC-win/Road for EXODUS
「EXODUS/SMARTFIRE」と連携し、3DVR上でシミュレーション結果を確認することで、建築物の安全性についての合意形成に活用できます。シナリオ機能で避難シミュレーションの結果の可視化を制御可能。
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| ▲トンネル避難VR |
▲空港内部の群集流シミュレーション |
▲中目黒駅旅客流動シミュレーション |
東京消防庁認定 避難算定方法
2011年3月、EXODUSによる算定方法が認定
予測される避難に必要な時間の算定に関する要綱 に基づく「火災避難シミュレーションと同等と認められる算定方法」としてフォーラムエイトが東京消防庁より認定されました。 |
●VRを活用した避難誘導蓄光ライン検討
太田幸夫氏（NPO法人サインセンター理事長）が推進し、業種業態の異なる企業が協働する民間主導のワークショップ「避難誘導サイン・トータルシステム」に参画し、複合災害を視野に入れた屋内・屋外一貫の避難誘導システムの研究・開発を進めています。
EXODUS／SMARTFIRE解析支援サービス 避難解析/火災解析支援データサービス
buildingEXODUS・maritimeEXODUSのノード/アークモデル、SMARTFIREの3次元CFD-FEMモデルにおける初期モデルの作成をサポートします。
■DesignBuilder
建物エネルギーシミュレーション
イギリスDesignBuilder社により開発された建築シミュレーションソフトです。米国エネルギー省開発の建物エネルギーシミュレーションプログラムであるEnergyPlusと連動することによって、作成したモデルに対して光、温度、CO2などの環境をシミュレーションし、計画段階から環境に配慮した省エネルギー型の建物の設計ができるソフトウェアです。建築家、建設事業エンジニア、エネルギーコンサルタント、学生の使用に適しています。
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| ▲ビジュアル化機能 |
▲建物内部ウォークスルー画面 |
▲3フロアの照度コンター |
▲Radianceによるレンダリング |
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| ▲熱負荷データ |
▲冷房負荷データ |
▲CFD解析画像 |
建物エネルギーシミュレーション支援サービス
光、温度、CO2 などの環境シミュレーション、省エネルギー建物設計を支援する技術サービス
小規模な建物から、オフィス、複合建築、土木施設までが対象。図面や環境条件をいただき、必要な打ち合わせを経て、建物形状と環境諸条件の入力・解析を実施し、グラフやリスト、画像データとして出力して報告書を作成。DesignBuilderデータと共に提出します。
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| ▲RC造一般住宅 |
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| ▲大型公共建造物 |
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医療分野へのUC-win/Road 普及促進に向けた企画提案
厚生労働省の公表している「平成24 年度 医療費の動向」によると、医療保険・公費負担分医療費は、2007 年の33.4 兆円から2013 年の38.4
兆円で約114% 伸びている。またWHO の公表している「WORLD HEALTH STATISTICS」の資料によると、右下図に示した通り「対GDP
に占める健康関連支出額（health expenditure）」の日本国内における割合は、全体的に年々上昇してきていることがわかる。
（2000 年の7.7% から2010 年の9.2% へと120% の伸び）
以上のように医療関連の支出は年々上昇傾向にあり、今後も人口の高齢化と共に上昇することが予想される。
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▲参考：厚生労働省公表データ
平成24 年度 医療費の動向より |
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▲参考：WHO 公表データ
WORLD HEALTH STATISTICS より |
| 2.UC-win/Road の医療分野への展開可能性 |
医療分野においても既にVR 活用への動きは見られ、幾つかの先行研究事例が存在する。しかしながら、それらの先行研究事例の多くは、「障害者自身の更生」にのみ視点が置かれているものが多い。
誰もが暮らしやすい社会を実現するには、障害者の努力のみならず、その障害を患っていない健常者も含めて、社会のあり方について検討していくことが重要である。
| ３．視力低下表現機能（案） ＜障害者以外へのアプローチ＞ |
| 目的 |
： |
自分の視力以外による視界をVR 上で体験することにより、標識の視認性や道路危険箇所の検証等に資する。 |
| 対象 |
： |
視力良好な人も含めた全員
（特に公共・視力・福祉・ユニバーサルデザイン等に関わる者） |
| 期待される効果 |
： |
普段では気がつかない弊害を誰もが実感することで、公共工事等における施策反映への効果が期待できる。 |
| 具体的機能 |
視野に関する機能として、現状「視野半径による描写のON・OFF」機能がある。この従来の機能に、視力・焦点距離・被写界深度等の視力に関するパラメータを追加することで、視力の違いによる距離に応じた表現をボケ等で表すことができると考えられる。
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| 現状の機能 |
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| ▲視野半径15kmの場合 |
▲視野半径10kmの場合 |
新機能（案） |
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| ▲視力良好な状態 |
▲視力が低下した状態 |
| ４．色覚異常表現機能（案） ＜障害者以外へのアプローチ＞ |
| 目的 |
： |
色覚異常における見え方をVR上で体験することにより、健常者も色覚異常者が日頃から周りの景色がどのように見えているのか実感できる。 |
| 対象 |
： |
健常者も含めた全員
（特に公共・視力・福祉・ユニバーサルデザイン等に関わる者） |
| 期待される効果 |
： |
多くの人が色覚異常による見え方等を体験することで、障害者への対応が変わることや、誰もが住みやすい「まちづくり」「都市計画」に本体験を活かしていくことが期待できる。 |
| 具体的機能 |
色の変更に関する機能として、現状「寒暖に対して色を変更する」機能がある。
この従来の機能に、赤緑色色覚異常や青黄色色覚異常等による、色の見え方の違いを表現できる機能を追加すれば、色覚異常によるものの見え方が表現できると考えられる。 |
| 現状の機能 |
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| ▲寒冷地での見え方 |
▲温暖地での見え方 |
新機能（案） |
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| ▲赤色色覚異常による視界への影響 |
障害者自身へのアプローチ
ヘッドマウントディスプレイ上にVR の街並みを表現し、四肢の不自由な人のリハビリテーション用として、少量の動作で歩行等できている感覚を実感して貰い、モチベーションの持続等に活用できる。
社会全体へのアプローチ
「国内医療機関への外国人患者の受け入れ（インバウンド）施策」および「2020 年の東京オリンピック・パラリンピック」に向けて、UC-win/Road
を用いた以下の提案がある。
ただし、これに対応するためには、空港・JR・各病院等を中心に多くの協力者が必要になってくる。
また「VR 化の最大のメリット」とは下図に表現されるように「見えないもの」→「見えるもの」へと見える化する点にあるだろう。
上図の点から、今後は「ミクロの世界」に向けた取組にも注力していく姿勢がある。
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