立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第32号) 2023

［ 研究助成 (B) ]メンテナビリティ・セキュリティ・セーフティを考慮した分娩室運用管理システムの研究
A management system for delivery operation considering maintainablity, security and safty
2201902

工学部

准教授

桑名

健太

情報通信学部

准教授

柿崎

淑郎

東都大学
幕張ヒューマンケア学部

助 教

土井根

礼

音

研究代表者

東京電機大学

共同研究者

東海大学の要素技術研究を行い，運用管理システムのプ[研 究 の 目 的]ロトタイプの構築を行った。
本研究の目的は，セキュリティとセーフティ[研究の内容，成果]を担保しつつ，分娩室での医療を効果的に行うための，分娩室内に設置された医療機器群を情構築した運用管理システムのコンセプト図を報の入出力端末としたクラウドシステムの構築

図 1 に示す。システムは機器や医療者からの情とする。
分娩室において，医療者は出産後の母親のケ報を収集するための各部屋に設置される記録デアをしつつ，新生児の体重や酸素飽和度計測なバイス，収集した情報を処理するアプリケー

どのルーチンケアを行う。出生後には不測の事ションを含む施設内クラウド，関係者に必要な態が起こることも少なくなく，このとき必要な情報を提示するための個人用端末で構成される。

機械が適切に管理されていないと，命に関わる事態にもなりうる。したがって，分娩室の医療を効果的に行うには，医療者にとって不要な作業を減らすこと，医療機器を適切に管理することが求められる。また，医療機器の適切な運用管理を行うためには，医療者に加え，企業技術者も機器や機器からの情報を扱う必要がある。
そこで，本研究ではこれらの課題解決に向け，
1．新生児の生体情報を手間なく計測・記録する技術
2．複数企業の医療機器群や環境センサからの情報の統合的活用による機器の故障診断技
術
3．収集した情報に対し，多組織にわたる様々な立場の関係者が必要十分な情報へアクセスするための権限管理技術
― 1 ―

図1

機器の運用管理を含めた分娩管理支援システムのコンセプト

立石科学技術振興財団

本システムは，分娩時に使用する機器群の運用

1．新生児の生体情報を手間なく計測・記録す管理を含めた分娩状況共有のための分娩管理機る技術

能，出生後退院までの新生児の体重記録機能を機器の運用管理にあたり，使用状況 (使用者・使用時間等) の管理や故障状況の把握が求持つ。
分娩は産婦の出産経験や児の成長程度等によめられる。また，情報セキュリティの CIA でり経過が多様で長時間にわたる。分娩経過中のある機密性，完全性，可用性を確保するためにケアは主に助産師が担当し，他の助産師や産科は，誰が何をしているのかを適切に記録しなけ医師と連携して行われる。また，分娩には直接ればならない。そのために重要な役割を果たす

関与しないものの，使用される機器群は病院ののが，認証と認可である。しかし，基本的に認医療機器管理室担当者が管理し，状況によって証は，利用者の能動的な行為によって行われる機器製造企業担当者がメンテナンスを行う。そことがほとんどである。そのため，利用者の負のため分娩の進行状況や機器の運用状況を各関担になり，通常業務に影響を与える場合も少な係者がその権限に応じて必要な情報を共有するくない。そこで，新生児の生体情報を手間なくことが求められる。

計測・記録する技術実現に向け，認証・認可技

また，出生後の新生児は，出生から数日間，術を導入した，計測機器の計測完了をトリガー

哺乳量に比べ体から出る水分量が多いため，体とした機器情報・医療者情報・患者情報の計重が減少する。この体重減少が 10% を超える測・記録システムのプロトタイプを構築するこ場合，脱水になる可能性が高まるため，毎日のとを目標に研究を行った。多忙を極める産科業

体重計測により体重減少量をモニタリングし，務の中でも，電子化や自動化によって看護師の必要に応じて脱水を予防するケアを行う必要が業務負担軽減が期待できる，新生児体重計測をある。現状の体重記録方法としては，計測結果対象にプロトタイプの構築をおこなった。プロをメモ表に記入し，全新生児の計測後に検温表

トタイプ構築に向け，まずは UHF タグを用いに記録するというもので，記録が手書きのためたパッシブ認証の採用におけるリスク分析を時間がかかることに加え，授乳量にすぐに反映行った。リスク分析の結果として，新生児の体されないことが課題となっている。

重計測結果を記録するデータベースを電子カル

これらの状況を踏まえ，分娩時には分娩室でテシステムなどの業務システムとは別に分離す使用される機器群からの情報をもとに，妊婦・れば，なりすましのリスクがあるパッシブ認証

児・機器の状況に基づき，それぞれの状態を判であっても，その影響は許容範囲内であること，別し，必要に応じて助産師・産科医師・臨床工

監視カメラや周辺のビーコンなどを活用するこ

学技士・機器製造企業担当者に通知を送ることとで，パッシブ認証の結果を検証することがでを想定した機能を実装した。また，出生後の新き，責任追跡性と可監査性を確保することも可

生児の体重モニタリングのため，担当看護師が能であることが見込まれた。この結果を踏まえ，記録デバイスに接近することにより，担当者・新生児の体重経過記録システムとして，UHF記録対象新生児を識別し，体重経過を確認しつタグと Raspberry Pi をベースとしたクラウド

つ，体重記録を行うための機能を実装した。こシステムプロトタイプを構築した (図 2)。構れら機能のうち，特徴的な要素技術について詳築したシステムは，出生時に分娩室で出生体重細を説明する。

を記録し，翌日からは定期的な健康観察の際に退院まで体重記録を行うことを想定している。
構築したシステムの新生児の体重経過確認・記録プロセスを図 3 に示す。RFID タグを所持し― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

基づき推定した体重計の使用時間を同時に記録可能な仕様とした。これにより，機器の使用状況の確認が可能となる。さらには，パッシブ認証の結果の確認の仕組みとして，Lidar センサによる作業者の動線データを同時に取得可能な機能を実装した。なお，プロトタイプシステム
において，体重計から体重を読み取る手法として，カメラで取得した体重計のディスプレイ画
図2

像の画像処理に基づく手法を使用した。本手法

新生児体重記録システム概要

を用いることで，装置自体に改良を加えることなく，体重の計測が可能となった。並行して，Bluetooth ビーコンによるパッシブ認証の実装および想定環境における実験と評価を行った。
新生児体重測定が行われる沐浴室は，限られた空間であるため，多くのケースで問題なくパッシブ認証が行えることが確認できた。沐浴室に看護師が複数名いる場合，体重計測を行っている看護師の誤識別が発生したが，ビーコン以外のコンテキスト情報を利用することで，識別可能であった。
2．複数企業の医療機器群や環境センサからの図3

構築したシステムの新生児の体重経過確認・記録プロセス

情報の統合的活用による機器の故障診断技術

た看護師・新生児が記録デバイスに接近すると，分娩室をはじめ，手術室や滅菌室等，一定の計測対象となる新生児候補が提示され，看護師範囲の領域ごとに，複数の企業にまたがった機が選択することで履歴情報が提示される。その器群が駆使され，医療が行われている。各企業

後当日の体重記録を行い，計測結果の妥当性をにおいて，個別の医療機器について，運用管理看護師が確認し，体重が記録される。この時，システムが構築されているが，同時に使用され計測対象となる新生児の取り違えと計測結果のる機器や環境の情報を加えて分析することで，誤記録を防ぐため，計測対象の新生児の選択と付加価値のある情報が得られることが予想され体重の記録については確認をかねて，看護師のる。

操作が必要な仕様とした。記録時には前日まで分娩室を一つのシステムとして考えた際の機の体重の経過を確認しながら記録を実施するこ能としては，「妊婦が分娩を行う」「新生児の出とができ，脱水になる可能性が高くなる出生時生直後のケアが行われる」ということがあげら

体重の 10% を超える体重減少があった場合にれる。そこで使用される機器として，分娩中にその場でアラートを出す仕様となっている。ま分娩監視装置・胎児心拍モニタ，出生後にパルた，出生後入院中の体重経過をブラウザから確スオキシメータを使用する状況を想定し，各機認できるようにするとともに，新生児の体重記器からのアラート情報から妊婦・胎児・新生録を行う看護師情報と新生児の体重記録作業に児・機器のどの部分に異常が発生している可能― 3 ―立石科学技術振興財団

た後に，アクセス権限が付与されるが，緊急時においては不適当である。そこで，緊急時における権限昇格とそのアクセス範囲をログに記録し，事後にその行為が適切であったかを検証する仕組みを組み合わせることによって，状況に図4応じた必要最小限の権限の付与を実現する。分

分娩室の異常切り分けのためのベイジアンネットワーク

娩業務において，運用管理に関連して蓄積されうる情報としては，妊婦・新生児に関する情報，性が高いかを推定する手法として，ベイジアン使用する機器・薬剤に関する情報，担当する医ネットワークを活用した異常切り分け手法の要療者に関する情報 (病院運営に関する情報) 等

素技術研究を行い，プロトタイプシステムのたがあげられる。情報の利用者としては，医療をめのモデルを作成した (図 4)。機器からの情受ける本人・家族，医療を直接行う医療者，医報に基づき，ベイジアンネットワークに設定さ療に間接的に係わる医療者，その他病院関係者，れた各状況の条件付き確率が計算され，現在の機器・薬剤のメーカ関係者等があげられる。権状況が起こりうる要因として最も高い確率を持限を設定すべき状況としては，平常の医療を行つ状況が担当者に提示される。担当者は提示さう際の担当と非担当の別，緊急時の権限昇格，れた情報に基づき，提示内容が現在の異常の要機器のメンテナンスにおいて特殊な状況が起因に該当するかどうかを判断し，その状況が異こった場合の匿名化医療情報へのアクセス等が常でないことが入力された場合，改めて条件付想定される。特に「新生児の体重経過記録シスき確率が計算され，別の候補が提示される。こテム」「分娩時の異常切り分け支援システム」のプロセスを実際の要因にたどり着くまで繰りを想定すると，扱う情報としては，「新生児の返すことで，妊婦・胎児・機器のいずれに異常体重経過記録システム」については，新生児・があるか，切り分けることが可能となる。これ

母親に関する情報，体重計使用者・使用状況にまでにネットワークの構築が完了し，今後実際関する情報，「分娩時の異常切り分け支援シスの状況に基づき，各確率の調整を行う必要があテム」については，妊婦・胎児・新生児に関する。

る情報，機器の使用状況・校正状況に関する情報が考えられる。情報の利用者としては，「新3．収集した情報に対し，多組織にわたる様々生児の体重経過記録システム」については，新な立場の関係者が必要十分な情報へアクセ

生児の体重記録を担当する看護師，母親のケアスするための権限管理技術を担当する看護師，看護業務管理者，その他医

クラウド上に蓄えられたデータに対するセ療者，母親，「分娩時の異常切り分け支援シス

キュリティを確保するためには，最小権限によテム」については，助産師，産科医，メンテナるアクセス制御が重要になる。最小権限は業務ンス技術者が考えられる。これらを踏まえ，に支障を与えない必要最小限の権限であり，過ビーコンによるパッシブ認証の結果から，属性剰な権限が付与されないことによって，越権行ベース暗号によるアクセス制御を実装，動作確為の防止とインシデント発生時の影響範囲を最認を行い，妥当な動作となることを確認した小化することができる。一方では，状況の急変(図 5)。などにより，本来の権限を越えて情報にアクセスしなければならない状況もある。本来，そのような状況下では，権限昇格の許可が承認され― 4 ―Tateisi Science and Technology Foundation

は分娩室に限らず，手術室や滅菌室，病室や自宅へ同システムを展開することも視野に入れ研究を行っていく。
[成果の発表，論文など][ 1 ] 桑名健太，佐々木良一，土井根礼音，金澤悠喜，
土肥健純：分娩経過共有のための IoT システムの
図5

提案とシステム構成要素の開発，第 11 回看護理工

属性ベース暗号の動作確認結果

学会学術集会，神戸，Jun. 10-11，2023．
[ 2 ] Yoshio Kakizaki, Renon Doine, Kenta Kuwana,[今後の研究の方向，課題］

and Mikako Yoshida: Implementing passive authentication with enhanced risk-based security, the 16th

本研究は，東北大学大学院医学系研究科准教
授 吉田美香子氏，慶應大学看護医療学部専任講師 金澤悠喜氏，東京電機大学医療･福祉機器開発･普及支援センター客員教授 土肥健純氏，東京電機大学サイバーセキュリティ研究所客員教授 佐々木良一氏の協力を受け，システムの基盤構築をおこなってきた。今後は臨床の状況を踏まえ，ベイジアンネットワークの各ノードの確率分布や異常が発生した際の各担当者への具体的な提示内容等，システムの各パラメータの調整を行い，実際の臨床現場での評価を行っていく必要がある。本研究は，複数企業にまたがる医療機器群や環境センサが存在する医療現International Conference on Signal-Image Technology & Internet-Based Systems (SITIS2022), pp.
78-83, Dijon, France (Hybrid), Oct. 19-21, 2022.
[3]

池田彰希，吉田美香子，柿崎淑郎，土井根礼音，

桑名健太：看護師の記録作業を低減する新生児の体重経過記録システムの計測対象の認識特性評価，ライフサポート学会ライフサポート学会第 31 回フロンティア講演会，p. 30，東京 (オンライン)，Mar.
7-8，2022．
[4]

柿 崎 淑 郎，土 井 根 礼 音，桑 名 健 太，吉 田 美 香

子：通常業務を妨げないパッシブ認証の検討，第155 回情報システムと社会環境研究発表会，IPSJIS21155014 (5p)，東 京 (オ ン ラ イ ン)，Mar. 8-9，2021．
[5]池田彰希，吉田美香子，柿崎淑郎，土井根礼音，

桑名健太：看護師の記録作業を低減する出生後入院中の新生児の体重経過記録システムの提案，第 8 回場において，セキュリティ専門家と比べてセ

看護理工学会学術集会，p. 57，大阪 (オンライン)，

キュリティリテラシーが十分でない医療者が，Oct. 24-25，2020．

医療行為を安全に安心して効果的に行うことを可能とするシステムを目指している。将来的に― 5 ―