MSIカンファレンス

スポーツ・ヘルスケアにおける生体データ活用の最前線
hitoe® X データサイエンス
基礎研究から医学・スポーツ・安全分野へ

NTT物性科学基礎研究所 バイオメディカル情報科学研究センタ
大阪大学 WPI PRIMe 塚田 信吾

臨床医（外科・整形外科）
研究医（脊髄損傷の遺伝子治療）
NTT研究所へ
医工学（ウエアラブル hitoe）
情報科学（医療ICT・AI）

筋・骨格・運動
心臓・血管
機械学習（数理モデル）
分子生物学（ﾃﾞｼﾞﾀﾙﾂｲﾝ）

基礎研究から社会実装
電子工作・手芸 → 製品
患者さん~トップアスリート

ウエアラブル生体計測 hitoe®

hitoeは寒冷・乾燥～高温・多湿・多汗等の様々な過酷な環境で負担なく迅速に高精度な生体計測が可能

心臓病の検査・治療機器への応用
hitoe繊維電極は生体親和性が高く体に埋め込む心臓の治療に利用可能な新素材
心臓・神経・脳刺激用の電極として優れた特性
手術・検査・インプラント素材に必要な安全性を備える

心臓ペースメーカー用電極（試作）PEDOT-PSS + Nano Fiber ＋Pr Ir + Silicone

心臓血管検査用カテーテル（試作）4hitoe®

アスリートのパフォーマンス解析・評価

hitoe®作業者安全管理用
暑さ対策・暑熱環境の作業者安全管理システム

hitoe TX02 生体センサ
Bluetoothトランスミッタ

生体信号
心電波形 心拍数
筋電図
体幹モーション・加速度
温湿度センサ

T字型ベルトhitoe iT belt

TORAY

NTT テクノクロス

hitoe®の生体信号情報を活用し入院患者のリハビリ・行動を可視化
活用事例

生体信号の特徴から体調を常時分析し、個別に健康的な生活習慣に誘導する技術の開拓
心臓発作等の危険徴候の検出と回避技術の実現 医科学と情報科学の統合による疾病管理予防技術の確立

リハビリ支援向け活動推定・データ中継技術
データ管理・通知ビューワー

院内ネットワークレポート
医師

患者へのフィードバック

データに基づいた品質の高い研究・指導に活用

技術のポイント
スマートフォン
(スマホ)

hitoe
トランスミッタ

中継機器

リハビリ用
hitoeウェア

ゲートウェイ（スマホレス）
hitoe
トランスミッタ

療法士

患者のリハビリ努力を深く理解したメニューの立案
看護師

高齢者やリハビリ患者は心拍計測ウオッチでは正確な活動履歴が取れないためhitoe®を使った高精度な生体計測・評価システムを構築

睡眠状況（夜間の起床）などの実態を正確に把握
リハビリ室など

医療従事者側のメリット

藤田医科大学 との共同実験

心電・加速度病室など

スマートフォンを使うシステム
スマホレス安全監視システム
7心電図
hitoe®ウェアラブル心電計

Health & Sports

Aura ringfitbit
Pulse

ECG
30sec

Polar

短時間心電図30sec

パルスセンサ 脈波
健康や睡眠の計測医療機器 長期心電図
2 Weeks＜医療機器 オンライン・モニタリング対応

“hitoe” Wearable Technology @ IndyCar
Chip Ganassi Racing & No.10 Tony Kanaan

recruitment

Driver monitoring over 300km/h

NTT BRL / NTT DATA / NTT DATA inc.

ECG from hitoenoise

HR 181 BPM

Breaking (341km – 137km/h)

noise

G Force Resisting EMG activity at bank cornering>5GBank

G Forceelectromyography
EMG EMG
G force resisting EMG activitySteering

High Pass Filter

Stress Level can be visualized in extreme situation

Heart Rate

C395

Iowa Motor speedway(BPM : Beat Per Min.)

120

C2

BACK STRECHFRONT STRECH

C4119

150

C1

ピットレーンとの合流地点
路面が荒くコントロール難しい

Dangerous Zone
Pit Lane Mergehitoeスポーツ応用

共同研究 Bridgestone Cycle
トップアスリート 筋電図の実戦データの解析とフィードバック
筋電図の可視化 パフォーマンス
リズム・パワー・効率・疲労度

Front inside

For Quadriceps Electrodes
Transmitter
Data Logger

Optimization toeach Athletic events
Physique

Nishizono TT champion

Hashimoto 2020 Olympian

EMG signal Analysis ＠Field shows
Overall Skills
Balance
Lactate Threshold (LT)Strength
Fatigue
Efficacy

ロード走行
（屋外）
エルゴメータ（屋内）

屋内競技と屋外のペダリングの違い
太もも（外側広筋と大腿二頭筋）の活動タイミングの差
ペダリングの違いを可視化

システム化
社会実装
データの蓄積
統計処理
仮説検証

独自の解析
知見・仮説

限られたデータを生かす
小規模の検証で完成度を上げる

ルーチン化
N増し

経験と専門的知識に照らし、予測検証
仮説立案（限られた貴重なデータから解析）
他にはないデータ
現場経験・知見

個別性 → パターンの蓄積
普遍性のある現象やメカニズムを探索

データがない・不足している
独自技術（生体センサ）により現場（リアルフィールド）本番（リアルマッチ）の状況を計測する

競泳バタフライ

脊柱・胸腰椎の本来の動きを取り戻す運動を指導
体軸を伸ばし、椎間のアラインメント、スペースを整える

相馬あい選手中京大学

中京大学・ミキハウス

佐々木監督

スプリントに適合する
高強度短時間トレーニング
東大八田秀夫先生との共同研究

胸郭下肢体幹を自分で調整できる
ピラティス
ジャイロトロニック
濱口由美子先生との共同研究

競泳バタフライ中京大学・トヨタ自動車

川本武史選手ヒトのデジタルツイン
病気の早期から治療する、病気を未然に防ぐ、手術や薬の効果を予測するための高精度な予測シミュレーション可能なバイオデジタルツイン

現状
何年も潜伏した病気が顕在化してから治療を開始
目標
目の前の一人一人のからだの状態（未病・潜在課程）を把握する
正確な将来予測・発作を未然に防ぐ

心電図波形を再現する良いモデル式がない 音響信号のサイン波やデルタ関数に相当するものがない
御利益 電位・位相・周期を明に解析 雑音除去・圧縮 ⇒Audio Signal

情報理論

Sigmoidal Wave

(観測信号)

ECG？

心電図の解析の基本は約100年間変わっていない

従来指標による致死性心室不整脈の心電図診断には多くの制約があり限界が指摘されている。
Electrocardiogram analysis
 12L-ECG：R wave amplitude PQ, QRS, QT interval RR interval (HRV), T wave analysis (TWA), Heart rate turbulence (HRT)

Circulation. 2007;115:1306–1324

Lown B, et al.
Circulation 1971; 44: 130

Lown分類Heart rate variability

T wave alternanceECG - Action Potential Bridge Tensor cardiography (TCG) analysis

Action Potential of Heart Muscles

TCG

ECG
Simulation using super computer “Fugaku”

ー＝点過程 心筋の活動電位のONとOFFを
Depolarization

Plateau phase

Phase 0 (1)Phase 2正規分布でモデル化
Repolarization

Resting phasePhase 4

Phase 3

ONPopulation Myocardial
Action Potential
With Variance

OFFThreshold

Thresholdt

Point Process ofTransition (OFF)

Point Process ofTransition (ON)Probability Density of
Repolarization

Probability Density of
Depolarization

正規分布

正規分布
11

1

Probability of
Depolarized state

Probability of
Depolarized state
0

Cumulative Gaussian Distribution

累積密度関数0

Depolarized Probability Graph0

Inverse Cumulative Gaussian Distribution

逆累積密度関数４つの正規分布の組み合わせで心電図をモデル化できる＝ーEnd AP＋Potential

ECG
Potential
time

Epi AP－Potential

テンソル心電図解析ｔｔｔｔｔｔ

Point Process（ONOFF）
Negative

Positive
ECG

𝒇Rp

𝒇Rn(inside)(outside)

Fitting
Result𝒇′Tn

𝒇′Tp

R wave ≈ 𝒇Rp - 𝒇Rn T wave ≈ 𝒇′Tp- 𝒇′Tn
Cumulative Gaussian Function (CDF)

Probability Density of Point Process

Gaussian Function (DF)２ｘ２＝ 4 (CDF express ECG wave forms)

心臓カテーテル手術中の心筋の血流障害の例

100

New Index
σTn

50

σTp
0600

QT interval

500
400
300
2000500

1000

Case Report PCI (Percutaneous Coronary Intervention)
1500

2000

2500

3000

3500

0.3

400

ST level-0.2

ECG : Blue dot line

TCG

Slide Show

Plays GIF animation

ECG

突然死を起こす危険な不整脈疾患の例Case Report Early Repolarization Syndrome
BA
VF

DCTCG

A

BVFCDN増し自動化システム化

テンソル心電図Tensor Cardiography

出口

データの蓄積統計処理 仮説検証
社会実装

心臓突然死の予防
潜在的な心臓病の発見

入口

hitoe

経験・専門知識 → 潜在メカニズム
予測・検証 個別性・パターンの蓄積
普遍性・メカニズム探索→ 仮説立案・モデル化

Long Term ECG

他にはないデータ
現場経験・知見
ECG
Monitoring

Activities & Sports

独自技術 現場

Medical

本番の計測

独自の解析
知見・仮説

大阪大学 WPI PRIMeiPSオルガノイドと数理工学によるヒューマンメタバース

Physical Cyber
Sensory

6

Construction of
Human Metaverse

Human-derived
stem cell

NishidaM. Okada

Patient-specificmodelsReproduction
Hayashi1
Endocrine

Construction ofhuman organoids5Hwa
Hepatobiliary
pancreas
Takebe2

Manipulation ofhuman organoids
Biologicalresponses

Bone/cartilage
TsumakiMathematical
Modeling

Human

Creation of biodigitaltwin (modeling)Datascience

XAI

KashinoNagahara

Biodigital twin
Dataorganized

Algorithm
development
Nemoto3

CardiovascularComprehensive
measurement

4

Data organization
Bioinformatics

Miyagawa

Y. Okada

Cybermedia
CenterELSI

Education

Kishimoto

Kanai

Mammalian
synthetic biology

Quantum
measurement

Quantum
sensing

Bioelectric
Measurement

YachieNegoroHarada

TsukadaIn silicovisualization
YokotaMolecular dynamics
simulation
ShinobuMathematical
Modeling
Domínguez
Hüttinger

28/72

予測・実行
次を読み動く

独創性
メカニズム
潜在過程
行動様式
モデル化
数式化
機械学習
情報処理・システム

新規性
ヒトのネットワーク
異分野・専門家
経験智・ルーチン

進歩性

研究開発の加速
国際競争の激化専門知識と経験
手付かずだが限られた手がかり

実験室の研究論文・特許
POC（現場）社会実装

共同研究・開発
敬称略

hitoe® ウエアラブル電極
TORAY

Indy Car
Chip Ganassi Racing
NTT DATA Inc.
NTT DATANTT DATA NJK

自転車競技
Bridgestone Cycle
Bridgestone
NTT DATANTT DATA MSI

心臓のデジタルツイン

ウエアラブル心電図

ヒューマンメタバース

大阪大学

日本医科大学

機能製品事業部
テキスタイル・機能資材開発センタ－
TORAY MEDICAL

モータースポーツ

テンソル心電図WPI PRIMe

循環器内科

西田幸二
宮川 繁

岩崎雄樹
哲翁弥生

競泳
中京大学
水泳部

佐々木祐一郎リハビリテーション

医療用電極藤田医科大学

INTER NOVA

リハビリテーション科

才藤 栄一
向野雅彦

名古屋大学

東京大学

心臓血管外科UT Heart
久田俊明

秋田利明

スプリングスピラティス

濱口由美子

生体情報通信スポーツ生理学東京大学
身体運動科学研究室

八田秀雄

システム・デバイス

NTT docomo
NTT物性科学基礎研究所
NTT DATA
バイオメディカル情報科学研究センタ
デバイス・イノベーションセンタ
NTT テクノクロス
NTT DATA 数理システム