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第 22 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2017 年 9 月）

小児医療保育現場のための VR 手洗い教育システムの検討
VR hand washing training system for pediatric care and childcare field
島田祥伍 1) ，舟橋健司 2) ，伊藤健太 3) ，棚瀬佳見 4) ，岩崎公弥子 5)
1) 名古屋工業大学 （〒 466-8555 名古屋市昭和区御器所町, sima@center.nitech.ac.jp）
2) 名古屋工業大学 （〒 466-8555 名古屋市昭和区御器所町, kenji@nitech.ac.jp）
3) あいち小児保健医療総合センター （〒 474-0038 愛知県大府市森岡町 7-426, kenta itou@sk00106.achmc.pref.aichi.jp）
4) あいち小児保健医療総合センター （〒 474-0038 愛知県大府市森岡町 7-426, yoshimi tanase@mx.achmc.pref.aichi.jp）
5) 金城学院大学 （〒 463-8521 名古屋市守山区大森 2-1723, iwazaki@kinjo-u.ac.jp）
概要:
病院や学校などの人が集まる場所では，インフルエンザなどの感染を防ぐために適切な方法で手を洗う必要がある．また，幼児に手の洗い方を適切に教えることは難しい．そこで本研究では幼児や小学生向けの VR 手洗い訓練システムを提案する．このシステムでは HMD を介して手にばい菌のイラストを重畳表示し，また使用者の適切な手洗い動作によりイラストが消滅していく様子を体験させる．このシステムにより幼児は直感的に手の洗い方とその重要性を学ぶことが出来る．提案した VR システムが従来の幼児への手指衛生指導より効果的かどうかを評価する実験を行い，その結果提案したシステムの有効性が示唆された．
キーワード： 小児医療，手指衛生，システム開発

1.

はじめに型な Leap motion を用いる．しかしながら，Leap motion

小児医療の分野では子供用のおもちゃを介した接触感染によるカメラ画像に基づいた手認識では，他方の手で遮らのリスクがあり，これを防ぐことが望まれている．接触感染れた手を検出することが出来ない場合がある．本研究では，を予防する最も簡単で効果的な方法は手指衛生であり，イ片手が検出されていない場合，その直前の手の姿勢を継続

ンフルエンザなどの流行時期に限らず日常的に日々の手指しているものと扱うことで，手が検出できていない場合も衛生の意識が必要である．現在行われている小児への手指両手のジェスチャーの判定を行う．第 2 章では，位置毎の衛生教育は，正しい手の洗い方のポスターによる教育や，小ジェスチャーと判定方法について説明する．

学校や保育園などで行われる手洗い教室などである．ところで，手指衛生の意識を向上させるための研究として，シ

2.

VR 手洗い教育システム

ミュレーションゲームの開発 [1] や消毒用アルコールボトル

本研究では手動作の取得に Leap motion を用いて子供がへのプロジェクトマッピング [2] などが行われている．しか好んで利用できる VR 手洗い教育システムを構築する．ばし、これらの研究は子供を対象にしたものではない．そこで

い菌のイラストの表示位置は医師のアドバイスを参考にし我々は小学生以下の小児向けの VR 手洗い教育システムをて，両手それぞれの掌，指先，指の股，親指，手の甲，手首提案する [3]．このシステムでは，HMD を介して手に「ばの計 12 箇所とする．また，指先と指の股に配置するばい菌い菌」のイラストを重畳表示する．システム利用者の手を擦は実行ごとに乱数を用いて表示位置を変更している．各箇るなどの適切なジェスチャーに応じて，重畳表示されたばい所の手の洗い方は一般的な手洗いマニュアルを参考に，表 1菌のイラストが消滅していく様子を体験させる．子供たちの通りとした [4]．本システムでは手の向きは掌の法線ベクが自身の動作によりばい菌を消していく体験を通して，適トル，手の握り具合は掌の丸みと一致する球体の半径から切な手の洗い方とその重要性を直感的に遊びながら学習す求めている．この法線や球の半径，掌の位置を表す座標やることが期待される．使用者の手の姿勢を取得する VR デ

各指先，指の股の座標，指の向きなどは Leap Motion よりバイスとしてデータグローブが存在するが，本研究では可得ることができる [5]．これらのデータを用いて各箇所の洗搬性と価格面を考慮して，手の姿勢の取得には安価かつ小い方毎に対応するジェスチャーを以下のように定める．ばい菌が表示されている側の手を A，もう一方の手を B とす

Shogo SHIMADA， Kenji FUNAHASHI， Kenta
ITO， Yoshimi TANASE and Kumiko IWAZAKI

ると，各ジェスチャーの条件は以下の通りである．各箇所を洗う際の手の姿勢を図 1 から図 6 に示す．図中の黒の矢印は掌の法線もしくは指の向きであり，正規化されたベクトルである．
表 1: 各箇所の手の洗い方
掌

両手を擦り合わせる

指先

他方の掌に擦りつける

指の股

両手を組み合わせて擦る

親指

他方の掌で握り擦る

手の甲

他方の掌で擦る

手首

他方の掌で握り擦る

図 2: 指先を洗うジェスチャー

掌
距離: 両手の掌の距離が閾値以下
手の向き: 両手の掌の法線ベクトルの横向き要素が閾値以上
指先距離: A の中指の指先と B の掌との距離が閾値以下手の向き: 両手の掌の法線ベクトルの横向き要素が閾

図 3: 指の股を洗うジェスチャー

値以上
指の向き: A の中指の向きの横向き要素が閾値以上
指の股距離: 両手の指の股の距離が閾値以下
手の向き: 両手の掌の法線ベクトルの横向き要素と縦向き要素が閾値以上
親指距離: A の親指の指先と B の掌との距離が閾値以下手の向き: A の掌の法線ベクトルの奥行き要素が閾値
図 4: 指を洗うジェスチャー以上
半径: B と球面で接する球体の半径が閾値以下
手の甲距離: 両手の掌の距離が閾値以下
手の向き: 両手の掌の法線ベクトルの縦向き要素が閾値以上
手首距離: A の手首と B の掌との距離が閾値以下
手の向き: 両手の掌の法線ベクトルの縦向き要素が閾値以上
半径: B と球面で接する球体の半径が閾値以下

図 1: 掌を洗うジェスチャー

図 5: 手の甲を洗うジェスチャー

図 6: 手首を洗うジェスチャー

本システムでは 12 のばい菌に対して 0 から 4 のダメー
ジ値を表すカウンタを設定する．使用者の手の姿勢が前述のジェスチャーの条件を満たしているかどうかを 1 秒ごとに判定し，満たしている場合にはその箇所のばい菌のカウンタを 1 つ進める．カウンタが 0 もしくは 1 のときにイラストを通常描画する，2 もしくは 3 のときはイラストを半透明描画する，4 のときはイラストを描画しない．しかし，Leap motion では手の重ね合わせなどで手がカメラから映らなくなると，映っていない側の手の認識が不可能になる．
また，両手の擦り合わせ動作でも手の認識が不可能となる
図 8: 実験の様子ことがある．そこで，手の認識ができなかった場合，その直前の手の位置情報が継続しているものとして扱うことで，手の認識が途絶えた場合でも，定めた条件を満たしている

た．携帯端末を入れた HMD は小児の頭に装着するには重かどうかの判定を行う．

すぎたため，本実験ではスタンドを用いて HMD を固定し，本システムの使用者は小児であるため，システムへ意欲的に取り組んでもらうための工夫が必要である．そこで本それを小児が覗き込む形で使用した．実験の様子を図 8 に示す．

研究では小児が使ってみたいと思うようにシステムを構成

被験者はあいち小児医療総合センターに入院している 3

する．Leap Motion で撮影される動画は赤外線カメラを通歳から 11 歳までの小児 12 人で，そのうち 5 人は従来の手しての映像なのでグレースケールになり，小児の意欲を削

指衛生指導（イラストおよび口頭による指導），7 人は本シいでしまう．そこで，輝度値をもとに手が映っている部分をステムを利用した手指衛生指導を行った．まず，両方のグ推定し肌色に着色する．また背景には洗面台と手洗いを応

ループの小児の手に手指衛生指導用の蛍光塗料を塗った状援するキャラクターのイラストを表示する．他に，小児が態で，それぞれの指導を行った．指導終了後にブラックラシステムをゲームのように遊びながら使えるように，ばいイトにより手洗い状況のチェックを行った．しっかりと手が菌にダメージが与えられた場合には効果音を再生し，ばい擦れている場合は蛍光塗料が手に広がっているので図 9 の菌のダメージカウンタの値により色が変わるゲージや，制ように手が白くなる．擦れていない場合は蛍光塗料が塗れ限時間を表すゲージを表示する．また，システム終了時にていない部分があるので図 10 の右手の甲のように白くないは手洗い状況の判定結果（与えたダメージの合計）に応じて 3 段階の結果画面を表示する．HMD を通して見えるシステムの実行画面を図 7 に示す．

3.

実験及び考察提案した VR システムが、従来の小児への手指衛生指導より効果的かどうかを評価する実験を行った．実験システムに使用する HMD は携帯端末を中に入れるタイプのもので，斜視のリスクを失くす為に単眼式のものを使用した．Leap

Motion は HMD の先端に取り付け，携帯端末の画面と PC
画面の同期には USB ケーブルにより接続することで携帯端末を PC のサブモニターにできる Twomon USB を用い

図 9: ブラックライトによる手洗いチェック，良い例

図 7: システムの実行画面

図 10: ブラックライトによる手洗いチェック，悪い例

部分ができる．掌，指先，指の股，親指，手の甲，手首の 6箇所について手を綺麗に洗えているかどうかを衛生士の方に判断してもらった．通常洗い忘れが多いと医師が提示した指の股，親指，手首が洗えている場合は 2 点とし，他の位置については洗えている場合は 1 点，また洗えていない場合は 0 点とする．被験者毎にどれだけ手を洗えているかを 9 点満点で評価した．
表 2: 従来の手指衛生指導
歳

711635平均

性別

女

男男女男

掌

111111

効率的に手洗い指導を行えるシステムを構築した．今後は指先111111

外来患者への実用化を目指していきたい．システムを使用

指の股222021.6

したデータを分析し，手が認識できていない場合のより正親指222021.6

手の甲111100.8

手首

000020.4

計775386

図 11: デモンストレーションイベントの様子

確な手洗い処理の模索，洗い方の判定方法，子供のためのシステム画面の提示方法を改善し，より多い人数での実験，評価も行っていきたいと考えている．
謝辞 本研究は株式会社 NTT ドコモ東海支社とあいち小児保健医療総合センターとの共同研究の一部であり, 研究の機会を与えてくださった NTT ドコモの皆様, あいち小児保健医療総合センターの皆様に深く感謝致します.

表 3: 本システムでの手指衛生指導歳1161066711平均

性別

女

女

女

男

女

男

男

掌11111111

指先11111010.86

指の股22222222

参考文献[1] M. Vazquez-Vazquez, V. Santana-Lopez and M.
Skodova: Hand Hygiene Training through a Serious
Game New Ways of Improving Safe Practices, Serious
Games and Applications for Health (SeGAH), 2011[2] Akinori Kanazawa, Toshiko Asai and Akinori Mi-親指22022021.43

手の甲01110010.57

手首00022200.86

Applied Informatics (IIAIAAI), 59, 2014, pp. 247-252

計67598576.7[3] Shogo Shimada, Kenji Funahashi, Kenta Ito, Yoshimi

nazuki: Construction of a MR Space using Projection Mapping to Promote Hand Hygiene, AdvancedTanase, Kumiko Iwazaki: VR Hand Hygiene Training System That Visualizes Germs to Be Washed and実験の結果を表 2 と表 3 に示す．それぞれの平均点を比較すると，本システムを用いた手指衛生指導は従来の手指衛生指導よりも効果が高いと言える．特に医師が洗い忘れやすいと指摘した指の股と手首については従来の手指衛生指導と比べてよく洗えていることがわかる．小児のシステムに取り組んでいるときは，ほとんどの子が興味を示し一所懸命になって手を擦る姿が見られた．またプレスリリー
ス発表の後，デモンストレーションイベントを開催した（図11)．5 人の外来患者が本システムを使用し，使用した小児とその両親から肯定的な意見が得られた．

4.

むすび
小児医療における衛生環境の向上ために，VR 技術を用いて手にばい菌のイラストを重畳表示することで，小児にRemoved, Proceedings of 2017 IEEE 6th Global Conference on Consumer Electronics (予定).
[4] サラヤ株式会社ホームページ
http://family.saraya.com/tearai/index.html[5] Leap motion API ドキュメント
https://developer.leapmotion.com/documentation/