7620

日本バーチャルリアリティ学会誌第 8 巻 2 号 2003 年 6 月

特集 福祉と VR

リハビリテーションへの VR 技術応用田中敏明
札幌医科大学

1．はじめに臨床応用プロジェクトの具体的内容を何件か紹介する．

筆者は 1998 年第 3 回日本 VR 学会大会でシンポジス

一つはアメリカにある virtual reality medical center 1）

トとして講演した折，1988 年から 1998 年の 10 年間ので行っている研究である．主に心療内科的不安分析と不欧米医学系の文献検索を実施した結果，医療に関連する安除去訓練の一つとして，様々な恐怖症を克服するため

VR 研究はわずかに数十件であり，まさに創世記の感がに原因となる環境条件の「経験」を積ませる VR 技術をあったことを報告した．今回 2003 年から過去 6 年間で利用している．例えば閉所恐怖症 , 広場恐怖症，高所恐検索したところ，その数は 10 倍以上であった．まさに怖症，飛行恐怖症，対人恐怖症などの治療として用いてVR 技術は先端科学技術を集約した発展性のある分野といる．そのほか，ストレス，精神的疲労回復のためのリして成長していることを実感した．

ラクゼーションの支援として，頭痛，高血圧，慢性痛，医療系での VR 研究テーマは 5 年前と大きく変化しておレイノー病，顎関節機能不全，注意欠損障害などの症状らず，手術場面の立体映像化などによる技術向上のための緩和にも応用されている．どの症状に関しても段階的に手術シミュレーションシステムの医療・医学教育への応用，治療を行えるよう配慮され，患者がその「経験」に慣れ，医療情報提供に関する遠隔通信（臨場感通信）利用，およ快適に経験できるまで繰り返し行い，またレベルが高すび不安除去訓練，ストレス，精神的疲労回復のためのリラぎた場合は速やかに VR を中止できるようプログラムはクゼーションの支援，患者のモチベーション改善などが主慎重になされている．機材としては主に HMD と TV モな研究である．ただ，この 5 年で基礎研究から実用化へとニター，ステレオヘッドフォンを使用する．具体例とし一歩踏み込んだ応用研究にテーマは移行しつつある．て飛行恐怖症改善のための VR 訓練には飛行場面設定が本論文では，2 章において医療現場における VR の利多種用意され，飛行機内を想定できる座位でのエンジン用の状況を報告し，3 章ではリハビリテーションへの応オンオフ体験，滑走離陸・着陸体験，天候環境（晴れ，用としてバランス不良な高齢者・障害者のための視覚，雨天，嵐，乱気流）の変化による飛行体験，などが含ま

聴覚，体性感覚刺激を用いたバランス治療への VR 利用れる．

について小著から概要を紹介し，4 章では今後の VR の次に，火傷部位の治療に伴う痛みを軽減するためのVR 研究が行われている．Hoffman ら 2）は 9 歳から 32

応用について考察を加えることとする．

歳までの 7 名の患者治療に VR を使用した．痛みを軽減させるための VR 技術の一つは，火傷部位付近の痛みを２．医療現場における VR の利用現状
1996 年から本年 3 月までの欧米医療系における VR

意識させないように意識の集中を分散させる方法があ

関連研究は 700 件程度であった．このうちリハビリテーる．また，その他の方法としては，サイバーハンドを用ションに関する研究は 30 件ほどであった．そのなかでいて日常生活場面での上肢下肢を VR 環境で動かすこと

20

特集

JVRSJ Vol.8 No.2 June, 2003

福祉と VR

2177

によって痛みを意識せず上下肢訓練を行う方法がある．
いずれの方法によってもリハビリ実施中に VR を用いた
場合は VR 無しの状況にくらべ，その痛みが有意に減少したと報告している．
最後に，脳血管障害者の麻痺側上肢に対する VR のリハビリテーション利用として，Jack ら 3）は力フィード
バックグローブを用いることにより，患者の動機付けおよび患者の個々人の機能レベルの改善に合せてより適切な運動を段階的・漸増的に行うことが可能であると報告している．具体的には麻痺即上肢の関節可動域訓練として，まずディスプレイが家の窓のようにイメージされ，その窓を通して外の風景が見えるが，窓があたかも曇って霧がかかっているように見える．これを患者がグローブを装着して自分の手関節を動かすことによって，画面内のイメージされた自分の手が窓を拭き窓がきれいにな
図１

り外の風景が見えるようにプログラムされている．その音像定位刺激による実験設定状況

他，VR 環境を使用した関節運動速度改善，手指の分離製 ) を使用し，両側の足底圧分析には F-SCAN SYSTEM運動促進，手指筋力強化などの訓練プログラムが用意さ(Tekscan, Corp．) を用いた．また，右下肢の表面筋電図れている．また，在宅リハビリの実践例として，在宅でも同期記録した．音刺激量は 50dB にて白色雑音とし，の手指訓練に関して，患者の手指の動きにあわせて振動音刺激の再現方法としてはバイノーラル再生を採用し刺触覚によって抵抗感を与えるシステムがあり，その動き

激の方向は時計回り（CW) および反時計回り (CCW) のと訓練状況をモニターすることによって訓練の難易度を2 方向とし，ともに平均周期は 4.76 秒，周波数 64.4fps

遠隔地操作する．つまり，患者は在宅にいながら遠隔操であった（図１）．
被検者の基本肢位は重心動揺計に F-SCAN センサを作され，リハビリを実施できるように工夫されていて，これを Telerehabilitaion と呼び報告されている 4）．

敷いた上に裸足で Romberg 肢位とし，両足底面は重心動揺計上で移動させないようにした．また，足底面から3． 感覚刺激を用いたバランス治療へのＶＲ利用の感覚情報を変化させるため裸足と動揺計との接触面に3-1

何も敷かない通常状態を normal surface（NS) とし，間に音像定位刺激および足底の触覚・視覚情報撹乱条

件に関するバランストレーニングに関する基礎的研究

足底面からの感覚情報を減少させるマットを敷いた状態

本研究では，音像定位によるフィードバックが姿勢動揺を soft surface(SS) とした．計測手順としては，まず開眼の安定にいかに寄与するかを明らかにすることを目的とで音刺激のない状態で 20 秒間基本肢位を計測後，NS,し，時計周り，反時計周りといった空間的な音像定位刺激

SS の各環境下で , 音刺激を時計回り (CW) と反時計回りを VR 技術により耳高レベルにて，あたかも周囲全体から(CCW) それぞれ 20 秒間計測した．次に閉眼でも同様に与えた条件に足底の触覚・視覚情報撹乱条件を加えたなか施行した．

で，各被検者の立位時重心動揺（圧中心変位）変化を分析

結果は，重心動揺分析においては若年者群では聴覚刺することにより，若年者および高齢者が空間における身体激に加え足底および視覚情報を変化させても影響は少なの位置を認識し姿勢調整を行い得るかを比較検討した．

く，高齢者群では NS と SS 間で有意差が拡大した（図 2）．

対象は若年者群（7 名，平均年齢 21.9±1.5 歳，）と高特に左右の最大振幅にその影響が認められた（図 3）．これ

齢者群（5 名，68.9±4.0 歳）の 2 群とした．被検者はバ

は，2 群を比較した場合において，SS 条件下で開閉眼とランスに大きく影響する視覚，聴覚機能および ADL 面も最大左右振幅に若年者と高齢者で差を認められたことでの障害はなく，慢性的疾患（整形外科的，神経病学的）からも聴覚刺激に加え足底感覚または視覚情報を減少さを有する者は除外した．

せると重心動揺においては左右への動揺が大となる傾向

実験方法は，平衡機能検査の 1 指標である圧中心変が伺えた．以上より高齢者は若年者に比べ，音刺激によ

位計測には重心動揺計（ECG-1010DSA1B，共和電業社

り重心動揺および足定圧は影響を受けるが，特に音刺激

21

78
22

日本バーチャルリアリティ学会誌第 8 巻 2 号 2003 年 6 月

図２特集

図３

高齢者に対する音像定位刺激時の立位重心動揺平均面積に加え足底感覚や視覚情報を変化させた場合影響を受け

福祉と VR

高齢者に対する音像定位刺激時の立位重心動揺平均最大左右変位目的とした．
対象は，健康な若年者 19 名（平均 23.7±2.7 歳）と介た．
この結果より，高齢者のバランスは複合して感覚情報護老人保健施設を入・通所利用している高齢者 20 名（平の撹乱が起こった場合，バランス保持が若年者に比べ困均 81.1±3.9 歳）とした．また，対象は神経学的な疾患難であった．つまり，足底感覚，視覚情報，および聴覚がなく，下肢に重篤な整形外科的既往のない者とし，高刺激を混合させて多様に変化させた条件は，高齢者・障齢者では独歩が可能で過去 6 ヶ月間に転倒のない者とし害者のバランス能力をより明らかにすることができ，かた．振動刺激は，両足底面の各部（母趾部，第 1 中足つ，感覚撹乱環境をつくる意味で VR 技術の臨床治療へ

骨骨頭部，第 5 中足骨骨頭部，踵部）に配置した計 8 個の応用の可能性が示唆された．本研究に関しては文献をの小型バイブレータ（直径 14.0mm× 高さ 3.7mm，重さ参照していただきたい 5）．

1.6g，周波数約 100Hz）によって呈示した．バイブレータは軟質スポンジ製のマット（縦 30mm× 横 30mm× 厚さ

3-2．足底面への振動刺激が若年者および高齢者の立位13mm）に埋め込み，制御装置を用いて検者が手元で操バランスに与える影響作できるよう設定した（図 4）．本研究で用いた振動刺本研究では立位バランスの制御に重要と思われる足底激パターンは，右方，左方，前方，後方，右回転，左回面を中心とした体性感覚に注目し，特に足底面における転の 6 パターンとし，各条件下で足圧中心軌跡と下肢筋複数部位への移動式振動刺激が静的立位バランスに与え群活動を同期記録した（図 5）．

る影響を，若年者と高齢者について明らかにすることを

図４

結果として，身体重心の足圧中心（COP）位置に関す振動呈示用マットの構造

22

特集

JVRSJ Vol.8 No.2 June, 2003

福祉と VR

2379ている．我々は日常生活活動（ADL）において，環境条
件の多様な変化に伴い運動および感覚機能に含まれるあらゆるヒトの機能を活用することによって，ADL 能力を維持し自立している．高齢者・障害者の心身能力を医師，セラピスト等が正しく評価するためにはまさしく VR 技術は実際の場面より安全に，かつ，多様な環境条件下で評価・治療・予防を行える可能性があると考える．また，より実践的な状況での評価・治療には MR 技術が役立つであろう．例えば , 座位や立位は可能であるが動的な歩行までは自立していない障害度が重い患者の場合は VR
技術を利用し，歩行の自立や家庭・職業復帰を考慮し始めた患者には MR 技術を用いてより積極的なリハビリを実践する．このように医師やセラピストの判断によるVR・MR の選択的利用が将来考えられる．
しかしながら，このような臨床応用のためにはクリアしなくてはならない問題もある．一つには，VR の生体への影響を考慮するため基礎データを収集し十分検討する必要がある．例えば，VR 酔いなどが起こるメカニズムを明らかにし解決することは大きな課題である．その他，特に VR 環境が子供の心身へ与える影響も重要な課
VR 環境が違和感の少ない，題であり，より現実的で，快適，安全な VR システムを構築すべきであろう．この実現のa）右方刺激パターン（左第 5 中足骨骨頭部→左第 1 中足骨骨頭部→右第 1 中足骨骨頭部→右第 5 中足骨骨頭部）；b）左方刺激パターン（右方の逆）；c）前方刺激パターン（両踵部→両第 1 中足骨骨頭部→両母趾部）；d）後方刺激パターン（前方の逆）；e）右回転刺激パターン（左踵部→左第 5 中足骨骨頭部→左母趾部→右母趾部→左第 5 中足骨骨頭部→右踵部）；f）左回転刺激パターン（右回転の逆）

図５

ためには，工学，医学，社会学，心理学など関連分野との共同研究は欠かすことのできないものであると考える．
また，理想的な VR システムは，高性能ワークステー
ション，軽量化・広視野・高解像度の HMD に加え，3次元的運動学的・運動力学的分析機器，および自律神経振動刺激の６パターン

系情報装置，聴覚・体性感覚刺激装置などで構成される

る各重心動揺項目では，すべての項目において，若年者・べきであろう．しかしながら，臨床においては高性能・高齢者両群とも左右方向を ｢x｣，前後方向を ｢y｣ とする

多機能であれば良いということではなく，高齢者・障害と，前・後方向の移動振動刺激では x 方向に比べ y 方向者が自立するために，その残存能力を引き出すため，支の動揺が大きくなり，左・右方向の移動振動刺激では y援するために VR は利用されるべきである．主役はあく方向に比べ x 方向の動揺が大きくなる傾向がみられた．

まで高齢者・障害者自身であり，VR は彼らをサポート

また，振動刺激方向と逆方向へ圧中心が移動する傾向をする脇役であるべきと考える．

示した．例えば，振動刺激が前足部から踵部へ移動振動医療職に限らず VR 技術を応用する臨床家・研究者・した場合，人は刺激前に比べ前方へ圧中心が移動した．

技術者は，あくまでも VR はより良い医療を目指す上で2 群の代表例として若年者のデータを図 6 に示す．

道具としての存在であることを自覚し，患者・障害者をこのように，移動式振動刺激によってあたかも重心移動思いやる心なくして VR の医療および広く社会への貢献を制御したり撹乱したりすることによってバランストレーはありえないということを意識するべきであろう．そのニングに VR を利用したり，感覚検査機器，視覚・聴覚障ためには障害・疾病のみを理解するのではなく障害・疾害者へのアラームとしての応用が期待できると考える．

病を持った患者・障害者を理解することが大切である．
以上のような課題を常に念頭におきながら今後，ますます VR，MR 技術の発展を期待し，また自らも貢献してい4．今後の医療へのＶＲ展望
VR の医療への応用研究はここ 5 年で飛躍的に進歩しきたいと考える

23

24
80

日本バーチャルリアリティ学会誌第 8 巻 2 号 2003 年 6 月特集

福祉と VR

参考文献
1）http://www.vrphobia.com/about.htm
2）Hoffman HG,Patterson DR,Carrougher GJ, Sharar
SR． Effectiveness of virtual reality based pain control
with multiple treatment． Clinical Journal of Pain．
17(3):229-235,2001．
3）Jack D, Boian R, Merians AS, Tremaine M, Burder GC,Adamovich SV, Poizner H． Virtual Reality-Enhanced
Stroke Rehabilitaion．IEEE TRANSACTION ON NEURALSYSTMS AND REHABILTATION ENGINEERING．
9(3):308-318,2001．
4）Popescu VG, Burdea GC, Bouzit M, Hentz VR． A virtual
reality based telerehabilitaion system with force feedback．
IEEE TRANSACTION ON Information Technology inBiomedicine． 4(1):45-51,2000．
5）T. Tanaka, S. Kojima, H. Takeda, S. Ino, T. Ifukube: The
influence of moving auditory stimuli on standing balancein healthy adults with aging. Ergonomics,2001, vol.44(15):1403-1412.
【略歴】
田中敏明（TANAKA Toshiaki）
1984 年 理学療法士免許取得，1992 年 ニューヨーク大学
大学院理学療法学科修士課病態運動学コース修了，1998○：振動前 1 秒間の平均圧中心位置

年△：振動中 1 秒間の平均圧中心位置

幌医科大学保健医療学部理学療法学科助手，1996 年同□：振動後 1 秒間の平均圧中心位置

図６

北海道大学より博士（工学）授与．1992 年より札講師，1999 年助教授，現在に至る．VR・MR 技術を用いた高齢者・障害者のためのバランス制御に関する研究，若年者群の振動刺激による平均圧中心位置の変化

積雪寒冷地向け在宅介護福祉機器研究開発に従事．

24