コンピュータもできない手作りの技 - 平均的日本人の全身数値モデルが完成

 

通信総合研究所は、北里大学、慶應義塾大学、東京都立大学大学院との共同研究で、日本初の平均的日本人全身の数値モデルを作成した。小さなブロックにより人体を形成し、さらにブロックごとに身体各部位のデータを付加するという方式で構成されており、非常に精巧なモデルにできあがっている。モデルは男女とも用意されており、女性数値モデルの作成は世界的に見て初のことだという。

このモデルは、MRI(Magnetic Resonance Imaging)断面画像撮影を利用して、日本人の体格を測定したデータを元に作成されている。データの総数は、男性で866枚、女性で804枚。これらの統計的な平均として同定したモデルは、日本人の標準体型(男性は171.4cm、63.3kg、女性は159.1cm、52.6kg)とほぼ合致したという。この体格のモデルを、一辺が2mmの立方体ブロックから再構成している。

各ブロックには、1つずつ脳、筋肉、骨、内蔵といったような、人体を構成する50種類以上の組織情報を対応づけており、これにより人体の情報を完全に数値化したモデルとなっている。今回のモデル作成にあたっては、人体内の空間を完璧に再現する目的があった。ところが、プログラムによる自動的なモデル構築では、厳密な再現は難しい。よって、それぞれのブロックがどの組織に入るのかを医学専門家の監修のもと、手作業で逐一設定していった。こうして作成された数値モデルは、筋肉や骨の接合といった部分まで完璧に再現されたものとなった。

男女の数値モデル
それぞれのモデルから骨の部分だけ表示させたもの

このモデルの使用方法だが、それぞれのブロックに組織ごとの特性係数を付加することで色々な数値計算に応用できる。弾性係数を付加すれば、衝突時の人体破壊を数値計算できるモデルになるし、放射線吸収係数を付加すれば、人体の放射線被曝度を数値計算できるモデルになる。

今回、同研究所が公開した実用例は、携帯電話の電波が人体に及ぼす影響を調査するというもの。電波については、人体の単位重量当たりに吸収される電力量(SAR)の上限値が、防護指針値として、平成9年の郵政省電気通信技術審議会より答申されている。(全身平均値は0.08W/kg、任意の組織10gあたりの平均値は2W/kg)

電波が人体に与える影響とは次の通り。電波が人体に吸収されると、体の中で電界が発生、電流が生ずる。人体は電気抵抗値が比較的高いため、内部で熱が発生する。つまり、人体内で電磁波エネルギーが熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーは、人体の中に籠もり、組織にストレスを与える。

従来までの携帯電話の安全性検証は、この発熱プロセスを頭部の数値モデルを用いて分析、シミュレーションしていた。しかし、今後データ通信の普及、Bluetoothをはじめとする無線技術の発達により、全身モデルでの測定が必要不可欠となってきた。しかも、人体に入った電波がどのように体の中を伝播し、各部位に影響を与えるかといったデータは、それぞれの組織の各部位の正しい配置情報や、それぞれの組織間の接合状態が解らなければ解析できず、非常に詳細なモデルを必要とする。

頭部側面に携帯電話をあてたときの電磁界の解析例
胸部に携帯電話があるときの電磁界の解析例

欧米人の精巧な全身数値モデルは従来から存在していたが、体格や体重などが違いすぎるため、日本人のための厳密なシミュレーションにはならなかった。今回の平均的な日本人の数値モデル構築により、これらの問題がすべて解決され、より細かな人体に対する電波の影響をシミュレーション測定することができるようになる。

このモデルは、現在もまだ開発途中の段階にある。今後、より細部に渡る医学専門家の監修を行いつつ、大学や公的機関の研究者に順次公開していく(2001年度前半に男性モデル、後半に女性モデル)。携帯電話メーカーをはじめとする営利企業への公開は、モデルの使用ガイドラインを固めてからになるとのことで、今後しばらくかかる見込み。それでも同研究所によれば「より広範に利用してもらい、役立つ研究に使用していってもらいたい」とのことだ。

携帯電話の普及率は日本人口の半数近くであり、すでに日常生活に欠かせない日用品となっている。今後は、デザインや機能面だけではなく、人体への安全面の追求を行うためにも、このような数値モデルによる適切かつ徹底的な検証と、実機の絶え間ない改良が必要になっていくだろう。

通信総合研究所
http://www.crl.go.jp/overview/index-J.html



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