東北大、AIを用いてイスの座り具合から腰痛発生を高精度に予測する技術を開発

東北大学は10月19日、研究チームが開発された荷重センサーを装着したオフィスチェア(スマートチェア)を利用して、長時間座っていることの多いオフィスワーカーの腰痛悪化予報が可能であることを確認したと発表した。

同成果は、東北大 大学院 医工学研究科 健康維持増進医工学分野の永富良一教授、同・佐藤啓壮特任講師、同・医学系研究科 障害科学専攻 運動学分野のZiheng Wang大学院生らの研究チームによるもの。詳細は生理学を扱う「Frontiers in Physiology」に掲載された。

日本人の10人に1人が悩まされているとされる腰痛。しかも、たとえ正しい姿勢を保っていたとしても、長時間座っていると発生してしまうことがあるとされており、その予防法の開発が求められている。

今回の研究では、同意を得た計22名のオフィスワーカーから3か月にわたって腰痛の程度などのデータを収集したほか、オフィスチェアの座面直下に設置した4個の荷重センサーから得られる圧中心の変動に対応する時系列信号から、深層学習を含む人工知能(AI)解析技術を活用し、参加者に共通する類似の信号変化の同定を実施。その結果、感度・特異度ともにほぼ70％と精度で腰痛を予測することができることが示されたという。

• 座位中のセンサーから得られる前後/左右への荷重の変位。座る部分の四隅に配置した圧力センサーからの情報(4色)の時系列変化。激しく動いている(上下へ変化が激しい)期間と動きが少なくじっとしている(変化が乏しい)期間があることがわかる (出所:東北大プレスリリースPDF)

これまでもセンサーを搭載したイスを利用して慢性腰痛の危険性が高くなる姿勢や座位時間の判定は行われてきたが、数分～数十分の座位に伴う圧中心の変動から主観的腰痛を予測する技術は実現されていなかったという。今回の研究では、最新の時系列信号処理やAI技術を適用することにより、生体由来の確率論的な信号体系から、課題となる腰痛などの事象の予測が可能となり、この成果は、痛みや不快感などさまざまな心因・知覚に基づく課題事象予測への拡張可能性を示すものだと研究チームでは説明している。

• スマートチェアによる腰痛予報。従来の方法(左)と比較した本研究成果(右) (出所:東北大プレスリリースPDF)

また、これまでの範囲や程度を固定化して定義された指標による危険因子とは異なり、個々人の時系列信号のパターンの検出により、個別化した予報が可能であることから。ウェアラブルや生活の中でのセンサーの利用価値が今後広がる可能性が期待されるともしているほか、研究チームでは、姿勢の固定化を防いでいる細かい動きを発見しており、その理解を進めることで今後、肩こり、頭痛、関節痛など「不定愁訴」といわれる症状の要因の解明と対処法の開発が進むことが期待されるともしている。