ワシントン大学の研究者らが脳震盪を検知できるスマートフォンアプリを開発中

ワシントン大学のシュエタック・パテル氏とその同僚は、スマートフォンを使って血圧を測定したり、膵臓がんの検査をしたり、新生児の黄疸をチェックしたりする方法を発見した。

現在、イノベーターたちは、スポーツ、軍事、その他多くのシナリオで脳震盪を評価する方法に大きな影響を与える可能性のあるスマートフォンベースのテクノロジーを開発しています。

PupilScreen はウィスコンシン大学の Ubicomplab による新しいプロジェクトで、スマートフォンのカメラと機械学習を組み合わせて、脳震盪の可能性がある人の瞳孔を分析します。

この技術はまだ初期段階だが、研究成果に関する科学論文を発表したばかりの研究者らは、2年以内に商用版をリリースしたいと考えている。

PupilScreenは、スマートフォンのビデオカメラとフラッシュを使って、瞳孔対光反射（Pupil Screen）の検査を行います。対光反射は瞳孔の大きさの変化を測定し、脳震盪の有無を客観的に判断するのに役立ちます。検査された映像は、ディープラーニングアルゴリズムによって処理されます。

PupilScreenの構想は、例えばフットボールのコーチが試合中に頭部の怪我を迅速かつ正確に評価し、臨床的に重要な指標に基づいて選手が復帰できるかどうかを判断できるようにすることです。ワシントン大学によると、この機能を備えたスマートフォンアプリはこれが初めてです。

このプロジェクトは、ワシントン大学医学部の研修医であるトニー・ロー博士とリン・マクグラス博士が、ワシントン大学のコンピューターサイエンスと電気工学の寄付講座教授であり、いくつかのテクノロジー系スタートアップ企業の創設者、ワシントン大学のグローバル・イノベーション・エクスチェンジのCTO、そして認定された天才でもあるパテル氏に連絡を取ったことがきっかけで始まった。

病院の臨床医が瞳孔計（瞳孔の動きを計測する病院専用の高価な機器）をほとんど使用せず、代わりに精度は劣るがより便利なペンライトを選んでいると説明した。

論文の共著者でもある医師たちは、その中間に位置するもの、つまり使いやすく高速で、信頼性の高いデータを提供するツールを求めていました。そこで、ワシントン大学のコンピューター科学者、電気技術者、医学研究者からなるチームが着手しました。

PupilScreenは当初、3Dプリントされたボックスにスマートフォンを埋め込み、眼の光への露出を制御するものでした。外傷性脳損傷患者と健常者の両方から得られた48件のデータを統合した小規模なパイロットスタディでテストされました。ワシントン大学は、「アプリの出力のみで、ほぼ完璧な精度で脳損傷を診断できた」と述べています。

パテル氏の指導を受け、ワシントン大学コンピュータサイエンスの博士課程に在籍し、発表された論文の共著者でもあるアレックス・マリアカキス氏は、GeekWireに対し、やるべきことは山ほどあると語った。最終的には、この技術は3Dボックスを必要とせず、スマートフォンだけで操作できるようになるだろう。研究チームはまた、コーチ、救急救命士、医師などを対象に、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、健康に関する重要な判断を下す際にアプリを使用する際のヒューマンエラーの可能性を排除するための、より大規模な研究を実施する予定だ。さらに、さらなる研究によって、機械学習を通じてアプリのアルゴリズムの精度を向上させるためのより多くのデータを収集することも期待されている。

まだ初期段階ですが、PupilScreen は良い成果を上げているようです。

「スマートフォンでこのようなことを実現することに私たちが興奮している理由はたくさんある」とマリアカキス氏は語った。

アメリカスポーツ医学会が承認した2013年の科学論文によると、米国では「競技スポーツやレクリエーション活動」中に年間380万件の脳震盪が発生しているが、そのうち「報告されるのは50パーセント程度」に過ぎないという。

報告されていない怪我の中には、サイドラインでのリソース不足や、訓練を受けた臨床医が重大な異常に気付いていないことが原因となっている可能性があります。また、スポーツ脳震盪評価ツールなど、チームが脳震盪を評価する他の方法も存在します。

しかし実際には、多くのアスリートが知らないうちに頭部や脳の損傷のリスクが高まっています。

「端的に言うと、現状では不十分であり、脳震盪を見逃す人がいる」とマリアカキス氏は語った。

PupilScreen チームは、自分たちのアイデアの実現に役立つつながりを作るために、自分たちの取り組みを公開しています。

「私たちは、臨床医が求める基準を確実に満たしたいと考えています」とマリアカキス氏は指摘した。

PupilScreenのようなアプリは、様々なユースケース、特にフットボールにおいて大きなインパクトを与える可能性があります。例えばNFLは、フィールドでの大きな衝撃による頭部損傷の可能性についてリーグ側が虚偽の説明をしたとして訴訟を起こした元選手たちに、約10億ドルの支払いを強いられました。若い選手にとっては、さらに重要になるかもしれません。

「コーチや保護者、あるいは試合中に傍らにいる誰もが脳震盪のスクリーニングに使える客観的な指標があれば、状況は真に一変するでしょう」とパテル氏は声明で述べた。「現状では、私たちが持っている最良のスクリーニングプロトコルは依然として主観的なものであり、フィールドに戻りたいと強く願う選手は、システムを巧みに操作する方法を見つけることができるのです。」

「PupilScreenは、現場で脳震盪の客観的なバイオマーカーを測定できる初めての機器を提供することで、このギャップを埋めることを目指しています」とマクグラス氏は声明で述べた。「さらなる試験を経て、この機器はリトルリーグのコーチからNFLの医師、救急科の医師まで、あらゆる人が頭部損傷を迅速に検知し、トリアージできるようになると考えています。」

他の著者には、ジェイコブ・ボーディン、エリック・ウィットマイア、ヴァードマン・メータ、ミーガン・A・バンクが含まれます。本プロジェクトは、国立科学財団、ワシントン研究財団、Amazon Catalystの資金提供を受けています。

パデュー大学発のスタートアップ企業、brightlampも同様の研究を進めています。同社は特許出願中の技術で、モバイル端末で眼を検査することで脳震盪を検知しますが、PupilScreenは科学文献にデータを公開した最初の企業です。

これは、ウィスコンシン大学で生まれた安全関連のスポーツテクノロジーのアイデアとしては初めてのものではありません。3年以上前、Vicisという小さなスタートアップ企業が大学からスピンアウトし、脳震盪の原因となる衝撃を軽減するハイテクなフットボールヘルメットを製造しました。今秋の試合では、NFL、大学、高校の選手たちが初めてVicisのヘルメットを着用しています。