NASA 支援のスマートウォッチが宇宙飛行士と患者に医療グレードのモニタリングを提供

NASA が支援するコンソーシアムからの資金提供を受けて開発された EmbracePlus は、医療グレードの機能と精度を、消費者製品の外観、感触、快適さと組み合わせています。 （画像：株式会社Empatica）

国際宇宙ステーションでの宇宙飛行士の生活は、ほとんどの場合、ミッションに短期間に圧縮された多くの目標やマイルストーンが含まれていたスペースシャトル時代に比べて負担は軽減されています。しかし、アルテミス計画中に月面に向かう最初の宇宙飛行士には当てはまらないだろうと、NASA の科学者で宇宙飛行士の健康とパフォーマンスに関わる仕事をしているアレクサンドラ ホイットマイヤー氏は述べています。

「アルテミスのミッションは非常に野心的なものとなり、乗組員は多くの任務を遂行しなければならず、時には長時間労働や夜勤をまたいで行われることもあります」と彼女は語った。 「私たちがシャトル時代に経験したのと同じように、彼らのスケジュールは睡眠パターンを乱す可能性があります。」

NASA の人間研究プログラムの人的要因と行動パフォーマンス要素の科学マネージャーとして、ホイットマイヤー氏は、宇宙飛行士の安全性とパフォーマンスを確保するために、宇宙飛行士の睡眠を監視およびサポートする最良の方法を模索しています。そして、彼女のものは、ヒューストンにある NASA のジョンソン宇宙センターにおける人間研究プログラムの 5 つの要素の 1 つにすぎません。宇宙飛行士の運動や医療上のニーズ、放射線などの宇宙環境の危険から宇宙飛行士の健康を守ることなどを懸念する人もいます。

このプログラムの取り組みのほとんどは、さまざまな方法で宇宙飛行士の生理機能を測定し、フィードバックを提供できるウェアラブル デバイスから恩恵を受ける可能性があります。だからこそ、2020 年にホイットマイヤーさんは、マサチューセッツ州ケンブリッジの医療ウェアラブル テクノロジー会社 Empatica Inc. から最新の作品を受け取ることになったのです。

NASA の支援と NASA のニーズに目を向けて、同社は小型で快適で魅力的なデザインに 5 つのセンサーを詰め込んだスマートウォッチを開発し、現在 EmbracePlus として市販されています。

この装置のプロトタイプの開発には、長期ミッションにおける宇宙飛行士のリスクを軽減する方法を模索する研究コンソーシアムである宇宙健康トランスレーショナル研究所 (TRISH) からの助成金の一部が提供されました。 TRISH はジョンソン・アンド・ベイラー医科大学から資金提供を受けています。

Empatica はこれまでに、主に学術研究や臨床研究で使用するための E4 と呼ばれる科学グレードのスマートウォッチと、てんかん発作を検出して介護者に警告するためのスマートウォッチ、Embrace2 と呼ばれるスマートウォッチを商品化しました。このスマートウォッチは、日常使用に魅力的で快適になるように設計されています。

EmbracePlus に関して、同社は Embrace2 の心地よい外観と操作感を E4 の機能と組み合わせたいと考えていました。これらには、動きを検出する加速度センサー、温度センサー、心臓と呼吸の活動を監視する赤外線センサー、神経系の活動に相関する皮膚の電気活動を検出するセンサーが含まれています。 EmbracePlus には、より洗練された動き検出のためのジャイロスコープも追加されています。

「EmbracePlus は、Embrace2 の美しいデザインと E4 のデータ収集機能を組み合わせたもので、日常生活で簡単に着用できる消費者向けの外観と使用感を備えた医療機器です。」と Empatica の最高技術責任者 Simone Tognetti 氏は述べています。

TRISH の資金援助を受けて行われた開発には、心拍数と酸素流量を検出するさまざまなセンサーの評価、重要な機能のトライアルの実行、すべてのコンポーネントと設計要素の統合、最も快適なフォーム ファクターの決定、ディスプレイの選択などが含まれます。

「この資金により、皮膚電気活動センサーを快適で取り外し可能なストラップに取り付けるなど、重要なエンジニアリング機能を実装することができました」とトグネッティ氏は皮膚の電気活動センサーについて述べた。 「これは、さまざまな構造の製造、電気接続、信号品質への影響について多くの研究開発を行った結果です。」

宇宙飛行士が宇宙で、さらには地上での研究でも使用できるデバイスを求める人類研究プログラムのニーズも、この時計を形作りました。ホイットマイヤー氏は、宇宙計画には小型、軽量、快適なデザインが不可欠であると指摘しました。 「実際に必要なのは、邪魔にならず、負担にならず、それ自体がストレス要因にならないデバイスです。」

トグネッティ氏は、NASA はこの技術がエネルギー効率が高く、使いやすく、過酷な宇宙環境で動作するのに十分な堅牢性を備えていることも求めていると述べました。 「バッテリー寿命を考慮してデータ収集を最適化するカスタマイズ可能なハードウェア モード、接続性が低い場合に最大 55 日分のデータを保存できる内蔵メモリ、トラブルシューティングにも役立つ低電力ディスプレイを備えています。」と彼は言いました。

一方、デバイスは自動的かつ継続的にデータを収集し、Bluetooth 経由でコンパニオン アプリにストリーミングし、クラウドにプッシュします。 「ユーザーが行う必要があるのは、デバイスが充電され接続されていることを確認することだけです」と彼は言い、アプリはこれらの手順さえもユーザーに思い出させると指摘しました。

EmbracePlus は 2021 年に量産開始されました。EmbracePlus は、Empatica Health Monitoring Platform の主要コンポーネントとして米国食品医薬品局によってすでに認可されています。トグネッティ氏は、これを機械学習アルゴリズムがさまざまな種類のセンサーからの同時データ ストリームを分析して、健康のさまざまな側面を検出および監視できるプラットフォームであると説明しました。 EmbracePlus センサー データを新しい方法で組み合わせて、さまざまな状態を識別できます。たとえば、新型コロナウイルス感染症のパンデミック中、同社は症状が現れる前に呼吸器感染症を検出するアルゴリズムを開発しました。

「ウェアラブルはすでに大規模な臨床試験や学術研究で使用されています」とトグネッティ氏は述べ、顧客には世界中の大手製薬会社や主要な研究プロジェクトが含まれると指摘した。後者の中には、欧州連合が資金提供する 2 つの取り組みがあります。1 つは睡眠時無呼吸症候群の診断と治療に機械学習を使用することを目指す Sleep Revolution プロジェクトで、もう 1 つは TIMESPAN プロジェクトで、治療の最適化と個別化を目指して、注意欠陥多動性障害と糖尿病や心血管疾患などの疾患との交差点に注目しています。

研究や臨床試験の場合、「自己申告やスナップショット指標のみを提供する毎週の現場訪問に 100% 依存せずに、参加者の自宅やオフィスからゴールドスタンダードの測定値を取得できるということは、より高品質のデータが得られ、参加者の負担が大幅に軽減されることを意味します。」

トグネッティ氏は、同社は将来的には、EmbracePlus を含む Empatica Health Monitoring Platform を診療所以外で患者の健康状態を監視するための「頼りになるツール」にしたいとも述べています。

ジョンソン宇宙センターに戻ったホイットマイヤー氏は、エンブレイスプラスは、宇宙飛行や地上研究においてバイタルサインや睡眠覚醒活動を測定するために検討されている装置の1つであると語った。彼女のグループが主に興味を持っているのは、睡眠と覚醒のサイクルを特定するために使用できるデバイスの加速度計ですが、他のセンサーのいくつかは人間研究プログラムの他の要素にとっても興味深いかもしれないと彼女は指摘しました。

宇宙飛行士がデータ収集に使用してきた手首に装着するデバイスは生産終了になり、特に他のデバイスがリアルタイムでデータをストリーミングしないことを考えると、EmbracePlus は快適性や接続性など、以前のデバイスの制限の一部に対処できる可能性があると彼女は述べました。

睡眠のモニタリングに関しては、EmbracePlus のようなデバイスは医療分野以外にも応用できるのではないかとホイットマイヤー氏は語った。同氏は、トラック運送、鉄道、その他の業界では主に自己申告に依存した疲労管理システムを採用していると指摘した。 「私たちが睡眠不足がパフォーマンスに及ぼす影響を過小評価していることを示す確立された研究があります」と彼女は言う。 「私はこの種のデバイスを目にします。確かに、それらは研究にとって重要ですが、応用的な設定では、客観的なフィードバックを提供するその機能は、多くの業界の安全性を向上させ、長時間労働や夜勤勤務をする人々のケアを促進する可能性を秘めています。」

詳細については、こちらをご覧ください。

トランスクリプト

このビデオにはトランスクリプトはありません。