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TEDMED 2015

Todd Coleman: A temporary tattoo that brings hospital care to the home

トッド・コールマン: タトゥーシールで病院の診療が自宅でも受けられる

November 18, 2015

もし医師が自宅にいる患者を、入院時と同じ様に的確に観察することができたらどうでしょうか?バイオエレクトロニクス革新者であるトッド・コールマンが、革命的な健康医療と低侵襲治療を約束する、装着可能で、柔軟性のある電子健康管理シールを開発するまでの探究を紹介します。

Todd Coleman - Bioelectronics innovator
UCSD bioengineering professor Todd Coleman integratively spans the disciplines of medical electronics, machine learning and public health. Full bio

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Double-click the English subtitles below to play the video.
Please meet Jane.
ジェーンを紹介します
00:13
She has a high-risk pregnancy.
彼女はリスクの高い妊婦です
00:15
Within 24 weeks,
まだ妊娠24週間ですが
00:17
she's on bed rest at the hospital,
病院のベッドで
00:19
being monitored
for her preterm contractions.
早産に結びつく筋収縮を
モニターされています
00:21
She doesn't look the happiest.
決して幸せそうには見えませんね
00:24
That's in part because it requires
technicians and experts
その理由の一つは 技術者と専門家が
00:26
to apply these clunky belts on her
to monitor her uterine contractions.
子宮の収縮を観察する重いベルトを
彼女に装着しているからです
00:30
Another reason Jane is not so happy
is because she's worried.
もうひとつの理由はジェーンは
不安だからです
00:35
In particular, she's worried
about what happens
特に心配しているのは
00:40
after her 10-day stay
on bed rest at the hospital.
10日間の入院の後に
何が起きるのかです
00:43
What happens when she's home?
家に帰ってから
何が起こるのでしょう?
00:47
If she were to give birth this early
it would be devastating.
もし彼女がこの段階で早産したら
非常に残念な結果になるでしょう
00:49
As an African-American woman,
彼女はアフリカ系アメリカ人なので
00:53
she's twice as likely
to have a premature birth
早産や死産のリスクは
00:55
or to have a stillbirth.
2倍になります
00:59
So Jane basically has one of two options:
そこでジェーンには
二つの選択肢があります
01:01
stay at the hospital on bed rest,
病院のベッドで安静にして
01:04
a prisoner to the technology
until she gives birth,
出産までの間 テクノロジーの囚人となり
01:07
and then spend the rest
of her life paying for the bill;
入院費の支払いのため
残りの人生を費やす
01:11
or head home after her 10-day stay
and hope for the best.
もしくは10日間の入院後に帰宅し
うまくいくよう祈るかのどちらかです
01:14
Neither of these two options
seems appealing.
どちらの選択肢とも
好ましいとは思えません
01:20
As I began to think
about stories like this
私がこのような話を考えはじめ
01:23
and hear about stories like this,
同じような話を聞くようになると
01:26
I began to ask myself and imagine:
自問し 想像し始めました
01:27
Is there an alternative?
別の手段はないだろうか?
01:30
Is there a way we could have
the benefits of high-fidelity monitoring
病院内の信頼できるパートナーと組んで
01:31
that we get with our trusted
partners in the hospital
患者が自宅で
普段通りの生活を送りながら
01:36
while someone is at home
living their daily life?
高性能なモニターの利点を
活かせる方法はないだろうか?
01:39
With that in mind,
そう考えて
01:42
I encouraged people in my research group
私は自身の研究グループのメンバーが
01:44
to partner with some
clever material scientists,
優秀な物質科学者と提携することを奨励し
01:46
and all of us came together
and brainstormed.
全員で集まって
ブレインストーミングを行いました
01:49
And after a long process,
そして長い過程を経て
01:52
we came up with a vision, an idea,
アクセサリーの様に身に付けられる
01:54
of a wearable system that perhaps
you could wear like a piece of jewelry
あるいは 絆創膏の様に貼り付けられる
01:56
or you could apply
to yourself like a Band-Aid.
装着可能なシステムのビジョンと
アイディアを得たのです
02:00
And after many trials and tribulations
and years of endeavors,
そして試行錯誤の結果
02:03
we were able to come up
with this flexible electronic patch
この柔軟性のある電子シールを
完成させました
02:07
that was manufactured
using the same processes
これはコンピューターチップを
作るのと同じ工程で
02:11
that they use to build computer chips,
製造されましたが
02:13
except the electronics are transferred
from a semiconductor wafer
この電子装置は
半導体の固いウェハーではなく
02:16
onto a flexible material
that can interface with the human body.
肌に直接触れられるような
柔軟な素材に変更されました
02:20
These systems are about
the thickness of a human hair.
これらのシステムは
人の髪の毛程の厚さで
02:25
They can measure the types
of information that we want,
我々が求めるタイプの情報を測定できます
02:29
things such as:
情報とは例えば
02:33
bodily movement,
体の動きや
02:34
bodily temperature,
体温
02:36
electrical rhythms of the body
身体の電気的リズムなどです
02:37
and so forth.
身体の電気的リズムなどです
02:39
We can also engineer these systems,
さらにこれらのシステムの設計もできます
02:41
so they can integrate energy sources,
電源を搭載することができて
02:43
and can have wireless
transmission capabilities.
無線での送信も可能です
02:46
So as we began to build
these types of systems,
これらのタイプのシステムを構築し
02:50
we began to test them on ourselves
in our research group.
我々の研究グループで
テストを開始しました
02:54
But in addition, we began to reach out
to some of our clinical partners
さらに サンディエゴにいる
02:58
in San Diego,
臨床パートナーに連絡し
03:02
and test these on different patients
in different clinical conditions,
異なる症例をもつ複数の患者を対象に
テストを始めました
03:03
including moms-to-be like Jane.
ジェーンのような
母親になる人も含めてです
03:07
Here is a picture of a pregnant woman
in labor at our university hospital
これは我々の大学病院の
分娩室にいる妊婦が
03:10
being monitored for her uterine
contractions with the conventional belt.
従来のベルトで子宮の収縮を
観察されている写真です
03:15
In addition,
加えて
03:20
our flexible electronic patches are there.
我々の柔軟性電子シールも見えます
03:21
This picture demonstrates waveforms
pertaining to the fetal heart rate,
この写真は
胎児の心拍数に関する波形を示し
03:25
where the red corresponds
to what was acquired
赤い箇所は従来のベルトで
03:29
with the conventional belts,
得られた数値です
03:32
and the blue corresponds to our estimates
青い箇所は我々の柔軟な電子システムと
03:33
using our flexible electronic systems
and our algorithms.
我々の方式を使って予想した数値です
03:36
At this moment,
この瞬間
03:40
we gave ourselves a big mental high five.
我々は心の中で祝福し合いました
03:42
Some of the things we had imagined
were beginning to come to fruition,
我々が想像したことの
いくつかが成果を上げ始め
03:45
and we were actually seeing this
in a clinical context.
実際に臨床で目にすることができたのです
03:48
But there was still a problem.
しかしまだ問題が残っていました
03:51
The problem was, the way
we manufactured these systems
問題はこれらのシステムを製造する方法は
03:53
was very inefficient,
とても非効率的で
03:57
had low yield
歩留まりは悪く
03:58
and was very error-prone.
エラーが発生しやすいということです
03:59
In addition,
さらに
04:01
as we talked to some
of the nurses in the hospital,
病院の看護師たちと話をすると
04:03
they encouraged us to make sure
我々の電子装置が
04:05
that our electronics worked
with typical medical adhesives
病院で使用されている
一般的な医療用テープでも
04:07
that are used in a hospital.
動作確認をするように勧められました
04:11
We had an epiphany and said,
"Wait a minute.
ここでひらめきました
「待てよ
04:14
Rather than just making
them work with adhesives,
電子装置を接着シートで
貼り付けるのではなく
04:16
let's integrate them into adhesives,
接着シートに装置を組み込めば
04:19
and that could solve
our manufacturing problem."
製造上の問題を解決できるぞ」
04:23
This picture that you see here
ここにご覧いただく写真は
04:26
is our ability to embed these censors
inside of a piece of Scotch tape
テープをウェハーから剥がすだけで
これらのセンサーをテープに
04:28
by simply peeling it off of a wafer.
一体化できることを示しています
04:32
Ongoing work in our research group
allows us to, in addition,
継続的なプロジェクトにより
我々の研究グループは
04:36
embed integrated circuits
into the flexible adhesives
柔軟性のあるテープに
集積回路を内蔵することで
04:39
to do things like amplifying signals
and digitizing them,
信号の増幅やデジタル化
04:43
processing them
信号の処理や
04:46
and encoding for wireless transmission.
無線通信のエンコーディングを
可能にしました
04:48
All of this integrated
into the same medical adhesives
これらの機能全てが
病院で使用されているのと
04:50
that are used in the hospital.
同じ医療用テープに
統合されました
04:54
So when we reached this point,
我々はこの段階に到達した時点で
04:57
we had some other challenges,
設計と使い勝手の双方の観点から
04:59
from both an engineering
as well as a usability perspective,
実用性を高めようとしたのですが
05:01
to make sure that we could
make it used practically.
更なる課題にぶつかりました
05:04
In many digital health discussions,
多くの医療電子化の議論で
05:09
people believe in and embrace the idea
that we can simply digitize the data,
人々が固く信じていることとは
我々はデータを単に電子化して
05:11
wirelessly transmit it,
無線で送信し
05:16
send it to the cloud,
クラウドに送りさえすれば
05:18
and in the cloud,
クラウドで
05:19
we can extract meaningful
information for interpretation.
有用な情報を抽出解析できるということです
05:20
And indeed, you can do all of that,
実を言うと 電源の心配さえなければ
05:23
if you're not worried
about some of the energy challenges.
これらは全て実行可能です
05:26
Think about Jane for a moment.
ジェーンの例を考えてみましょう
05:29
She doesn't live in Palo Alto,
彼女が住んでいるのはパロアルトでも
05:31
nor does she live in Beverly Hills.
ビバリーヒルズでもありません
05:32
What that means is,
どういう意味かというと
05:35
we have to be mindful about her data plan
and how much it would cost
彼女のデータプランと
継続的なデータ送信にかかる費用を
05:36
for her to be sending out
a continuous stream of data.
考慮する必要があるということです
05:39
There's another challenge
他にも 医療の専門家の多くが
05:44
that not everyone in the medical
profession is comfortable talking about.
あまり語ろうとしない
問題があります
05:45
And that is, that Jane
does not have the most trust
それはジェーンが医療機関を
05:49
in the medical establishment.
あまり信頼していないことです
05:52
She, people like her, her ancestors,
have not had the best experiences
ジェーンや 似た境遇の人々や
前の世代の人々は
05:54
at the hands of doctors and the hospital
医師や病院 または保険会社から
05:59
or insurance companies.
手厚く扱われてきませんでした
06:02
That means that we have to be mindful
of questions of privacy.
だからこそ個人情報の問題に
気を使う必要があるのです
06:05
Jane might not feel that happy
ジェーンにとって全てのデータが
クラウド内で処理されることは
06:08
about all that data
being processed into the cloud.
好ましい事ではないでしょう
06:10
And Jane cannot be fooled;
それにジェーンには分かっています
06:14
she reads the news.
彼女は新聞を読んでいますから
06:17
She knows that if the federal
government can be hacked,
連邦政府やフォーチュン500企業を
06:18
if the Fortune 500 can be hacked,
ハックできるなら
06:21
so can her doctor.
担当医師も例外ではないことが
わかっているのです
06:24
And so with that in mind,
この事を考えていると
06:26
we had an epiphany.
我々はひらめいたのです
06:28
We cannot outsmart
all the hackers in the world,
世界中の全てのハッカーを
負かすことはできませんが
06:30
but perhaps we can present
them a smaller target.
攻撃対象となることを
最小限に抑えることはできるでしょう
06:33
What if we could actually,
もしクラウド内で
06:36
rather than have those algorithms
that do data interpretation
データを解析する
アルゴリズムを動かすのではなく
06:39
run in the cloud,
データを解析する
アルゴリズムを動かすのではなく
06:42
what if we have those algorithms run
on those small integrated circuits
接着シールに内蔵された
小型集積回路の上で
06:44
embedded into those adhesives?
動かしたらどうでしょう?
06:48
And so when we integrate
these things together,
そしてこれらのものを統合した今こそ
06:50
what this means is that now
we can think about the future
我々は未来について
考えることができるのです
06:53
where someone like Jane can still
go about living her normal daily life,
ジェーンのような人が
モニターされていても
06:57
she can be monitored,
日常生活を送ることができ
07:01
it can be done in a way where
she doesn't have to get another job
データプランの支払いの為に
別の仕事を見つけなくてもすむ形で
07:03
to pay her data plan,
実現可能な上に
07:06
and we can also address
some of her concerns about privacy.
個人情報への不安に
対応できる そんな未来です
07:08
So at this point,
現段階で
07:12
we're feeling very good about ourselves.
我々は大変自信をもっています
07:13
We've accomplished this,
我々はこの問題を解決し
07:15
we've begun to address some
of these questions about privacy
個人情報についての
幾つかの問題に対処し
07:17
and we feel like, pretty much
the chapter is closed now.
プロジェクトの最終章を
迎えていると感じます
07:20
Everyone lived happily ever after, right?
これで「めでたしめでたし」ですね?
07:24
Well, not so fast.
ただ そう簡単にはいきません
07:28
(Laughter)
(笑)
07:30
One of the things we have to remember,
as I mentioned earlier,
先程私が述べたように
思い出していただきたいのは
07:31
is that Jane does not have the most trust
in the medical establishment.
ジェーンは医療機関に
高い信頼を寄せているわけではありません
07:34
We have to remember
思い出さなければいけないのは
07:37
that there are increasing
and widening health disparities,
健康格差はますます広がり
07:39
and there's inequity in terms
of proper care management.
適切な治療管理が
平等に行われていないことです
07:42
And so what that means
is that this simple picture
つまり この図では
ジェーンと彼女のデータを
07:46
of Jane and her data --
簡単に表していて
07:48
even with her being comfortable
being wirelessly transmitted to the cloud,
彼女はデータが無線通信でクラウドに
送信されることや
07:50
letting a doctor intervene if necessary --
必要であれば医師が関わることにも
満足していますが
07:54
is not the whole story.
それが全てではないのです
07:56
So what we're beginning to do
そこで我々が新たに始めたことは
07:58
is to think about ways to have
trusted parties serve as intermediaries
ジェーンの様な人々と
医療機関の仲介を務める
08:00
between people like Jane
and her health care providers.
信頼できる第三者を置く
方法を考えることです
08:05
For example, we've begun
to partner with churches
具体的には 教会との提携や
08:08
and to think about nurses
that are church members,
教会という信頼されている
コミュニティの一員である看護師が
08:11
that come from that trusted community,
ジェーンの様な人々に
08:14
as patient advocates and health coaches
to people like Jane.
患者支援や健康指導をすることを
検討し始めています
08:16
Another thing we have going for us
もう一つ 我々にとってラッキーなのは
08:21
is that insurance companies, increasingly,
保険会社からの問い合わせが
08:23
are attracted to some of these ideas.
増えていることです
08:25
They're increasingly realizing
彼らが気付き始めたのは
08:27
that perhaps it's better
to pay one dollar now
装着可能な装置と健康指導に
08:29
for a wearable device and a health coach,
今1ドルを支払うほうが
08:32
rather than paying 10 dollars later,
早産の新生児が病院内で
最も費用の掛かる
08:35
when that baby is born prematurely
新生児集中治療室に運ばれて
08:38
and ends up in the neonatal
intensive care unit --
後で10ドルを支払うことになるより
08:40
one of the most expensive
parts of a hospital.
良いということです
08:43
This has been a long
learning process for us.
ここまで理解するには
長い時間がかかりました
08:47
This iterative process of breaking
through and attacking one problem
問題を解決すると
次の問題が見つかるという繰り返しは
08:50
and not feeling totally comfortable,
決して楽なものではありませんが
08:54
and identifying the next problem,
次の問題を特定できれば
08:56
has helped us go along this path
実際にテクノロジーで
革新するだけでなく
08:57
of actually trying to not only
innovate with this technology
最も必要とする人が
確実に使える様にするという
08:59
but make sure it can be used for people
who perhaps need it the most.
我々の目標に導いてくれます
09:03
Another learning lesson
we've taken from this process
他にもこの過程から学んだ事は
09:07
that is very humbling,
非常にささやかなことですが
09:10
is that as technology progresses
and advances at an accelerating rate,
どんなにテクノロジーが進歩したとしても
09:11
we have to remember that human beings
are using this technology,
人間がこのテクノロジーを
利用している事を思い出し
09:16
and we have to be mindful
意識する必要があります
09:20
that these human beings --
they have a face,
つまり我々人間には
1つの顔—
09:21
they have a name
1つの名前—
09:25
and a life.
1つの命があることです
09:26
And in the case of Jane,
そしてジェーンの場合は
09:27
hopefully, two.
2つの命になってほしいのです
09:29
Thank you.
ありがとうございました
09:31
(Applause)
(拍手)
09:33
Translator:Yukino Megan

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Todd Coleman - Bioelectronics innovator
UCSD bioengineering professor Todd Coleman integratively spans the disciplines of medical electronics, machine learning and public health.

Why you should listen

Todd Coleman's research develops multi-functional, flexible bioelectronics and novel analytics methods to benefit patients and clinical decision-makers.

After a PhD in electrical engineering at MIT, Coleman did a neurosciences post-doc and became an assistant professor in electrical and computer engineering and neuroscience at University of Illinois before joining the faculty of UCSD. An avid public health advocate, Coleman understands the value of collaborating with community health programs to truly implement and deliver sustainable innovations to those who need it most.

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Data provided by TED.

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