筋肉のボリューム（大きさ・形状）を考慮し、筋力を発揮する流れが分かる筋骨格モデル「Def Muscle」の開発に成功
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 坂内 正夫）は、脳情報通信融合研究センター（CiNet）において、筋肉のボリューム（大きさ・形状）と干渉（ぶつかり合い）による変形を考慮した新しい仮想人体筋骨格モデル 「Def Muscle(デフ マッスル)」を開発することに成功しました。
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）が、筋肉のボリューム（大きさ・形状）と干渉（ぶつかり合い）による変形を考慮した新しい仮想人体筋骨格モデル 「Def Muscle(デフ マッスル)」の開発に成功したと発表した。
この成功により、従来の人体筋骨格モデルでは表現しきれなかった肩・体幹などの複雑な筋肉の位置関係や、筋力の作用ベクトルを表現できることになり、運動神経科学やリハビリ・スポーツなどのバイオメカニクス関連分野における運動解析の精度が向上する。特にこれまで重要とされながらも手に負えなかった肩こりやスポーツ肩障害の予防研究への応用が期待できるという。開発背景や成果などは以下になる。
■開発背景
しかし、従来の筋骨格モデルでは、筋肉をボリュームのない直線や折れ線として単純化してしまっているため、筋が骨の中に埋まったり、本来表層にあるべき筋が深層の筋の内部に埋まったりといった不自然な状況が起きてしまう場合があり、関連分野全体の大きな課題となっていました。
■一般のコンピュータで動作させることに成功
本研究では、この問題を根本的に解決するため、筋肉のボリューム及び干渉による変形を考慮した新しいタイプの筋骨格モデルの開発に取り組んできました。
（中略）
その結果、肩周辺の33本の筋肉のボリュームと干渉を考慮したモデルを、スーパーコンピューターではなく、パーソナルコンピュータ（GPU搭載が必要）で動作させることに成功しました。今回公開するソフトウェアは、体の姿勢に応じて変化する筋肉の形状や位置関係を可視化する機能に加え、関節への作用を決定する筋力の作用ベクトルを出力する機能を有しています。
今まで筋肉のボリューム変形には多大な計算コストがかかり、ボリュームモデルの開発や実行する上で大きなコスト面でのハードルがあった。実際にスーパーコンピュータでなくては動かす事ができなかったという。しかし近年急速に発展したGPU並列プログラミング手法によりそれらの問題を解決し一般のコンピュータで実行を可能にしたという。
■本来の方向へ筋力を発揮する流れが分かる
筋や骨との干渉を考慮することで、筋が骨の中に埋まったり、本来表層にあるべき筋が深層の筋の下に埋まったりといった不自然な状況を回避することができます。例えば、表層にあるべき三角筋中部（Aの青）が、深層にあるべき棘上筋（Aの緑）よりも表面側にある状態を維持できます。
また、三角筋後部（Bのシアン）は、上腕三頭筋（Bの赤）との干渉で表側に押し上げられることによって、本来の方向（黄矢印）へ筋力を発揮することができます（B参照）。もし、干渉回避が行われないと、筋力の作用ベクトルは、Cのように横方向へとずれてしまいます。
■今後はより個人に応用ができるよう開発を継続する
本研究の成果を活用し、脳が膨大な数の筋肉を制御する仕組みを明らかにする研究を効果的に進めていきます。また、将来的には、体幹や下肢にまで部位を拡張し、近年ニーズの高まっているロコモティブシンドローム対策の研究等に応用していく予定です。
リハビリやスポーツへ応用する際には、各個人のモデルを作成することが必要となるので、断面画像等を利用して個人モデルを作成する技術の開発も視野に入れています。
この筋骨格モデル「Def Muscle」は、2016年中にプログラミングソフトウェアとして販売が開始される予定だという。肩周辺筋群の形状サンプルは無償で公開し、部位が拡張された際には随時公開していくとのことだ。全国のプログラマはこの利用ライセンスを即GETし、良質なトレーニングアプリ開発に全力で着手すべきではないだろうか。
（文・編集部）
