皆さんこんにちは。サナメディの事業開発メンバーで、医師の野田です。
本年7月には弊社小林が『Pear Therapeutics社の破産から考える医療のデジタル化の未来』と題し、デジタルヘルスの気になるニュースについて当ブログで紹介いたしました。そのブログはDTx、治療用アプリがメインテーマでした。今回は、デジタルヘルスの中で、広く皆さんが慣れ親しんでいるウェアラブルデバイスの臨床応用とそのピットフォールについてまとめたいと思います。
ウェアラブルデバイスとは
一般的にモバイル機器を用いるものを、デジタルヘルスの中でもmHealth(mobile health )と呼びます(1)。そこで用いられるモバイル機器のひとつが日本での通称”ウェアラブルデバイス”です。Apple社のApple watchや、Googleの子会社、Fitbit社のFitbit等が有名ですね。しかし、ウェアラブルデバイスは腕時計型だけではなく、眼鏡型、指輪型、チェストバンド型等、多くのアプリケーションがあります。米国ではCWDs(consumer wearable devices )(2)、またはWearable Patient Monitoring Devices(3)等と呼称されており、FDAの定義では、リモートまたはウェアラブル患者モニタリング機器には、①一般的な生理学的パラメータを測定または検出する非侵襲的リモートモニタリング機器、および②患者情報を医療従事者または他のモニタリング機関にワイヤレスで送信する非侵襲的モニタリング機器、が含まれるとされています(3)。
International Data Corporation社の調査では2023年のウェアラブル出荷台数は5億410万台とも試算されており、インドをはじめ中国、米国を筆頭に市場を拡大していくとみられています(4)。
医療機器と非医療機器の共存
これらのウェアラブルデバイスですが、単体で医療機器として機能するソフトウェア“SaMD; Software as a Medical Device”の ひとつとしても捉えられる場合があります。その機能や精度は様々であり、明確な区分けが難しく、日本においては個人の心拍数や睡眠を計測するデバイスにおいて、医療機器と非医療機器が共存しているのが現状です(5)。米国FDAでは医療機器とヘルスケア機器の境界線を明確化し、リスクの少ない製品については規制緩和し、ヘルスケア産業の振興をはかっている例もあります(5)。具体的には、「健康的なライフスタイルを維持または奨励するためのもので、疾病または状態の診断、治癒、緩和、予防、または治療とは無関係な」ソフトウェアは医療機器ではないとしています(6)。
他方、前述のApple watchについては2018年9月に「ECG App」という名称でclass２の医療機器としてFDAから認可を受けているものになります。2020年9月にApple Watch ECG appが日本においても医療機器(classⅡ)※として認可された話は記憶に新しいですが、背景として、Apple Watchの持つ「心電図測定」や「不規則心拍の通知」が日本においても医療機器認定が必要であると判断されたため、心電図機能については米国でのリリースから２年を経て、日本での医療機器承認を取得した上で販売されました(7)。同機器の臨床試験結果としては、12誘導心電図の医師の読影とデバイス判定を比較し、心房細動の感度98.3%(236/240例)、特異度99.6%(238/239例)と報告されています(7)。添付文書においては、「心房細動の兆候の検出を補助的に行うもの」「不整脈の診断後の経過観察用途では使わないこと」「測定のタイミングでは測定結果が異なる可能性があること」等、ユーザーへの注意喚起とともに、医師への留意事項にも触れられています。
※①「家庭用心電計プログラム（Appleの心電図アプリケーション）」承認番号：「30200BZI00020000」
②「家庭用心拍数モニタプログラム（Appleの不規則な心拍の通知プログラム）」
増加の一途をたどるウェアラブルデバイスの利用
このような世情を受け、Apple Watchからの心電図異常などの主訴を専門に扱う「アップルウォッチ外来」を開設する医療機関が近年続々と登場しています。東京のある病院では、Apple Watchで計測した心電図をPDFでオンライン送信し、それに基づいて無料相談できる外来診療枠を開設し、これまでに延べ500件以上の相談を受け付けているそうです。
このような事例に加え、ウェアラブルデバイスから取得される様々な生体情報に関し、ユーザーはその正確さ、解釈、治療への応用に関して、頻繁に医学的助言を求めるようになってきています。2005人の米国消費者を対象に行われた米モバイルトレンド調査においては、 10世帯中6世帯が、何らかのウェアラブル端末を所有しており、その87％が心拍数などの健康指標情報を取得し、ほぼ半数がそれらのデータを医療従事者と共有していると報告されています(8)。また、ウェアラブル所有者の少なくとも10人に7人が、これらのデバイスやアプリの助けを借りてフィットネスや健康状態が改善したと回答しており(8)、“生体データアクセスの民主化(2)”が起こってきていると言われています。生体データアクセスの民主化とは、もともと専門家やアスリートが取り扱ってきた生体データが、より広く人々の健康とウェルネスをモニターするために使われるようになったことを指します。一方で、その生体データの測定項目は、規範となるデータがないものや、独自のアルゴリズムから導き出される指標もあり、臨床的解釈が難しいという独特の課題を引き起こします。
ウェアラブルデバイスの臨床応用とピットフォール
ここで、最近発表された循環器診療におけるウェアラブルデバイスの臨床的解釈とピットフォールについて、循環器系の学術雑誌としては最も権威の高い雑誌の一つである米国心臓病学会誌に掲載されたレビューをご紹介します(2)。このレビューでは、急増するウェアラブルデバイスが生み出す健康指標を適切に解釈するために、各測定項目の検出方法、そのエビデンス、臨床的示唆とピットフォールについて、学術的観点からとてもよくまとめられています。
ウェアラブルデバイスでよく用いられる測定方法に、photoplethysmography; PPG (光電脈波)があります。PPGのメカニズムは、発光ダイオードを使用し、皮膚に向けて特定の波長の光を照射し、血管から反射された光の強度と脈動を光検出器によって測定することで、血流と心拍数の推定値に変換するといったものです。PPGや様々なアルゴリズムを用いて、心拍数回復率（HRR)や心拍変動 (HRV)等の指標が導き出されます。このレビューではPPGを利用したウェアラブルデバイスに関してレビューなされました。
レビューでは、これらのウェアラブルデバイスから得られる情報を活用するにあたり、異常値が出た際にまず初めに推奨されることがデータのクオリティチェックだと記されています。
筆者らが推奨する異常値が出た場合のアルゴリズム・データのクオリティチェックリストを以下に抜粋します。
① 無症候性だが病態を示唆するデータの場合、下記のデータのクオリティチェックが必要となる。そして、データの質を確認後も再び所見があれば確認の検査を、なければ臨床的検査はせず引き続きモニタリングを行う
② データ取得中の症候性の場合、診断的確認検査を考慮する
【データのクオリティチェックリスト】
・異常検出時に他の指標を評価→アーチファクトを示唆する生理学的説明のつかない複数の同時異常が見られないか確認
・以前のデータの傾向を確認→事前の個人傾向から乖離したデータはアーチファクトの可能性が高い
・適切な皮膚の接触を確認→手首のデバイスでは、適切な装着を確認し、胸ストラップ型の使用を考慮する
・モーションアーチファクト(動作による信号の歪み)を評価→安静時および/または運動負荷の再検査を行う
PPG測定そのものへの影響因子についても記載があり、肥満・濃い肌の色・タトゥー・皮膚灌流の低下・体温の低下・手首の位置・不適切な皮膚接触・運動・周囲の光などが影響を及ぼすと記されています。
これらのように、まず、データの信憑性について最初に確認することが求められています。
データの質が担保されたら、次はその臨床的意義を探ることになります。
まず、臨床応用として、運動や心拍のモニタリングとしていくつかの利用可能性が提示されています。そして、ピットフォールとして、それぞれの測定項目で留意する点について提示されています。
体的な測定項目をいくつか見てみましょう。
心拍変動（HRV）は心拍の揺らぎを測定することで、自律神経の興奮状態などを知ることができる指標ですが、ウェアラブルデバイスを用いることで、心筋梗塞後の患者や心不全患者の予後予測として利用可能です。理想的な条件が整えばウェアラブルデバイスでのPPGに基づくHRVはECG等のゴールドスタンダード測定値ととても良好な相関を持つというエビデンスがあります。この時に臨床的に注意するポイントとしては
・広くコンセンサスが得られた適用基準はまだ存在していないことに注意する
・HRVが低下すると予後が悪くなることから、データでHRVが低下していた場合、身体所見をしっかり取得し、根本原因の有無をしっかり評価する
・フォローアップ検査は、リスク層別化や治療が必要な二次的原因が強く疑われる場合にのみ考慮すべき
と記載されています。さらにピットフォールとして
・自律神経系を変調させる因子(ストレス/時間帯/睡眠)で変動しやすいことがある
・その他の心拍計測に影響を及ぼす要因に影響される
ことも指摘しています。
次に、最高酸素消費量（V_O2）は、運動能力との間に確固とした関連性があることから、 運動トレーニングに対する反応性の評価や、健康状態の把握に利用される指標です。ゴールドスタンダードの測定方法は、心肺運動負荷検査ですが、ウェアラブルデバイスでは、安静時と運動時の心拍や心拍変動から推定値を導き出すことができます。運動習慣のある人では、最高酸素消費量が向上することが知られています。ここで注意すべき点は、
・身体活動のベースラインや年齢、性別、体格等による有意な個人差があること。
・運動時の精度は高く過小評価傾向、安静時では精度が低く過大評価傾向であること。
このため、絶対値ではなく経時的な傾向を評価することが推奨されており、基準値より明らかに低い異常値の場合、運動耐容能低下、心肺疾患、貧血、骨格筋疾患を視野に入れた病歴聴取と身体診察が求められます。
もう一つ、コロナウィルス感染拡大で注目を集めた酸素飽和度(SpO2)に関しては、2つの異なる波長の発光ダイオード光を照射し、ヘモグロビンの酸素化状態に応じて変化する光吸収度合いを測定することにより、PPGを用いて測定されます。血液内の酸素状態について把握する分かりやすく有用な指標である一方、運動時の評価は精度のエビデンスがまだ少ないことが指摘されています。
また、実用上注意すべき点として、
・手首装着型では標高が高い所で使用すると市販のパルスオキシメトリーや動脈血ガス検査値との相関が低い(手首装着型PPGがSpO2を過大評価する傾向)
・肌の色が黒い人は、SpO2 の測定が不正確である可能性が特に高い
ということがあり、例えば登山者が高山病の発症予測のためにこの指標を使うようなケースでは特に注意が必要です。
その他にも、馴染みのある指標、歩数についてはGPSを利用する場合、信号が妨害されやすい都市部や森林地帯で過小評価（平均絶対パーセント誤差：-1.2%~-8.9%）の傾向、陸上競技場等では過大評価(+0.9%~+4.1%)される傾向があります。また、睡眠の評価では、手首の動きと尺骨茎状突起の突出とが組み合わさると、皮膚表面に対するデバイスの位置がずれる可能性があることが注意ポイントです。
ここでは、注意すべき点について詳しく取り上げましたが、ウェアラブルデバイスの使用に対して決して否定的なわけではなく、今後、安全で効果的にこれらの指標を活用していくために大切な情報だと思います。
筆者らは、まとめとして、技術開発とともに、モニタリング技術の適応と適切な使用法をより明確に定義することが、安全性と正確な情報共有のために必要である。今後これらの指標の数、消費者への普及がますます拡大していく中で、臨床医はウェアラブルデバイスデータを解釈し、診療にこれらの指標を統合することが求められるようになっており、その能力は価値のあるものになるだろうと括っています。
このレビューの他にも、臨床的意義については、他の学術誌にも様々な研究結果や示唆が報告されています。慢性疾患を有する個人のヘルスケアアウトカムに対するウェアラブルの影響を検討したシステマティックレビューにおいては、18の慢性疾患に対する14種類のウェアラブルデバイスの影響が示されています。疾患名としては、2型糖尿・パーキンソン病・慢性腰痛等を対象とするものが多く含まれ、ウェアラブルデバイスは腰・手首・複数部位に装着するもの、用途としても歩数計、スマートバンド、仮想現実（AR）システム、拡張現実（AR）システム、フラッシュグルコースモニタリングシステム、インテリジェントシューズインソールなど多岐に及びます。アウトカムとしては155もの指標が研究されていますが、その多くは「Quadruple Aim of Health Care*」という、ヘルスケアサービス提供の改善にアプローチするための国際的枠組みに当てはめられるものです。
結果としては、３Dバーチャルリアリティシステム(疼痛自己管理VRプログラム)が疼痛スコアリングにプラスの効果があるという複数一貫性のある報告もあれば、歩数計における運動等における効果については対照的な報告が示されたというものもあり、総合的には、50％の研究がアウトカムに対してポジティブな影響、50％で効果がないとの報告としてまとめられています(9)。その他にも、ウェアラブル活動量計は身体活動・体組成を改善する一方血圧やコレステロール、QOLに対する効果は小さい(10)というもの、心房細動のスクリーニング機器では、高リスク集団と低リスク集団での精度と性能を報告すべき(11)等、様々あります。
ウェアラブルデバイスの臨床応用への考察
このように、ウェアラブルデバイスを用いた健康モニタリングに関する様々な報告がなされる中で、情報に関する①質・量の担保、②臨床的意義・費用対効果、③管理のバランスが大切であり、膨大な情報の中から、適切な情報を過不足なく捉え、ハンドリングしていく術が求められているのだと考えます。上述の様々な研究結果や示唆からも、今後の研究や実践の方向性を含め、臨床的意義の確立はいまだ黎明期であり、臨床応用への判断を難しくしています。ウェアラブルデバイスが、単なる生体情報の数値化だけでなく、受診勧奨を表示する場合、その医療機器承認申請の際には、「使用者自らが結果を解釈し、受診の要否の判断を含めて適切な行動に繋げられるか等の観点からの判断等が必要であることを具体的に記載すること」（12）と医薬品医療機器総合機構から通知が出た経緯も含め、今後ウェアラブル医療機器における生体データの臨床的な取り扱い、責任の所在やリスク管理については、医療と非医療において明確な線引きが必要になると考えます。
一方、費用対効果については、心房細動のスクリーニングは早期診断を増やし合併症を減らすためのアプローチを促進させるという報告もあります。65歳以上のカナダ人を対象とした研究(単一リード心電図)では質調整生存年(QALY)あたりの増分費用が4,788カナダドルであり、費用対効果の高い戦略であるとされました。一方で、若年層においては脳卒中予防のための費用対効果は期待できないとの言及もあり(11)、心房細動のスクリーニングに関しても長期臨床データの分析が望まれています。
情報管理の点では、2010年から2019年に至るウェアラブルデバイスに関する学術記事のトピックにおいて、情報配信・安全性・セキュリティに関する報告が多く含まれていたことからも、「価値ある事項の持続可能な提供、プライバシー保護の実施」(13)に関心が高まっていることが分かります。
今後のウェアラブルデバイスにおけるトレンドとしては、データを利活用することで新たなサービスが創出できるのではという期待が高まっています(14）臨床的意義に裏付けされた生体データをそのソリューションとともに提供することができれば、その恩恵は個人のみではなく、社会へと広がっていくのかもしれません。このように、広く一般に普及しつつあるウェアラブルデバイスひとつをとっても、多くのデスカッションのポイント、規制や臨床的意義、社会的インパクトや将来性等、盛りだくさんの要素が垣間見えてきます。日進月歩で進む技術開発を背景に、このようなデバイスを用いた臨床研究、治験の研究成果によっては、大きくその社会的意義が変わることもしばしば起こりえます。デジタルヘルスが益々身近になりつつある昨今、日々新しく出てくる情報をアップデートし、情報について理解を深め、デジタルデバイスを上手に健康、そして医療現場で活用できるよう、我々も引き続き情報発信していきます。
サナメディでは、医療従事者との豊富なネットワークと、デジタルヘルス領域の豊富な開発経験をもとに、皆様のデジタルヘルス領域への新規参入を支援しています。時間単位やプロジェクト単位などお客様のニーズに合わせて柔軟に対応しています。詳細はお気軽にお問合せください。
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＊Quadruple Aim of Health Care：Clinician Experience(医療者の経験), Cost(費用), Healthcare Outcome(ヘルスケア結果), Patient Experience(患者の経験)の４項目から成る、ヘルスケアサービス提供の改善にアプローチするための国際的に検証された枠組み
～引用～
1) Nomura. Digital health, digital medicine, and digital therapeutics in cardiology: current evidence and future perspective in Japan. Hypertension Research (2023) 46:2126–2134
2) Petek. et.al., Consumer Wearable Health and Fitness Technology in Cardiovascular Medicine. JACC vol.82, No.3,2023 July 18, 2023:245-264.
3)FDA, “Remote or Wearable Patient Monitoring Devices EUAs” 2021年7月15日
https://www.fda.gov/medical-devices/covid-19-emergency-use-authorizations-medical-devices/remote-or-wearable-patient-monitoring-devices-euas
4) International Data Corporation (IDC). Worldwide Wearables Market Is Forecast to Rebound in 2023 with Continued Growth Thereafter, According to IDC. 2023年6月
https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS50984723
5)経団連.薬機法における医療機器基準の明確化.
https://www.keidanren.or.jp/policy/2019/026_04.pdf
6)FDA. “General Wellness: Policy for Low Risk Devices” 2019年9月
https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/general-wellness-policy-low-risk-devices
7)厚生労働省. 「家庭用心電計ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ」及び「家庭用心拍数モニタﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ」の 適正使用について .https://www.mhlw.go.jp/content/11121000/000757908.pdf
8)Mastering the new digital life. 2022 Connectivity and Mobile Trends, 3rd edition. https://www2.deloitte.com/content/dam/insights/articles/us175371_tmt_connectivity-and-mobile-trends-interactive-landing-page/DI_Connectivity-mobile-trends-2022.pdf
9) Mattison G et al, The Influence of Wearables on Health Care Outcomes in Chronic Disease: Systematic Review. J Med Internet Res. 2022 Jul 1;24(7):e36690. doi: 10.2196/36690.
10) Ty Ferguson et al. Effectiveness of wearable activity trackers to increase physical activity and improve health: a systematic review of systematic reviews and meta-analyses. Lancet Digit Health 2022;4: e615–26.
11)Axel Brandes et al, Consumer-Led Screening for Atrial Fibrillation: Frontier Review of the AF-SCREEN International Collaboration. Circulation. 2022 Nov 8;146(19):1461-1474.
12) 医薬品医療機器総合機構（PMDA）. 「疾病の兆候を検出し受診を促す家庭用医療機器の承認申請に当たって留意すべき事項について」の一部改正について
https://www.pmda.go.jp/files/000249543.pdf
13) Loncar-Turukalo T et al, Literature on Wearable Technology for Connected Health: Scoping Review of Research Trends, Advances, and Barriers., J Med Internet Res. 2019 Sep 5;21(9):e14017. doi: 10.2196/14017.
14）東京都デジタルサービス局．『データを活用した「次世代ウェルネスソリューション」創出のためのナレッジ集（2023年3月1日）
https://www.digitalservice.metro.tokyo.lg.jp/innovativeprojects/pdf/wellness_04_01.pdf
