理・工・医学の連携による災害医療デジタルツインの開発と医療レジリエンスの再構築

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H05001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 越村 俊一 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (50360847)
• 研究分担者: 江川 新一 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (00270679) ; 久保 達彦 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (00446121) ; 近藤 久禎 独立行政法人国立病院機構本部(総合研究センター), その他, DMAT事務局次長 (20332348) ; マス エリック 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (30648374) ; 小林 広明 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (40205480) ; 金谷 泰宏 東海大学, 医学部, 教授 (40506317) ; 太田 雄策 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50451513) ; 市川 学 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (60553873) ; 柴崎 亮介 東京大学, 空間情報科学研究センター, 教授 (70206126) ; 佐々木 宏之 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (90625097)
• 研究期間 (年度): 2021-07-05 – 2026-03-31
• キーワード: デジタルツイン / 津波災害 / 災害医療 / ジオインフォマティクス / シミュレーション

研究実績の概要

研究実施計画で設定した課題に対する実績を以下の通り記述する．
本研究の核となるリアルタイム津波浸水被害予測技術の開発については，その予測範囲を我が国太平洋岸全域と日本海北部沿岸に拡張できた（2023年3月時点）．内閣府の総合防災情報システムの機能として稼働しており，2022年3月の福島県沖地震で初めて実際の津波予測に成功した．次に，南海トラフの連続地震（割れ残り域の破壊）を想定し，666ケースのシナリオ地震による津波浸水予測のデータベースの作成に着手した．
リモートセンシングによる広域被害把握について，様々な機械学習法を適用した方法論の確立に取り組んだ．特に合成開口レーダと標高データの統合解析にスパースモデリングを導入し，洪水時の浸水深を直接計測できる手法の開発に取り組んだ．
モバイルデバイスからの大量の位置情報から社会動態を把握・予測する研究は，平時の移動パターンの解明，移動時間の予測，大規模イベント時の移動予測，データ学習・予測の枠組み構築を実現できた．
災害医療のマルチエージェントシステムの構築に着手した．まず，被災地における医療活動（捜索，治療，搬送）のエージェントシミュレーションのモデルを開発し，東日本大震災における医療活動との検証を行った．
災害医療デジタルツインの構築に向けて，津波浸水予測データ，社会基盤データ，リアルタイム人口統計データ，医療機関データ，道路ネットワークデータの整備とデータ容量調査を踏まえ，必要な計算リソースやハードウェアの検討を行った．災害医療チームは，災害医療デジタルツインの仮想世界でのエージェントの役割を形式知化するための医療活動情報の蓄積に取り組んだ．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画に対して順調に成果の蓄積が進んでいる．世界初のスーパーコンピューターの災害時運用によるリアルタイム津波浸水被害予測技術を核に，「デジタルツイン」という新しい概念を導入している．デジタルツインに関連した理学・工学・医学の連携研究は世界でも類がなく，研究成果の国際的な波及力も高い．得られた成果をすぐに社会に活用できる体制を構築している．国や自治体，民間事業者との産官学連携も推進し，実践的な研究成果を創出している．

今後の研究の推進方策

当初の計画どおり，理学・工学・医学の連携を更に強化し，最終目標である災害医療デジタルツインの構築と活用に向けて，要素技術の統合を図る．

研究成果

• [雑誌論文] Rapid and quantitative uncertainty estimation of coseismic slip distribution for large interplate earthquakes using real-time GNSS data and its application to tsunami inundation prediction (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohno Keitaro、Ohta Yusaku、Hino Ryota、Koshimura Shunichi、Musa Akihiro、Abe Takashi、Kobayashi Hiroaki
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01586-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A comparative study of the cumulant lattice Boltzmann method in a single-phase free-surface model of violent flows (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Kenta、Kawasaki Koji、Koshimura Shunichi
  • 雑誌名: Computers & Fluids 巻: 236 ページ: 105303～105303
  • DOI: 10.1016/j.compfluid.2021.105303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Health System Disruption at the Primary Health Center Level Affected by Earthquake, Tsunami, and Liquefaction in 3 Districts of Central Sulawesi, Indonesia (2022)
  • 著者名/発表者名: Wahidin Mugi、Pane Masdalina、Purnama Tri Bayu、Maemun Siti、Egawa Shinichi
  • 雑誌名: Disaster Medicine and Public Health Preparedness 巻: 17 ページ: -
  • DOI: 10.1017/dmp.2021.368
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Along-arc heterogeneous rheology inferred from post-seismic deformation of the 2011 Tohoku-oki earthquake (2022)
  • 著者名/発表者名: Dhar Sambuddha、Muto Jun、Ito Yoshiaki、Miura Satoshi、Moore James D P、Ohta Yusaku、Iinuma Takeshi
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 230 ページ: 202～215
  • DOI: 10.1093/gji/ggac063
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Emergency Medical Teams’ Responses during the West Japan Heavy Rain 2018: J-SPEED Data Analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Chimed-Ochir Odgerel、Yumiya Yui、Taji Akihiro、Kishita Eisaku、Kondo Hisayoshi、Wakai Akinori、Akahoshi Kouki、Chishima Kayoko、Toyokuni Yoshiki、Koido Yuichi、Kubo Tatsuhiko
  • 雑誌名: Prehospital and Disaster Medicine 巻: 37 ページ: 205～211
  • DOI: 10.1017/S1049023X22000231
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Potential for crustal deformation monitoring using a dense cell phone carrier Global Navigation Satellite System network (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohta Yusaku、Ohzono Mako
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01585-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Child Nutrition in Disaster: A Scoping Review (2022)
  • 著者名/発表者名: Abimibayo Adeoya Akindele、Sasaki Hiroyuki、Fuda Mikiko、Okamoto Tomoko、Egawa Shinichi
  • 雑誌名: The Tohoku Journal of Experimental Medicine 巻: 256 ページ: 103～118
  • DOI: 10.1620/tjem.256.103
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Brief communication: Radar images for monitoring informal urban settlements in vulnerable zones in Lima, Peru (2022)
  • 著者名/発表者名: Moya Luis、Garcia Fernando、Gonzales Carlos、Diaz Miguel、Zavala Carlos、Estrada Miguel、Yamazaki Fumio、Koshimura Shunichi、Mas Erick、Adriano Bruno
  • 雑誌名: Natural Hazards and Earth System Sciences 巻: 22 ページ: 65～70
  • DOI: 10.5194/nhess-22-65-2022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modeling search and rescue, medical disaster team response and transportation of patients in Ishinomaki city after tsunami disaster (2022)
  • 著者名/発表者名: Mas Erick、Egawa M.D. Shinichi、Sasaki M.D. Hiroyuki、Koshimura Shunichi
  • 雑誌名: E3S Web of Conferences 巻: 340 ページ: 05001～05001
  • DOI: 10.1051/e3sconf/202234005001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] パンデミックを災害として考える (2022)
  • 著者名/発表者名: 江川新一
  • 雑誌名: 日本職業・災害医学会会誌 巻: 70 ページ: 59~62
• [雑誌論文] 東日本大震災を経験した東北大学病院の事業継続計画（BCP）策定ステップと事業継続管理（BCM） (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐々木宏之, 古川宗, 阿部喜子, 藤井進, 布田美貴子, 藤田基生, 丸谷浩明, 亀井尚, 江川新一
  • 雑誌名: 精神神経学雑誌 巻: 124 ページ: 184~191
  • 査読あり
• [雑誌論文] A dynamic parameter tuning method for SpMM parallel execution (2021)
  • 著者名/発表者名: Qi Bin、Komatsu Kazuhiko、Sato Masayuki、Kobayashi Hiroaki
  • 雑誌名: Concurrency and Computation: Practice and Experience 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/cpe.6755
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-time automatic uncertainty estimation of coseismic single rectangular fault model using GNSS data (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohno Keitaro、Ohta Yusaku、Kawamoto Satoshi、Abe Satoshi、Hino Ryota、Koshimura Shunichi、Musa Akihiro、Kobayashi Hiroaki
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01425-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Model-based analysis of multi-UAV path planning for surveying postdisaster building damage (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Ryosuke、Mas Erick、Moya Luis、Koshimura Shunichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-97804-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 感染症対策の変化と進化―コロナがもたらしたもの (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 雑誌名: 公衆衛生 巻: 85 ページ: -
• [雑誌論文] Effect of Serial Passage on the Pathogenicity and Immunogenicity of Vaccinia Virus LC16m8 Strain (2021)
  • 著者名/発表者名: Eto Akiko、Yamamoto Norio、Kanatani Yasuhiro
  • 雑誌名: Biology 巻: 10 ページ: 1158～1158
  • DOI: 10.3390/biology10111158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Method to extract difficult-to-evacuate areas by using tsunami evacuation simulation and numerical analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Eri、Kosaka Takato、Hatayama Michinori、Urra Luisa、Mas Erick、Koshimura Shunichi
  • 雑誌名: International Journal of Disaster Risk Reduction 巻: 64 ページ: 102486～102486
  • DOI: 10.1016/j.ijdrr.2021.102486
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 災害医療としての感染危機管理：DMATの対応 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 雑誌名: 日本危機管理防災学会誌 巻: 26 ページ: 11~20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Mixed-Precision Tall-and-Skinny Matrix-Matrix Multiplication for GPUs (2021)
  • 著者名/発表者名: Tang Hao、Komatsu Kazuhiko、Sato Masayuki、Kobayashi Hiroaki
  • 雑誌名: International Journal of Networking and Computing 巻: 11 ページ: 267～282
  • DOI: 10.15803/ijnc.11.2_267
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 特集 災害医療対応の最前線 - 近年の災害対応からの教訓 はじめに (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 227 ページ: 575~575
• [学会発表] 量子アニーリングアシスト型次世代スーパーコンピューティング基盤とその応用に関する研究開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林広明
  • 学会等名: 量子コンピュータ未来構想フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 災害救護のヘルスデータ管理と学術国際連携 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 第27回日本災害医学会学術集会
• [学会発表] IoT、AIを用いた災害医療の未来において求められる機能の提言 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 日本災害医学会
• [学会発表] J-SPEEDのこれまでとこれから (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 第27回日本災害医学会学術集会
• [学会発表] Development of the prototype system for the long-term OBP drift elimination using the “A-0-A” approach (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Ohta, Ryota Hino, Makiko Sato, Syuichi Suzuki, Hideto Otsuka, Hiroaki Kajikawa, Tokihiko Kobata
  • 学会等名: Ocean Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 新型コロナウィルス感染症に対する災害医療対応 (2022)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第27回日本災害医学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 特別企画 ダイアモンドプリンセス号の真実 (2022)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第27回日本災害医学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 攻める 新型コロナウィルス対応：医療崩壊と災害医療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第27回日本災害医学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Application of GNSS for real-time prediction of geohazards and its transformation to disaster information (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Ohta
  • 学会等名: Geospatial Capacity Development Conference on GNSS applications and DRR
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of the low-cost GNSS receiver and data logger system for the geodetic purpose (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Ohta
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 本部活動におけるJ-SPEEDの導入と活用について (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 令和3年度広島県DMATブラッシュアップ研修（第2回）
  • 招待講演
• [学会発表] 災害時保健医療活動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 令和3年度医療従事者研修会
  • 招待講演
• [学会発表] パンデミックを災害として考える (2021)
  • 著者名/発表者名: 江川新一
  • 学会等名: 第69回日本職業・災害医学会学術大会
• [学会発表] J-SPEEDによる診療概況可視化 東日本大震災の教訓に基づく変革への挑戦 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 日本救急医学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] シンポジウム13 【禍難を乗り越えて】行政はいかにコロナと戦ったか (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第49回日本救急医学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ハミルトニアンモンテカルロ法を活用した断層モデル推定とメトロポリス・ヘイスティング法との比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田太介, 太田雄策
  • 学会等名: 日本測地学会第136回講演会
• [学会発表] Tips for Community Preparedness pre-and during natural hazards events: Healthy community is resilient against disaster (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Egawa
  • 学会等名: UNESCO Webinar
  • 国際学会
• [学会発表] 日本DMAT（災害派遣医療チーム）のコンセプトとCSCATTT (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐々木宏之
  • 学会等名: 第73回宮城県学校保健・安全研究大会
• [学会発表] J-SPEED～災害医療分野の日本発WHO国際標準の国際戦略～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 久保達彦
  • 学会等名: 安芸地区医師会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling search and rescue, medical disaster team response and transportation of patients in Ishinomaki city after tsunami disaster (2021)
  • 著者名/発表者名: Erick Mas, Shinichi Egawa, Hiroyuki Sasaki, and Shunichi Koshimura
  • 学会等名: 14th Aceh International Workshop and Expo on Sustainable Tsunami Disaster Recovery (AIWEST-DR 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 特別シンポジウム3 COVID-19に対する災害対応 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第75回国立病院総合医学会
• [学会発表] The New Era of Hybrid-Computing: Vector-Scalar to Vector-Digital Annealing, to Vector-Quantum Annealing (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi
  • 学会等名: Russian Supercomputing Days
• [学会発表] コロナ化におけるオリンピック・パラリンピックについて (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤久禎
  • 学会等名: 第62回全日本病院学会in岡山
  • 招待講演
• [学会発表] Real-time Tsunami Inundation Forecast in Japan - Present and Future (2021)
  • 著者名/発表者名: 越村 俊一, 日野 亮太, 太田 雄策, 撫佐 昭裕, 鈴木 崇之, 阿部 孝志, 小林 広明
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会