Βάδιση: Νέα τεχνολογία ανάλυσης φέρνει επανάσταση στην ιατρική διάγνωση

Μια πρωτοποριακή μελέτη από το Κολέγιο Μηχανικών και Πληροφορικής και το Ινστιτούτο Sensing (I-SENSE) του Πανεπιστημίου Florida Atlantic (FAU) αποκαλύπτει ότι αισθητήρες φορετοί στα πόδια και μια τρισδιάστατη κάμερα βάθους μπορούν να μετρήσουν με εξαιρετική ακρίβεια τη βάδιση – τον τρόπο που περπατά ένας άνθρωπος – ακόμη και σε πολυσύχναστα κλινικά περιβάλλοντα. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει μια πιο προσιτή, φορητή και οικονομική εναλλακτική λύση έναντι των παραδοσιακών εργαλείων ανάλυσης βάδισης.

Η σημασία της ανάλυσης βάδισης

Η βάδιση –δηλαδή ο τρόπος με τον οποίο κινείται ένας άνθρωπος– αποτελεί έναν αυξανόμενα σημαντικό δείκτη γενικής υγείας. Οι αλλαγές στο μοτίβο βάδισης μπορούν να αποκαλύψουν κίνδυνο πτώσεων, να βοηθήσουν στην παρακολούθηση αποκατάστασης και να επιτρέψουν την έγκαιρη διάγνωση νευροεκφυλιστικών νοσημάτων, όπως η νόσος του Πάρκινσον και το Αλτσχάιμερ.

Μέχρι σήμερα, τα πιο ακριβή εργαλεία για την καταγραφή της βάδισης, όπως το Zeno Walkway, προσέφεραν λεπτομερή δεδομένα, αλλά είχαν υψηλό κόστος, μεγάλο μέγεθος και περιορισμένη φορητότητα, καθιστώντας δύσκολη τη χρήση τους εκτός εργαστηρίου.

Η καινοτομία των ερευνητών του FAU

Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές του FAU πραγματοποίησαν την πρώτη μελέτη που συνέκρινε τρεις διαφορετικές τεχνολογίες υπό τις ίδιες κλινικές συνθήκες:

1. Αισθητήρες αδρανειακής μέτρησης (IMUs) τοποθετημένους στα πόδια,

2. Την τρισδιάστατη κάμερα βάθους Microsoft Azure Kinect,

3. Και το Zeno Walkway, που χρησιμοποιήθηκε ως “χρυσό πρότυπο” σύγκρισης.

Η κάμερα Azure Kinect συλλέγει 3D δεδομένα, χρωματικές εικόνες και κινήσεις του σώματος, αξιοποιώντας τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην τεχνητή νοημοσύνη, τη ρομποτική και την ανίχνευση κίνησης.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Sensors, έδειξαν ότι οι αισθητήρες στα πόδια και η κάμερα Azure Kinect προσφέρουν ακρίβεια συγκρίσιμη με τα παραδοσιακά εργαλεία, ενώ παράλληλα επιτρέπουν μαζική, απομακρυσμένη και χαμηλού κόστους ανάλυση βάδισης.

Η μεθοδολογία της μελέτης

Η ερευνητική ομάδα, υπό την καθοδήγηση της καθηγήτριας Behnaz Ghoraani, Ph.D., στρατολόγησε 20 ενήλικες ηλικίας 52 έως 82 ετών, οι οποίοι συμμετείχαν σε δοκιμές βάδισης υπό διαφορετικές συνθήκες – τόσο με μία όσο και με δύο ταυτόχρονες δραστηριότητες, προσομοιώνοντας τις προκλήσεις της καθημερινής ζωής.

Κάθε βήμα των συμμετεχόντων καταγράφηκε ταυτόχρονα από τις τρεις τεχνολογίες, χάρη σε μια προσαρμοσμένη πλατφόρμα που ανέπτυξαν οι μηχανικοί του FAU, η οποία συγχρόνιζε τα δεδομένα με ακρίβεια χιλιοστού του δευτερολέπτου.

Οι ερευνητές αξιολόγησαν 11 δείκτες βάδισης, όπως:

• ταχύτητα περπατήματος,

• συχνότητα βημάτων,

• διάρκεια βήματος,

• φάσεις στήριξης και αιώρησης.

Στη συνέχεια, σύγκριναν τα αποτελέσματα κάθε συσκευής με εκείνα του Zeno Walkway, χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους υψηλής ακρίβειας.

Εντυπωσιακά αποτελέσματα

Τα αισθητήρια στα πόδια παρουσίασαν σχεδόν απόλυτη συμφωνία με το Zeno Walkway σε σχεδόν όλους τους δείκτες βάδισης. Η κάμερα Azure Kinect επέδειξε επίσης υψηλή ακρίβεια, ακόμη και σε περιβάλλοντα με αυξημένη κινητικότητα – όπως μια κλινική με ασθενείς, φροντιστές και προσωπικό.

Αντίθετα, οι αισθητήρες που τοποθετούνται στη μέση, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω ευκολίας, παρουσίασαν χαμηλότερη αξιοπιστία, ειδικά για λεπτομερή χρονικά δεδομένα που είναι κρίσιμα για τη διάγνωση νευρολογικών παθήσεων.

«Με τη δοκιμή αυτών των εργαλείων σε πραγματικές συνθήκες, κάναμε πραγματικά μεγάλα βήματα προς την επιβεβαίωση της αξιοπιστίας τους για καθημερινή χρήση», δήλωσε η δρ. Ghoraani. «Αυτή η τεχνολογία είναι πλέον έτοιμη να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις του πραγματικού κόσμου.»

Εφαρμογές και προοπτικές

Η μελέτη είναι η πρώτη που συγκρίνει άμεσα την κάμερα Azure Kinect με ένα ηλεκτρονικό διάδρομο για μικροχρονικούς δείκτες βάδισης, καλύπτοντας ένα σημαντικό κενό στη βιβλιογραφία και αποδεικνύοντας τη δυναμική κλινική αξία της συσκευής.

Η κοσμήτορας του Κολεγίου Μηχανικών του FAU, Stella Batalama, Ph.D., τόνισε:
«Καθώς τα συστήματα υγείας προσανατολίζονται όλο και περισσότερο προς την τηλεϊατρική και την απομακρυσμένη παρακολούθηση, τεχνολογίες όπως οι φορετοί αισθητήρες και οι κάμερες βάθους μπορούν να μεταμορφώσουν τον τρόπο με τον οποίο οι γιατροί ανιχνεύουν την έκπτωση κινητικότητας και προσαρμόζουν θεραπείες, χωρίς την ανάγκη δαπανηρού εξοπλισμού.»

Ένα βήμα πιο κοντά στην “έξυπνη” ιατρική

Η συγκεκριμένη έρευνα ανοίγει τον δρόμο για έξυπνες, προσβάσιμες λύσεις στην ανάλυση κίνησης και τη νευρολογική διάγνωση, επιτρέποντας στους κλινικούς να παρακολουθούν ασθενείς στο σπίτι ή σε κέντρα αποκατάστασης με ακρίβεια συγκρίσιμη με αυτή των εργαστηρίων.

Οι φορητοί αισθητήρες και οι κάμερες βάθους αναμένεται να αποτελέσουν θεμέλιο λίθο της εξατομικευμένης ιατρικής, προσφέροντας ένα μέλλον όπου η παρακολούθηση της υγείας θα είναι συνεχής, προσιτή και ακριβής — ένα πραγματικό άλμα προς τα εμπρός στην επιστήμη της μηχανικής και της υγείας.