header-pattern-bg

Steg bokstavligt tagna mot bättre hälsa

Hur vi går kan ge oss mycket information om vår hälsa. Siddhartha Khandelwal och hans kollegor vid Högskolan i Halmstad har skapat en unik databas med rörelsedata som samlats in i olika miljöer. De utvecklar också en mobil plattform där data på ett enkelt sätt kan samlas in och analyseras genom rörelsesensorer och smarta mobiltelefoner. Siddhartha Khandelwal jobbar dessutom mot en stor paradox inom forskningsfältet.

Doktoranden Siddhartha Khandelwal vid Högskolan i Halmstad arbetar med att analysera individers rörelsemönster:

– Hur vi rör oss, och speciellt hur vi går, kan avslöja mycket om oss människor, säger han.

Mänsklig rörelse studerades redan på den grekiska filosofen Aristotles dagar och sedan dess har vi kommit långt:

– Flera av våra kroppssystem, som till exempel hjärt-kärlsystemet och det autonoma nervsystemet, samarbetar för att vi ska kunna gå. Inom forskningsfältet försöker vi hitta sätt att observera och förstå de underliggande mekanismerna för dessa system. Till exempel kan tecken på Parkinsons, demens, multipel skleros och andra neurofysiologiska sjukdomar potentiellt upptäckas på ett tidigt stadium genom att kontinuerligt observera gångmönster.

– Om ett eller flera av kroppssystemen påverkas, avspeglas det sannolikt i sättet individen går.

Siddhartha Khandelwal

Siddhartha Khandelwal och hans kollegor vid Högskolan i Halmstad har skapat en unik databas med gångmönsterinformation. De har även använt denna data för att skapa ett mobilt digitalt verktyg som utvärderar kvaliteten på rörelsen hos individer som skadats eller drabbats av någon sjukdom som lett till en försämrad rörelseförmåga.

Paradoxen inom rörelseanalys

Sättet vi går eller springer på kallas för gait på engelska och analyseras oftast i särskilda rörelselabb. Men med de kostnadseffektiva bärbara sensorer som finns tillgängliga idag, kan mätningar äntligen göras utanför labben och dessutom samla rörelseinformation i vardagen, mellan labbesöken. Flera olika algoritmer har utvecklats för att kunna studera och jämföra frisk och patologisk gång. Denna utveckling har emellertid gjorts på data som samlats in från kontrollerade försök inomhus, exempelvis i en sjukhuskorridor. Så när Siddhartha Khandelwal började studera detta insåg han problemet:

– Jag insåg vilken paradox det är. Om man nu vill analysera något i verkligheten, varför samlas då data in i en kontrollerad labbmiljö? Och om hela idén med bärbara sensorer är att de kan bäras och användas överallt, varför görs inte det? Jag ville samla egen data och utveckla en robust algoritm som har potential att användas i människor vardag, säger han och tillägger:

– Om du vill använda resultatet av din forskning i ”verkligheten” så måste metoderna också testas i densamma. Dessutom för att förstå hur väl de fungerar måste metoderna jämföras i kontrollerade studier.

Skor med trycksensor.

En typ av sensor som använts är trycksensorer, så kallade FSR (force sensitive resistors), som integrerats i skorna. Thomas Lithén, forskningsingenjör vid Akademin för informationsteknologi, har utvecklat skorna som använts i detta forskningsprojekt.

Först med att publicera data från gångexperiment utomhus

Det finns huvudsakligen tre publika databaser med gångmönstereinformation. Tillsammans med Nicholas Wickström, Docent vid Akademin för informationsteknologi, samlade Siddhartha Khandelwal data till ytterligare en öppen databas, MAREA – ”Movement Analysis in the Real-World Environments using Accelerometers”.

– Vår databas är unik eftersom det är den första, som vi känner till, att samla data från olika miljöer och underlag – både inomhus och utomhus. MAREA är den första databasen med information från flera sensorer vid gång utomhus, säger han.

– Genom att även samla data från gång inomhus kan vi jämföra resultaten från olika miljöer. Det är betydligt svårare att analysera utomhusdata eftersom miljön inte alls är kontrollerad. Olika vägunderlag, lutningar och hinder gör gång och löpning mer varierande. Men att skapa robusta algoritmer baserade på verklighetsscenarier är viktigt för att kunna få en långsiktig och kontinuerlig rörelseanalys i vardagen. Så vi kommer att tillföra mer information till databasen efter hand med ännu fler dynamiska situationer.

MAREA är också unik när det kommer till antalet sensorer som använts för att mäta personers gångmönster.

– Vi har använt oss av rörelsesensorer som fästs på fyra olika ställen på kroppen och trycksensorer, så kallade FSR (force sensitive resistors), inbyggda i skorna. På så sätt kan resultat jämföras med varandra och säkerställa att det som mätts faktiskt är korrekt, säger Siddhartha Khandelwal.

Sensorer på kroppen

Forskningsgruppen har använt bärbara sensorer för att kunna samla in rörelse i olika miljöer och på olika underlag. Bild: Siddhartha Khandelwal

Andra kan utveckla av MAREA-data

Databasen har fått mycket uppmärksamhet sedan den lanserades publikt i november 2016. Forskare från Australien, USA, Sydamerika och Europa har laddat ner data från MAREA. Den stora nyttan med publika databaser är att olika algoritmer kan jämföras på samma data vilket kan påskynda utvecklingen inom forskningsfältet. Hundratals vetenskapliga artiklar har publicerats baserade på information från andra databaser med rörelseinformation ­– det finns med andra ord ett stort intresse för forskningsfältet. De flesta databaser är heller inte publika, vilket går emot traditionen inom forskning att tillhandahålla information öppet och gratis.

Siddhartha Khandelwal vill att forskningsresultaten från Högskolan i Halmstad, utvecklade i samverkan med Tappa Service AB, ska bli så tillgängliga och öppna som möjligt.

MAREA-databasen

MAREA står för “Movement Analysis in Real-world Environments using Accelerometers”. Siddhartha Khandelwal har samlat information till databasen och gjort den publik.

Rörelseinformation från 20 individer – friska vuxna män och kvinnor – har samlats in:

  • Löpband: gång och löpning
  • Löpband: gång med lutning
  • Inomhus: gång och löpning
  • Utomhus: gång och löpning på normal väg
  • Genomsnittligt antal steg per försök: 352 stycken

Försöksindividerna bar sensorer på midjan, handleden och båda anklarna. De hade även skor på sig med sensorer i sulan för att ge ett referensvärde för både Heel-strike och Toe-off, där den senare är mycket svår att estimera tillförlitlig med en algoritm.

Andra publika databaser

Det finns tre andra publika databaser med gång- och löpningsdata:

  • 495 försökspersoner. Genomsnittligt antal steg per försök: 10. Mätplats: inomhus. Tre sensorer: midjan, vänster och höger höft. Utan referensdata.
  • 175 försökspersoner. Genomsnittligt antal steg per försök: 22. Mätplats: inomhus. Fem sensorer: ankel, lår, bäcken, arm och handled. Utan referensdata.
  • 19 försökspersoner. Genomsnittligt antal steg per försök: 400. Mätplats: inomhus. Tre sensorer: vrist, höft och bröst. Utan referensdata.

 

Mobilt system för verklighetsbaserad rörelseanalys

Siddhartha Khandelwal har tillsammans med forskningsteamet i Halmstad skapat en “proof-of-concept” baserat på sina forskningsresultat – ett mobilt digitalt verktyg som samlar rörelseinformation och utvärderar kvaliteten på rörelsen hos individer som skadats eller drabbats av någon sjukdom som lett till en försämrad eller avvikande rörelseförmåga. De lättast tillgängliga rörelsesensorerna är de vi hittar i en smart mobiltelefon. Genom att fästa en smart mobiltelefon på benet, kan information om individens rörelse samlas in och strömmas till molnet. Informationen analyseras och översätts till ett unikt mönster som visar kvaliteten på rörelsen genom att jämföra den med “normal gång”. Rehabiliteringsprocessen kan kontinuerligt övervakas av systemet för att följa utvecklingen mot en mer normal gång. Rörelseinformationen kan samlas in i en hemmiljö av patienterna själva. Den kontinuerliga insamlingen av data i en vardaglig miljö är unik och kan förhoppningsvis hjälpa patienter, fysioterapeuter och läkare till en bättre och mer kontrollerad rehabiliteringsprocess.

Se filmen om hur forskningen blir en hälsoteknisk produkt

 

Text: KRISTINA RÖRSTRÖM och LOUISE WANDEL
Bilder: KRISTINA RÖRSTRÖM (om inget annat anges)
Film: ISABELLA JOHANSSON
Toppbild: ISTOCK