Используя синхронное видео, снятое на пару смартфонов, ученые создали приложение с открытым исходным кодом для захвата движения, которое собирает данные о движениях человека с быстрым анализом с помощью системы искусственного интеллекта, чтобы затем использовать их в клинических условиях для реабилитации. , предоперационное планирование и диагностика заболеваний – всего за 1 % от стоимости традиционной технологии.
Исследователи Стэнфордского университета при финансовой поддержке Национальных институтов здравоохранения США создали OpenCap, который использует два калиброванных iPhone, работающих вместе, для измерения движений человека и основных скелетно-мышечных механизмов, обеспечивающих движение. Более того, это быстрее, чем традиционные технологии, используемые для сбора той же информации, и стоит лишь небольшую часть стоимости установок стоимостью 150 000 долларов США, которые можно найти в специализированных клиниках, где используется около восьми высокотехнологичных камер.
«OpenCap демократизирует анализ движений человека», — сказал старший автор Скотт Делп, профессор биоинженерии и машиностроения в Стэнфорде. «Мы надеемся, что с его помощью некогда недоступные инструменты смогут оказаться в большем количестве рук, чем когда-либо прежде».
Анализ может помочь в лечении пациентов с проблемами движения, помочь врачам спланировать операцию и рассмотреть, как различные методы лечения есть и работают. Его также потенциально можно использовать для выявления заболеваний, при которых изменения в походке или равновесии сложно обнаружить во время обычных медицинских осмотров.
Это объяснитель показывает относительную простоту процесса сбора и анализаUhlrich, S et al/(CC BY 4.0)
Они протестировали OpenCap на 100 участниках, записав видео, которое затем было проанализировано искусственным интеллектом через Интернет для оценки активации мышц, нагрузки на суставы и движений суставов. Сбор данных для всех 100 участников занял менее 10 часов, а анализ был возвращен через 31 час. Сбор данных занимал около 10 минут на каждого человека, обработка автоматически инициировалась на облачной платформе, которая доступна исследователям бесплатно.
«Инженеру-эксперту потребуются дни, чтобы собрать и обработать биомеханические данные, которые OpenCap предоставляет за считанные минуты», — сказал соавтор исследования Скотт Ульрих, директор по исследованиям в Стэнфордской лаборатории человеческого развития. «Мы собрали данные от 100 человек менее чем за 10 часов — раньше это заняло бы у нас год».
Данные изучают «ориентиры» тела — колени, бедра, плечи и другие суставы — и то, как они движутся в трехмерном пространстве. Затем он использует сложные физические и биологические модели опорно-двигательного аппарата, чтобы оценить, как движется тело и какие силы действуют. Это дает важную информацию об углах соединений и нагрузках.
«Он даже скажет вам, какие конкретные мышцы активируются», — сказал Дельп.
Исследователи полагают, что такой сбор данных, наряду с анализом глубокого обучения, станет новой эрой для исследований в области биомеханики.
«Есть человеческий геном, — сказал Дельп, — но на самом деле это будет номер движения всего репертуара человеческого движения, зафиксированного количественно».
«Наша надежда заключается в том, что, демократизируя доступ к анализу движений человека, OpenCap ускорит включение ключевых биомеханических показателей во все больше и больше исследований, испытаний и клинической практики для улучшения результатов лечения пациентов во всем мире», — добавил Дельп.
Исследование было опубликовано в журнале PLOS Computational Biology. Подробнее см. видео команды Standord, демонстрирующее OpenCap, ниже.
Сложная биомеханика человека из видео со смартфона
