Kniearthrose: 3D-Bewegungsanalyse mit dem Smartphone

Im Projekt „ACCESS“ untersuchen Forschende aus Österreich die Nutzung von Smartphone-basierten Technologien zur Analyse der körperlichen Funktion und Gesundheit bei Kniegelenkarthrose. Dafür werden Physiotherapeuten und ihre Patienten selbst zu Wissenschaftlern – sogenannte Citizen Scientists.

Bislang war die 3D-Bewegungsanalyse im Ganglabor das mit Abstand genaueste Verfahren für die Untersuchung menschlicher Bewegungsabläufe. Trotz ihrer Vorteile ist die Ganganalyse ein aufwendiges Verfahren, das oft nur in einem spezialisierten „Ganganalyselabor“ durchgeführt werden kann, was großangelegte Studien erschwert, erklären die beteiligten Forschungsinstitutionen in einer Mitteilung. Zukunftsweisende Technologien ermöglichten mittels Künstlicher Intelligenz Smartphone-basierte Videoanalysen, die kostengünstig und außerhalb spezialisierter Labore Anwendung finden. Die im Projekt „ACCESS“ beteiligten Wissenschaftler der FH St. Pölten untersuchen gemeinsam mit den Kollegen der Universität für Weiterbildung Krems das Potenzial dieser mobilen Technologien, um das Bewegungsmuster bei Menschen mit Kniearthrose umfassend zu erforschen.

„Dank der technischen Fortschritte in Künstlicher Intelligenz, Cloud und Mobile Computing können wir biomechanische Bewegungsanalysen mittlerweile ortsunabhängig durchführen. Was früher nur mit großem Aufwand in einem Motion-Capture-Labor möglich war, geht jetzt fast überall mit zwei einfachen Smartphones”, erläutert Projektleiter Brian Horsak (Leitung Center for Digital Health and Social Innovation an der FH St. Pölten). In ACCESS nutze man diese Technologie in einem Citizen-Science-Ansatz, um große biomechanische Datenmengen von einer diversen Patient*innenkohorte im Feld zu erheben und zu analysieren.

„ACCESS beschäftigt sich mit der Nutzbarmachung und Genauigkeit solcher Videosysteme, um frühe Formen der Arthrose zu erkennen und damit frühzeitig Hinweise auf die Erkrankung zu bekommen. Da fast 20 Prozent der Gesamtbevölkerung an Arthrose leidet, erscheint die frühe Erfassung und Prävention entscheidend zur Einleitung der richtigen Therapie und Erhaltung der Mobilität,“ betont Kooperationspartner Stefan Nehrer von der Universität für Weiterbildung Krems, Zentrum für Regenerative Medizin.

Physiotherapeut*innen werden zu Citizen Scientists

Mit seinem Citizen-Science-Ansatz beschreitet das Projekt neue Wege in der Biomechanik, so die Forschungseinrichtungen. 25 Physiotherapeutinnen und -therapeuten sowie ihre Kniearthrosepatientinnen und -patienten sind gemeinsam an dem Projekt beteiligt. Während die Physiotherapeuten die Bewegungsdaten ihrer Patienten mit Kniearthrose mit einer Smartphone-basierten Videoanalyse erfasseen, lieferten die Patienten Informationen zu Schmerz, körperlicher Funktion sowie zur mentalen Gesundheit. Damit solle ein weltweit einzigartiger Datensatz von rund 200 Patientinnen und Patienten entstehen.

Open-Source-Technologie

Für die Videoanalyse der ACCESS-Studie nutzen die Forschenden OpenCap – eine kürzlich von der Stanford University entwickelte Lösung. OpenCap ist ein Open-source Motion-Capture-System, mit dem die Citizen Scientists die 3D-Bewegungsdynamik bei Patienten mit Kniearthrose erfassen können.

Über ACCESS

Das Forschungsprojekt ACCESS wird von der FH St. Pölten gemeinsam mit der Universität für Weiterbildung Krems umgesetzt. Alle Projektergebnisse sowie gesammelten Daten werden den Institutionen zufolge in einem Open-Access-Format für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Publikationen im Zusammenhang mit der Studie würden allen Teilnehmenden zur Verfügung gestellt.