Teknologia ohjaa kuntoutujaa kädestä pitäen
Oireet alkavat yllättäen kesken työpäivän – oikea puoli kehosta puutuu ja puhe takkuaa. Sairaalassa varmistuu diagnoosi aivoverisuonen tukoksesta. Nopeasti aloitettu liuotushoito säästää hengen, mutta toinen puoli kehosta ei ota käskyjä vastaan.
Potilaan kuntoutus alkaa heti. Hän saa käyttöönsä juuri hänelle suunnitellun virtuaalisen kuntoutusohjelman ja räätälöidyt älyhanskat. Ne ohjaavat liikeharjoitusten tekemistä ja seuraavat kuntoutuksen edistymistä.
Tämä on yksi visio siitä, miten puettavaa teknologiaa voitaisiin käyttää terveydenhuollon apuna. Professori Yu Xiaon ja hänen tutkimusryhmänsä tavoitteena on, että muutaman vuoden päästä se on todellisuutta.
Tekoäly suunnittelijana
Professori Xiao johtaa Aalto-yliopistossa monitieteistä Wearable Systems Lab -tutkimusryhmää, joka kehittää tekoälyä ja puettavaa teknologiaa yhdistäviä järjestelmiä. Puettava teknologia tarkoittaa laitteita, joita käytetään kehoon kiinnitettynä asusteina tai tekstiileinä.
Älykellojen, virtuaalilasien ja älyvaatteiden myötä puettavan teknologian arvioidaan kasvavan kymmenien miljardien bisnekseksi lähivuosina. Hyvinvoinnin ja viihteen lisäksi se lupaa paljon myös terveydenhuollolle. Iholle pääsevä teknologia voi tarjota reaaliaikaista tietoa potilaiden terveydentilasta ja hoidon toimivuudesta tai ohjeistaa työssä – kirjaimellisesti – kädestä pitäen.
Xiaon tutkimusryhmä vie kehitystyön pelkkiä tuotteita tai sovelluksia pidemmälle. Juuri alkaneessa projektissa tutkijat kehittävät tekoälyyn perustuvaa työkalua. Sen avulla terveydenhuolto voi räätälöidä jokaiselle potilaalle erikseen yksilöllisen virtuaalikuntoutuksen.
”Suunnittelutyökalulle riittää pelkkä kuva tai video potilaan kädestä ja tieto kuntoutussuunnitelmasta. Se laatii automaattisesti mallin yksilöidyn älyhanskan valmistamiseen ja kouluttaa sille räätälöidyn koneoppimismallin”, Xiao sanoo.
Virtuaalisiin harjoituksiin yhdistettyjen älyhanskojen avulla voidaan harjoitella käden liikkeitä ja esineisiin tarttumista sekä kuntouttaa tuntoaistin häiriöitä. Jotta hanskat mittaavat sormien ja käsien pienimpiäkin liikkeitä oikein, täytyy niiden istua potilaan käteen ja antureiden olla tarkasti sijoitettu.
”Yksilöllisten älyhanskojen valmistaminen on perinteisesti työlästä, kun täytyy tehdä prototyyppejä, kerätä dataa ja kouluttaa koneoppimismalleja. Suunnittelutyökalun ansiosta hanskat saataisiin käyttöön parhaimmillaan parissa päivässä.”
Virtuaalikuntoutus antaa palautetta
Puettava teknologia vastaisi moneen käytännön tarpeeseen kuntoutuksessa, kertoo HUSin vaativan neurologisen kuntoutusosaston osastonlääkäri, neurologi Kristina Laaksonen. Laaksonen on mukana hankkeen ohjausryhmässä.
”Aivoinfarktin jälkeen aivot ovat erityisen muovautuvassa tilassa, joten kuntoutus täytyy aloittaa viipymättä ja harjoituksia tulisi tehdä tuntikausia päivittäin. On tärkeää tehdä harjoitteet huolellisesti, jotta liikeradat opitaan oikein. Virtuaalinen kuntoutus voi motivoida potilasta lisäämään harjoittelua, ja puettava teknologia antaa palautetta siitä, tehdäänkö harjoitteet oikein”, Laaksonen sanoo.
Aivoverenkiertohäiriöt ovat suuri kansanterveydellinen ongelma: Suomessa tapauksia todetaan vuosittain noin 25 000, ja sairastuvuus on lisääntynyt työikäisillä, alle 50-vuotiailla. Tehokas kuntoutus edistää toipumista merkittävästi.
Xiaon tiimi kehittää yhdessä kuntoutusammattilaisten ja potilaiden kanssa VR-pelejä, joiden avulla potilas voi kehittää kehon hallintaa, lihaksia ja motorisia taitoja. Laaksosen mukaan virtuaaliympäristö voi tehdä harjoittelusta potilaalle mielekkäämpää, ja se on myös turvallista.
”Koti on ehdottomasti paras ympäristö kuntoutua. Virtuaaliterapia voi tarjota tehokasta kuntoutusta kotona.”
Työkalua kehitetään yhteistyössä HUSin ja Kuopion yliopistollisen keskussairaalan ammattilaisten ja potilaiden kanssa. Hankkeessa on mukana tekoälyn, muotoilun, virtuaalitodellisuuden ja elektroniikkasuunnittelun asiantuntijoita. Projekti on saanut Business Finlandilta rahoitusta tutkimuksen kaupallistamisen valmisteluun.
Mukana kehon liikkeissä
Näyttöruutu on yleisin käyttöliittymä ihmisen ja teknologian vuorovaikutuksessa, mutta puettava teknologia tarjoaa uuden, hienovaraisemman tavan olla yhteydessä digitaaliseen maailmaan. Kuntoutuksessa tällä voi olla käyttäjälle psykologinen merkitys, sanoo älykkäisiin tekstiileihin erikoistunut suunnittelija Emmi Pouta.
”Älyvaate voi myös hälventää mielikuvaa lääketieteellisestä mittalaitteistosta.”
Pouta tekee väitöskirjaansa Xiaon tutkimusryhmässä. Osana työtään hän tutkii, miten tekstiilit voivat mitata kehon liikkeitä tai antaa tuntopalautetta pienenpienien antureiden, sähköä johtavien lankojen ja elektronisten komponenttien avulla.
”Mitä paremmin anturit ja muut osat saadaan integroitua kankaaseen, sitä vähemmän teknologia näkyy ja tuntuu. Kun tekstiili mukautuu kehon liikkeisiin, se lisää käyttömukavuutta ja parantaa mittaustulosta.”
Poudan muotoilijataustasta on hyötyä myös käyttäjälähtöisen prosessin suunnittelussa.Potilaat ja terveydenhuollon ammattilaiset ovat mukana kehittämässä ja testaamassa kuntoutusjärjestelmää alusta saakka.
Älytekstiilien kehitystä leimaa Poudan mukaan monesti hyvin tekninen näkökulma. On valtava etu, että Wearable System Labissa tekniikan ja muotoilun ammattilaiset istuvat saman katon alla.
”Yhteistyö on ollut silmiä avaavaa. Kaikki ryhmässä ovat oppineet näkemään mahdollisuuksia myös oman erityisalansa ulkopuolelta.”
Puettavan teknologian mahdollisuuksista on raapaistu vasta pintaa. Yu Xiaon mukaan ryhmä etsii jatkuvasti yhteistyömahdollisuuksia yritysten ja julkisten toimijoiden kanssa.
”Haluamme, että tutkimuksemme lähtee aina aidoista ongelmista. Kuromme umpeen kuilua laboratoriokehittelyn ja tosielämän välillä.”
Teksti: Annamari Tolonen
Artikkeli on alun perin julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 27, lokakuussa 2020.
- Julkaistu:
- Päivitetty:
Lue lisää uutisia
Tutkijoiden tavoitteena on korjata kvanttivirheet huoneenlämmön sijaan superkylmässä lämpötilassa
Kvanttitietokoneiden kehityksessä yksi suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. Professori Mikko Möttösellä on kvanttikorjaukseen uudenlainen ratkaisuehdotus, ja sen kehittämiseksi hän on saanut kolmevuotisen apurahan Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.
Elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella aloitti kaksi uutta apulaisprofessoria
Sähkötekniikan korkeakoulun Elektroniikan ja nanotekniikan laitos sai syksyllä kaksi uutta apulaisprofessoria. Lue Kim Kwantaen ja Paul Verrinderin ajatuksia aloittaessaan Aalto-yliopistolla.
Uusi keksintö kallion jännitystilan seurantaan – Voi mullistaa kaivosten turvallisuuden ja louhintatehokkuuden
Menetelmän avulla on mahdollista seurata kallion jännitystilaa reaaliaikaisesti. Sen avulla voidaan ehkäistä ja ennakoida sortumia sekä tehostaa louhintaa.