Langrennsløpernes gulloppskrift hjelper også MS-pasienter

Den lille sorte dingsen som ligger i forskerens hånd kan minne om en lakriskaramell – men er helt sukkerfri. Den er i stedet fullspekket med måleinstrumenter som kan kartlegge bevegelsene til en person. Svært nøyaktig. Sensoren inneholder nemlig både gyroskop, akselerometer, og barometer og kan blant annet måle vinklene til armer og bein når de beveger seg.

Sensorteknologi har i det siste blitt brukt som førstehjelp i jakten på norske skimedaljer. Men forskerne har flere bruksmuligheter på lur: teknologien kan også hjelpe mennesker med den snikende og kroniske sykdommen multippel sklerose.

– Vi ser i tillegg for oss at dette på sikt skal bli et nyttig verktøy for hobbymosjonister, fordi teknologien kan brukes i smartklokker, sier SINTEF-forsker Trine Seeberg som leder prosjektet.

Ser «alt» gjennom bevegelsene dine

På fagspråket kalles denne typen sensor en IMU, som er en forkortelse for Inertial Movement Unit.

SINTEFs seniorforsker Trine Seeberg bruker sensorer som festes til kroppen for å kartlegge bevegelsene til langrennsløpere og MS-syke. På mikronivå. Foto: Thor Nielsen

– Sensorene samler all informasjonen og sender den til en datamaskin. Med andre ord: Dersom kroppen din blir utstyrt med IMU’er på armer og bein, brystkasse og rygg, blir hver lille bevegelse registrert, forteller forsker Trine M. Seeberg i SINTEF.

Informasjonen kan kombineres med data fra andre sensorer som for eksempel fysiologiske parametere som hjerterate og muskelaktivitet, kraftsensorer og kontekstinformasjon som temperatur og fuktighet. Skjer forsøket utendørs, kan det også kobles på GPS.

– Nylig har pressen skrevet om at toppalpinist Ragnhild Mowinckel har brukt de mest nøyaktige GPS-sensorene som finnes for å forbedre sin svingteknikk, med svært gode resultater. I dette prosjektet bruker vi også GPS teknologi, men vi trenger ikke like god nøyaktighet og vi kobler i tillegg på andre typer sensorer enn det hun har brukt, sier Seeberg.

Les også: Ski-eliten kvesser teknikken med sensorer på kroppen

Kan bli et viktig verktøy i medaljekampen

Til sammen gir dataene fra de ulike sensorene forskerne detaljert informasjon om alt fra feil i skiteknikken hos en langrennsløper, til hvordan en muskelsyk pasient beveger seg.

Målet er at begge brukergruppene skal få nytte av informasjonen slik at de kan forbedre sine fysiske prestasjoner. Enten for å optimalisere skiteknikken eller jobbe smart mot økt muskelstyrke.

Men det er ikke enkelt. For at det skal bli mulig må forskerne se bak tallene, målingene og datamengden: De må klare å kjenne igjen mønster, slik at dataene kan tolkes og bli til praktisk informasjon. Med andre ord må forskerne utvikle algoritmer; matematiske verktøy som kjenner igjen mønster og som kan omskape tallene i dette mønsteret til informasjon som kan brukes til noe nyttig.

Algoritmene er grunnstammen i dataprogrammene som skal utvikles slik at bevegelsene i det avanserte maskineriet som menneskekroppen er kan optimaliseres, forklarer SINTEF-forsker Trine Seeberg.

– Nå er vi i gang med å bruke teknologien, vi kan automatisk kjenne igjen hvilken delteknikk løperen bruker i terrenget, samt karakterisere de ulike delteknikkene. Dette er på plass for klassisk teknikk. Neste steg er å finne de riktige parameterne som kan gi skiløperne teknikkforbedringer i hver enkelt delteknikk, samt å utvikle det samme for skøyting, sier Seeberg.

Les også: Skal redde skisporten – i plussgrader

Forsker og forskningsobjekt

I dette prosjektet, som har fått navnet AutoActive, samarbeider fysiker, langrenns-entusiast og forsker Trine M. Seeberg i SINTEF blant annet med professor Øyvind Sandbakk ved NTNUs Senter for Toppidrettsforsking. Sistnevnte er også leder for forskning og utvikling i Olympiatoppen, og selv en habil langrennsløper.

Gøy på jobben: Øyvind Sandbakk og Trine Seeberg er begge over snittet opptatt av langrenn. Nå bruker de forskningskompetansen sin til å lage verktøy som blant annet gir ny innsikt i skiløpernes delteknikk i sporet. Foto: Thor Nielsen

Nå deltar han både som forsker og som forsøksperson, mens Seeberg leder prosjektet og tar en doktorgrad ved NTNU som en del av arbeidet.

Fordi resultatene skal brukes for å hjelpe alt fra eliteløpere som konkurrerer til hobbymosjonister og MS-rammede, er det nødvendig med et stort og tverrfaglig forskningsteam for å løse oppgaven:

­– Vi i SINTEF har fått med oss et stjernelag i dette prosjektet. De tekniske partnere er SINTEF Digital og Universitetet i Oslo (DSP gruppen), mens den medisinske kunnskapen blir dekket av MS klinikken på Ullevål fra OUS og MS Senteret i Hakadal. NTNU (Senter for Toppidrettsforskning) og Olympiatoppen tar seg av idrettsbiten, forteller Trine Seeberg.

Resultatet er så langt mengder med data som viser forsøkspersonenes bevegelsesmønster og ytelse.

Les også:

Avslører skiløpernes feil i ulike delteknikker

Akkurat nå har Trine festet de små sensorene til armer, bein, brystkasse og rygg på Øyvind Sandbakk. Nå er han satt i «arbeid» – han skal gå «skate» på rulleski på en tredemølle her på Toppidrettsenteret i Granåsen i Trondheim.

– I langrenns-caset er vi godt i gang og har allerede fullført de første datainnsamlingene, her bygger vi på arbeid som er gjort over flere år i emPower prosjektet, som vi har gjort med ski-produsenten Madshus, forteller forskeren.

Det som er spesielt med langrenn kontra løping eller sykling, er at innenfor langrenn veksler skiløperne kontinuerlig mellom ulike delteknikker. Forskerne har derfor jobbet mye med å få sensorene til å kjenne igjen de ulike delteknikkene.

–Det å få innsikt i hvor mye en bruker de ulike delteknikker, og hvilke tekniske løsninger som er mest effektive gir nyttig informasjon både under trening og konkurranse for topputøvere i langrenn. Denne informasjonen kan brukes til å finne utviklingsområder en kan optimalisere, utdyper Øyvind Sandbakk.

Les også: Et klimavennlig sommerskisenter er fullt mulig

– Et fantastisk verktøy

Samtidig er overlege og professor i nevrologiske sykdommer, Elisabeth Gulowsen Celius ved Oslo Universitetssykehus i gang med å se på de første resultatene fra forsøkene med MS-syke. Hun liker det hun ser.

– Dette blir et fantastisk verktøy for oss, sier legen entusiastisk. Resultater som er gjort ved MS-senteret i Hakadal viser at nytteverdien for både pasienter og behandlere er stor, selv om vi bare har brukt sensorer på pasientenes føtter så langt.

Pilottestingen har gitt oss kunnskap om hvordan teknologien kan brukes videre. Neste steg blir å utstyre pasientene med sensorer også på bryst, rygg og armer.

–Vi vet at fysisk aktivitet er svært viktig for pasientene våre. Men så langt har vi ikke hatt noen eksakt måte å måle framgangen på. Men her kommer altså denne fantastiske teknologien til hjelp, sier overlegen, og fortsetter:

– Når vi vet at toppidrettsutøvere kan bruke dette til å finpusse teknikken sin, sier det seg selv at det kan få stor betydning for mennesker som har trening som en viktig del av behandlingen. Små justeringer kan få store konsekvenser for den enkelte MS-pasient. Kan vi analysere bevegelsene og endringene i disse etter målrettet trening på en eksakt måte, kan vi også følge opp pasientene mer systematisk over tid.

Les også: Undervannsdrone for turisme, oppdrettsnæring og ulykker til havs

Nytt verktøy for behandling av MS-syke

Hun forteller at legene de siste årene heldigvis fått flere medisiner som kan holde sykdommen brukbart i sjakk. Målet er nå å bruke kunnskapen fra dette prosjektet til å utvikle en app som hjelper pasientene til mer målrettet og presis trening.

Bruk av sensorer gir også mulighet til å måle effekten av både behandling for å påvirke sykdomsutviklingen og symptomatisk behandling. Eksempelvis ønsker legene å bruke sensorene til å vurdere nytten av medikamenter som bedrer muskelstyrke og utholdenhet. Sensorene vil for eksempel måle endring i gangfunksjon og balanse mer objektivt.

– Det vil bli et veldig nyttig verktøy både for å motivere de syke til å trene riktig og målrettet, og for å følge opp sykdommen på en helt annen måte enn vi har kunnet gjøre før, sier overlege Elisabeth Gulowsen Celius, som altså leder den medisinske delen av prosjektet ved Oslo Universitetssykehus.

Det får man kalle en vakker bakside av medaljekampen.

Les også: Råd for å bevare elsykkelbatteriet i vinterkulda

Saken er først publisert på Gemini.no - forskningsmagasinet til NTNU og SINTEF