坐站测试的智能手机视频在一项全国性研究中预测骨关节炎和健康结果

肌肉骨骼疾病——包括关节、骨骼或肌肉的损伤——影响着全世界超过15亿人。与大多数健康问题一样，及早发现这些问题可能会预防严重的疾病，但很少有定量和客观的测试来评估肌肉骨骼健康。

“迫切需要廉价、可扩展的工具来客观地测量和监测身体功能的变化，尤其是随着全球人口老龄化，”斯坦福大学博士后研究员MelissaBoswell博士解释说。“寻找远程评估肌肉骨骼健康的方法可以帮助诊断、指导治疗决策，并有可能改善无数人的生活质量。”

为了解决这个问题，Boswell和他的同事们开发了一种在线工具，可以分析用智能手机拍摄的自己收集的在家视频。该工具在一项全国性研究中得到部署，其灵敏度足以预测身体健康状况(使用标准化调查工具进行评估)和膝关节或髋关节的骨关节炎。最近在npjDigitalMedicine上描述了这项研究的结果。

该工具基于从坐到站的测试，这是一种相当不言自明的评估：从双臂交叉的坐姿开始，参与者在计时的同时站起来和坐下总共五次。博斯韦尔解释说，较慢的时间可能表明下半身力量下降，或者影响肌肉骨骼系统的状况，或者仅仅是老化，并指出测试本身并不是身体功能的精确测量。这就是运动学分析(评估运动)发挥作用的地方。通过评估运动过程中身体不同部位的角度和加速度等因素，可以对肌肉骨骼健康做出更明确的预测。

他们的工具是这样工作的——有人使用智能手机拍摄参与者进行坐立测试的视频，然后将其上传到应用程序中。该工具结合了用于估计参与者姿势的开源算法和定制算法，这些算法计算参与者完成测试所需的时间以及运动学因素，例如运动期间的关节角度。参与者还进行调查以输入人口统计信息并完成问卷以评估疲劳、疼痛、情绪困扰和整体身体机能等因素。参与者还被问及他们之前是否有骨关节炎的临床诊断。

由于许多人都可以参与这项研究，参与人数明显高于传统的生物力学试验。“对人体运动的调查通常仅限于配备昂贵技术设备的生物力学实验室，”博斯韦尔解释道。

在他们的全国性研究中，Boswell及其同事整合了来自美国35个州的405名参与者的数据，其中个人在一个多月的时间内提交了视频。“与传统生物力学研究相比，我们的研究的受试者数量是中位数的35倍以上，”她指出。参与者年龄介于18至96岁之间，平均年龄为37.5岁。

与之前的实验室和临床评估类似，研究人员发现站立时更大的最大躯干角度——即更向前倾——可以预测骨关节炎，即使控制了多种因素，如年龄、性别或体重指数(体重指数)。与之前的生物力学研究一样，该工具发现完成坐站测试的时间越长，身体健康评分越低、BMI指数越高以及年龄越大。这些结果表明，基于智能手机的家庭评估对于未来的生物力学研究可能是可行的。

因为他们的试验有不同的参与者人群，研究人员能够评估人口因素如何与生物力学差异相关联。当他们比较研究中两个最大的种族群体时，他们发现243名白人参与者在坐站测试中与103名亚洲参与者相比在躯干角度上存在显着差异，即使考虑了其他变量也是如此。

“这一发现表明我们不能假设种族和族裔群体之间存在相似性，并强调了生物力学研究中更多样化样本的重要性，”博斯韦尔说。“这些功能差异可能是由于本研究未涵盖的潜在因素，如流动性或力量，甚至是健康不平等。”

研究人员还发现了一种生物力学特征(具体来说，站立时身体前倾速度更快)与更高的心理健康评分显着相关。“看到心理健康与我们的行动方式之间的潜在关系令人兴奋，”博斯韦尔说。然而，她强调，在他们的研究中观察到的生物力学差异与种族/民族或心理健康状况之间的关系主要是假设生成的，需要进行后续研究。

“这项研究强调，自我收集的数据可用于评估身体机能和肌肉骨骼健康，使患者能够在自己舒适的家中参与生物力学研究，”项目主任MoriaBittmann博士说。美国国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)发现科学与技术部。“像这样的研究提供了额外的证据，表明基于智能手机的应用程序可以帮助促进分散的临床试验，并可以使个人能够在他们的健康中发挥积极作用。”

“不断开发新的和改进的机器学习工具来估计人体运动(以及更多)，这有可能通过移动健康监测对医疗保健产生深远影响，”高级研究作者ScottDelp博士说。，斯坦福大学教授。

“但仅仅构建新的AI工具是不够的。要真正产生影响，我们需要将这些新工具转化为世界，让它们对普通人和弱势群体可用，并严格评估它们洞察重要问题的能力。临床措施。”

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