Virtuaalivalmentajasta tulevaisuuden työkalu työhyvinvoinnin seurantaan

Jyväskylän yliopisto, Oulun yliopisto, Kajaanin ammattikorkeakoulu (KAMK), Teknologian tutkimuskeskus VTT ja CSC - Tieteen tietotekniikan keskus, toteuttivat Kainuussa vuosina 2016–2018 Virtuaalivalmentaja terveydenhuollon ja hyvinvoinnin ammattilaisille -hankkeen. Hankkeessa haluttiin kehittää prototyyppi Virtuaalivalmentajasovelluksesta, joka kerää tietoa henkilön terveydestä, hyvinvoinnista, liikunnallisesta aktiivisuudesta ja fyysisestä toimintakyvystä. Sovellus käsittelee tiedon ja antaa palautetta sekä liikunta- ja ravitsemussuosituksia virtuaalisesti ilman ammattilaisen läsnäoloa. Seuranta on jatkuvaa ja ottaa huomioon kyseisen henkilön aikaisemmat mittaukset ja tulosten kehityksen.

Virtuaalivalmentaja-sovelluksen on mahdollista toimia tulevaisuudessa osana terveys- tai työterveys- sekä työhyvinvointipalveluita. Hankkeessa haluttiin viestiä eteenpäin terveystarkastusten uudistamisen tarpeesta ottaa huomioon henkilön fyysinen toimintakyky tärkeiden fysiologisten mittausten lisäksi.

Hanke jakautui kolmeen osioon;

1. Työvaihe: Virtuaalivalmentaja-konseptin ja prototyypin kehittäminen. Toteuttajat: KAMK,  Jyväskylän yliopiston Vuokatin liikuntateknologian yksikkö, VTT MIKES ja CSC.
2. Työvaihe: Pilottitutkimus, jossa dynaaminen tasapaino otettiin yhdeksi fyysistä toimintakykyä monitoroivaksi mittariksi ja tehtiin vertailua muihin fyysisiin tai fysiologisiin muuttujiin. Työ sisälsi myös dynaamisen tasapainon testin kehittämistä. Toteuttajat: Jyväskylän yliopisto ja VTT-MIKES Metrologia.
3. Työvaihe: Biosensorimittausten taskukokoinen mobiililukulaite syljen merkkiaineiden mittaamiseen. Merkkiaineet voivat kertoa esimerkiksi henkilön stressi- tai ravitsemustilasta. Toteuttaja: Oulun yliopiston Kajaanin mittaustekniikan yksikkö (MITY

Puuttuva palanen mukaan henkilön kokonaisvaltaiseen seurantaan?

Toimintaideana Virtuaalivalmentaja-sovelluksessa on monitoroida kokonaisvaltaisesti hyvinvointia mutta myös fyysisen toimintakyvyn eri osatekijöitä, kuten tasapainoa ja kehonkoostumusta.  Virtuaalivalmentaja-prototyypin toteutuksessa haluttiin keskittyä tämän ”puuttuvan palasen” kehittämiseen hyödyntämällä dynaamisen tasapainon testimenetelmää yleisen fyysisen toimintakyvyn mittarina. Testiprotokollan kehittämistä tehtiin yhteistyössä JYU:n ja VTT-MIKESin kesken. Tämän lisäksi sovelluksen avulla voitaisiin antaa ohjeistuksia fyysiseen aktiivisuuteen ja muodostaa ennusteita tulevaisuuteen fyysisen aktiivisuuden määrän ja muodon vaikutuksista toimintakykyyn tai kehonkoostumukseen.

- Työterveyshuollosta tai terveydenhuollosta yleensä puuttuu tällä hetkellä selkeä mittari, joka kuvaisi yleistä fyysistä toimintakykyä. Tähän on pyritty vastaamaan kehittämällä dynaamisen tasapainon testimenetelmää, joka perustuu äkillisesti tuleviin tasapainohäiriöihin ja niihin reagointiin eri hermolihasjärjestelmän tasoilla, toteaa projektipäällikkö Anni Hakkarainen.

Tyhjästä kehitystyöhön ei ole lähdetty, vaan idean taustalla on liikuntateknologian yksiköstä valmistunut, yliopistotutkija Jarmo Piiraisen väitöstyö vuodelta 2014, joka käsitteli nuorten ja ikääntyneiden tasapainokontrollia. Väitösprojektin aikana kehitettiin dynaamisen tasapainon mittausjärjestelmä, jota hyödynnettiin hankkeessa kehitysalustana. Usein keskusteluissa on esillä vanhusten kaatumisonnettomuudet, mutta myös työikäisillä yksi suurimmista loukkaantumisiin johtavista onnettomuuksista ovat erilaiset kaatumis- ja putoamistapaturmat. Dynaamisen tasapainon mittauksessa henkilö seisoo herkän voima-anturilevyn päällä. Moottori liikuttaa levyä eri nopeuksilla ja kiihtyvyyksillä, joihin henkilö joutuu reagoimaan korjaamalla tasapainohäiriön. Voimalevyltä saatavan painekeskipisteen muutosten perusteella voidaan analysoida, kuinka nopeasti ja tehokkaasti tutkittava pystyy korjauksen tekemään. Tämänkin vuoksi dynaamisen tasapainon mittausmenetelmä katsotaan tarpeelliseksi työkaluksi ennaltaehkäisemään tapaturmia ja parantamaan toimintakykyä varsinkin aloilla, joissa vaaditaan hyvää fyysistä toimintakykyä.

Voimaominaisuudet eivät yksistään selitä tasapainokykyä

Hankkeessa toteutettuun pilottitutkimukseen osallistui yhteensä 72–40–60-vuotiasta miestä ja naista. Kertaluontoiset mittaukset sisälsivät dynaamisen tasapainon lisäksi myös voiman ja voimantuottonopeuden mittauksia, Inbody-kehonkoostumusanalyysin, Energiatestin sekä työkykyindeksi-kyselyn. Dynaamisella tasapainokyvyllä löydettiin vain heikko yhteys voimaominaisuuksiin, mikä tutkijoiden mukaan on täysin looginen löydös.

- Hyvään tasapainokykyyn tarvitaan hyvän ja tehokkaan voimantuoton lisäksi hyvä kehon asennon aistiminen lihasjänne-kompleksien reseptorien, näön ja tasapainoaistin kautta sekä hyvä prosessointi ja reagointikyky keskushermostotasolla. Näin ollen on varsin loogista, ettei voimaominaisuudet yksistään selittäneet tasapainokykyä, toteaa hankkeen vastuullinen tutkija Jarmo Piirainen.

Piirainen lisää myös, ettei tutkimuksen resurssien ja mittausaikataulujen puitteissa ollut mahdollisuutta suorittaa neuraalisten muuttujien mittauksia, jotka olisivat antaneet lisätietoa motorisesta kontrollista tasapainohäiriön aikana. Osana tutkimusta kehitettiin uusi analysointimalli dynaamiselle tasapainolle. Malli ottaa laskennassa huomioon tutkittavan tasapainokontrollin ennen varsinaista tasapainohäiriötä sekä sen aikana.

KAMK suunnitteli hankkeessa ensimmäisen prototyypin Virtuaalivalmentajasta (kuva 2), joka mahdollistaa kehonkoostumuksen ja toimintakyvyn seurannan sekä tulevaisuuden toimintakyvyn arvioinnin mm. liikunta-aktiivisuuden ja laadun perusteella. Työ Virtuaalivalmentajan ja tasapainotestistön kanssa on vielä kuitenkin kesken. Virtuaalivalmentajan jatkokehitysversiossa laskentaa täytyy monipuolistaa, jota varten tarvitaan mahdollisesti koneälysovelluksia. Analysointimallia sekä dynaamista tasapainotestiä ollaan jo jatkokehittämässä JYU:n ja CSC:n yhteistyönä. Tavoitteena on saada myös helposti toteutettava ja automaattinen liikeanalyysi osaksi testiä. Lisäksi hankkeen jälkeen on jo käynnistetty jatkotutkimuksia, joissa pyritään kartoittamaan voimaominaisuuksien lisäksi mm. refleksivasteiden ja motorisen aivokuoren aktiivisuuden osuutta dynaamisen tasapainokontrolliin.

Hyvinvoinnin seurantaa kotona tehtävillä mittauksilla

Itsemittaaminen ja omatoiminen hyvinvoinnin seuraaminen ovat vahvoja terveydenhuollon kehityssuuntia. Oulun yliopiston Kajaanissa toimiva MITY on kehittänyt biosensorimittauksia muutamille syljen merkkiaineille, jotka kertovat henkilön ravitsemustilasta ja stressistä. Jotta mittauksia voitaisiin tehdä omatoimisesti tai ammattilaisten toimesta seurattavien henkilöiden kotona, on mittauksissa tarvittavat laitteet oltava helposti siirrettäviä ja niissä täytyy olla mukana tulostiedon siirtäminen tietokantoihin. Virtuaalivalmentaja-järjestelmässä mittaukset ovat yksi tapa kerätä tietoa seurattavasta tai ”valmennettavasta” henkilöstä. Kun mittaukset tehdään syljestä, ei tarvita verinäytteenottoa eikä terveydenhuollon ammattilaisia näytteenottoon.

MITY on jo aikaisemmin kehittänyt biosensorimittauksen lukulaitteen syljen insuliinin mittaukseen. Aiempi lukulaite oli helposti kuljetettava, mutta ei vielä taskukokoinen. Virtuaalivalmentaja-hankkeessa lukulaitteesta kehitettiin seuraava pienempi versio, jonka saa kätevästi ja huomaamattomasti kuljetettua yhdessä mittausliuskojen kanssa. Lukulaite siirtää mittaustiedon älylaitteeseen, kuten puhelimeen tai tablettiin, jossa tehdään automaattisesti tarvittavat laskutoimitukset mittaussignaalin muuttamiseksi ymmärrettäväksi tulokseksi. Tieto tallennetaan jälleen automaattisesti pilveen ja tulosta voidaan älylaitteen avulla verrata aikaisempiin mittaustuloksiin. Valmiissa virtuaalivalmentaja-järjestelmässä tieto on saatavilla suoraan myös valmennusohjelman käyttöön.

Hankkeen aikana lukulaitteen ohjelmisto uusittiin ja kehitettiin monipuolisemmaksi. Nykyiseen lukulaitteeseen saadaan liitettyä insuliinimittauksen lisäksi muitakin mittauksia, jotka voivat olla myös toimintatavaltaan erilaisia. Hankkeen aikana kokeiltiin esimerkiksi laktaatin mittaamista. Jatkokehitystyössä tavoitteena on viimeistellä mittausliuskan sisältävä kasetti helppokäyttöiseksi, vakioida mittausliuskojen valmistus ja kokoonpano sekä etsiä rahoitus insuliinimittauksen pilotointia varten.

Hankkeen yrityskumppaneita ja -rahoittajia olivat Vuokatti Sport Testiasema Oy, Tieto-Oskari Oy, Osuuskauppa Maakunta, Kuhmon fysikaalinen hoitola Ky (Kuhmon lääkäripalvelu), Innokas Medicals Oy, HUR Oy, Taukokangas Oy, Laturi Corporation Oy, Yrjö ja Hanna Säätiö sekä Jovicare Oy. Hankkeen päärahoittaja oli Innovaatiokeskus Business Finland. Hankkeella oli myös yhteys Kestävää kasvua ja työtä 2014-2020 - Suomen rakennerahasto-ohjelmaan, jossa tavoitteena on uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen.

CEMIS-yhteistyö alueellisena voimavarana

CEMIS (Centre for Measurement and Information Systems) on Oulun ja Jyväskylän yliopistojen, Kajaanin ammattikorkeakoulun, VTT:n ja CSC:n yhteinen mittaus- ja tietojärjestelmiin erikoistunut sopimuspohjainen tutkimus- ja koulutuskeskus. Virtuaalivalmentaja-hankkeeseen osallistui Kainuun alueella toimivan CEMISin kaikki osapuolet. Anni Hakkarainen näkee CEMISin arvokkaana konsortiona maakunnan kehittymisen kannalta.

- Jokaisella toimijalla on omat eritysosaamisalansa, jonka vuoksi monipuolisten tutkimushankkeiden kehittäminen ja toteuttaminen on helpompaa. Lisäksi jokaisella organisaatiolla on huippuosaamista yksikössään, mikä mahdollistaa laadukkaan kansainvälisen tason tutkimustyön, Hakkarainen sanoo.

CEMIS on ollut toiminnassa vuodesta 2011, josta lähtien toimijat ovat tehneet yhteistyötä aluerahoitetuissa, kansallisissa ja kansainvälisissä hankkeissa. CEMISissä toimii noin 100 mittaus- ja tietojärjestelmien asiantuntijaa tai tiedealan ammattilaista. CEMIS-toimijat ovat valmistelleet viisi uutta kehittämishanketta vuosille 2019–2020, jotka pureutuvat maakunnan kannalta oleellisiin kehitysteemoihin. Hankkeiden tavoitteena on kehittää mittausratkaisuja Kainuun bio-, kaivos- ja prosessiteollisuudelle sekä ympäristömonitorointiin (Oulun yliopisto ja VTT), kehittää pienikokoisia mittalaiteratkaisuja olemassa olevan teknologian hyödyntämiseksi (Oulun yliopisto), vahvistaa kainuulaisten yritysten kilpailukykyä kehittämällä KAMKiin osaamista ja koulutusta teollisuuden käynnissä pidon ratkaisuissa sekä tarjoamalla yrityksille tätä osaamista hankkeen aikana (KAMK). Lisäksi tavoitteena on edistää hyvinvoinnin, terveydenhoidon ja liikunnan innovaatioympäristöjen ja näissä tapahtuvan kansainvälisentason teknologiaosaamisen sekä kilpailukyvyn kasvattamista Kainuussa (Jyväskylän yliopisto, Oulun yliopisto, KAMK, VTT ja CSC) sekä kehittää ja pilotoida kainuulaisen teknologialiiketoiminnan kasvua nopeuttavaa toimintamallia alkaville teknologiayrityksille (KAMK). Hankkeiden päärahoittajia ovat Kainuun liitto (Euroopan aluekehitysrahoitus, EAKR) ja Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus (Euroopan aluekehitysrahoitus, EAKR ja Euroopan sosiaalirahasto, ESR).