在一项全国性的研究中，智能手机上的坐立测试视频可以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——影响着全球超过15亿人。像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。

斯坦福大学博士后梅丽莎·博斯韦尔博士解释说:“我们迫切需要廉价、可扩展的工具来客观地测量和监测身体机能的变化，尤其是在全球人口老龄化的情况下。”“找到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和他的同事开发了一个在线工具它可以分析用智能手机拍摄的自制视频。该工具在一项全国性的研究中得到了应用，它足够敏感，可以预测身体健康(使用标准化调查工具进行评估)和膝关节或髋关节骨关节炎。这项研究的结果最近发表在npj数字医学。

该工具基于“坐-站”测试，这是一个相当不言自明的评估:从坐姿开始，双臂交叉，参与者站起来，再坐下来，总共五次。Boswell解释说，较慢的时间可能表明下半身力量下降，或影响肌肉骨骼系统的状况，或仅仅是衰老。他指出，这项测试本身并不是对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。通过评估身体不同部位在运动过程中的角度和加速度，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:使用智能手机，有人拍摄参与者进行坐立测试的视频，然后将视频上传到应用程序中。该工具结合了用于估计参与者姿势的开源算法和计算参与者完成测试所需时间的定制算法，以及运动过程中的关节角度等运动学因素。参与者还要接受调查，输入人口统计信息，并完成一份调查问卷，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。

由于这项研究对许多人开放，参与人数明显高于传统的生物力学试验。博斯韦尔解释说:“对人体运动的研究通常仅限于配备昂贵技术设备的生物力学实验室。”

在他们的全国性研究中，Boswell和同事收集了来自美国35个州的405名参与者的数据，每个人在一个多月的时间内提交了视频。“与传统的生物力学研究相比，我们的研究对象中位数超过35倍，”她指出。参与者的年龄从18岁到96岁不等，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，站立时躯干最大角度越大，即身体越前倾，即使在控制了年龄、性别或身体质量指数(BMI)等多种因素的情况下，也能预测骨关节炎。与之前的生物力学研究一样，该工具发现，完成坐姿到站立测试的时间越长，身体健康得分越低，身体质量指数越高，年龄越大。这些结果表明，基于智能手机的家庭评估在未来的生物力学研究中可能是可行的。

因为他们的试验有不同的参与者群体，研究人员能够评估人口因素如何与生物力学差异相关联。当他们比较两个最大的民族在他们的研究中，他们发现，即使考虑了其他变量，243名白人参与者在坐立测试中与103名亚洲参与者相比，躯干角度也存在显著差异。

“这一发现表明，我们不能假设种族和民族群体之间存在相似性，并强调了在生物力学研究中更多样化样本的重要性，”Boswell说。“这些功能差异可能是由于流动性或力量等潜在因素，甚至是健康不平等，而这些因素在这项研究中没有被捕捉到。”

研究人员还发现了一种生物力学特征(具体来说，站立时身体前倾更快)与较高的心理健康得分显著相关。Boswell说:“看到心理健康和我们的运动方式之间的潜在关系是令人兴奋的。”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产生的，需要后续研究。

国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)发现科学与技术部门的项目主任Moria Bittmann博士说:“这项研究强调，自我收集的数据可以用来评估身体功能和肌肉骨骼健康，允许患者在舒适的家中参与生物力学研究。”“像这样的研究提供了额外的证据，证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，并使个人能够在自己的健康中发挥积极作用。”

斯坦福大学教授、资深研究作者斯科特·德尔普博士说:“不断开发新的和改进的机器学习工具来估计人类的运动(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的影响。”

但仅仅构建新的人工智能工具是不够的。为了真正产生影响，我们需要将这些新工具转化为世界，使它们可供普通人和弱势群体使用，并严格评估它们为重要临床措施提供见解的能力。”