大数据文摘出品
作者：Caleb
9月下旬，在对阵亚特兰大的比赛中，阿根廷前锋迪巴拉由于左腿屈肌出现问题遗憾缺席，在队内进行了几天的康复训练。
可以说是让好些球迷小捏了把汗。
其实不只是对运动员，即使是普通民众，在受伤后进行康复训练的恢复速度与恢复效果都恨不得精确到每秒钟。
现在就有一个系统能够通过对受损与康复大腿肌肉的可视化，来帮助患者更好地了解他们的康复训练情况，也有助于根据这些统计数据更好地评估目前的锻炼和身体状况。
这个由MIT的研究人员创建的无监督的身体康复系统MuscleRehab由三部分构成：捕捉活动的运动跟踪系统，一种称为电阻抗断层扫描（EIT）的成像技术以测量肌肉情况，以及一个虚拟现实（VR）头盔和跟踪服。
对于患者而言，他们只需要穿上一身黑色的、类似于忍者道具服的装备，以及捕捉3D运动数据的VR，然后进行一些简单的基本练习，比如：立正、屈膝、抬腿、伸膝、下蹲等。
在这样的虚拟环境下，患者的运动跟踪数据会被自动叠加到虚拟化身上；在戴上EIT传感带后，所有的运动与肌肉训练信息都能被追踪到。
在不同的情况下，研究小组比较了运动的准确性，将结果交给了专业治疗师，治疗师解释了在每项运动中哪些肌肉群更应该被锻炼到。在这些无监督的练习中，通过将肌肉参与和运动数据可视化，而不仅仅是运动，锻炼的整体准确性提高了15%。
麻省理工学院CSAIL博士生、MuscleRehab系统论文的主要作者朱均逸说：“希望我们的传感场景不局限于临床环境，也能够更好地实现数据驱动的无监督康复，适用于受伤恢复中的运动员、目前正在接受物理治疗的病人，或那些身体限制性疾病。通过主动测量深层肌肉参与，我们可以观察到与病人的基线相比，数据是否异常，以提供对潜在肌肉轨迹的洞察力。”
“最终系统或许不仅可以协助恢复，还可以用于预防。”
MuscleRehab的核心内部
目前的传感技术主要集中在跟踪行为和心率上。
一般来说，肌电图（EMG）只能捕捉到皮肤下的肌肉活动，但研究人员看来，还有一种比肌电图更好的方法来感知不同层次的肌肉情况，比如血液循环、肌肉的拉伸与收缩等。
在MuscleRehab中，EIT传感板是该系统的“大脑”。它有两条装满电极的带子，缠绕在用户的大腿上部，以捕获三维体积数据。
比如这样：
在运动捕捉上，系统使用的是OptiTrack，由39个标记和一堆摄像头构成，能够每秒感知超高帧率。在显示屏上，EIT传感数据能够突出显示主动触发的肌肉，肌肉也会随着更多的参与和运动产生变化。
目前，MuscleRehab的研究重点放在了大腿上部及其主要肌肉群，但研究人员表示他们还想扩展到臀部。该团队还在与布里格姆妇女医院和达纳-法伯癌症研究所的医学物理学家、哈佛医学院放射学副教授Piotr Zygmanski合作，探索在放射治疗中使用EIT的潜在途径。
Zygmanski博士说：“我们正在探索利用电场和电流来检测辐射，以及在放疗期间或治疗后对病人解剖结构的介电特性进行成像。”
辐射除了在分子水平上造成直接损伤（DNA损伤）外，还会在组织和细胞以及其他介质（例如探测器）内诱发电流。“EIT仪器特别适合于探索EIT在放疗中的新应用。希望可以通过定制EIT系统的电子参数，以实现这些目标”。
“这项工作推进了EIT，这种传统上用于临床的传感方法，与虚拟现实巧妙而独特的结合。”加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院电子与计算机工程助理教授Yang Zhang说。
“促进康复的启用的应用有可能在全社会产生广泛的影响，帮助病人在家里安全有效地进行身体康复。这种消除临床资源和人员需求的工具，长期以来一直是医疗保健领域劳动力缺乏的需要”。
朱均逸：希望开发出能私人定制健康监测和交互传感的设备
朱均逸目前是麻省理工学院CSAIL的计算机科学博士生，师从HCIE小组的Stefanie Mueller教授，主要从事人机交互、个人制造工具和新型传感技术的交叉研究。
朱均逸最近的研究重点是快速功能原型、自由形态电子学和健康传感。
在加入麻省理工学院之前，朱均逸在华盛顿大学电子和计算机工程系完成了学士学位，研究重点在嵌入式计算系统。
朱均逸研究个人健康传感设备的领域已经有一段时间了。
在2021年的项目中，朱均逸受到使用EIT的启发，EIT测量肌肉的导电性，该项目使用非侵入性的成像技术来创建一个用于设计和制造健康和运动传感设备的工具包。
EIT作为一种新型医学功能成像技术，其原理是在人体表面电极上施加一微弱的电流，并测得其他电极上的电压值，根据电压与电流之间的关系重构出人体内部电阻抗值或者电阻抗的变化值。由于该方法未使用核素或射线，对人体无害，因此可以多次测量重复使用，且成像速度快，具有功能成像等特点，加之其成本较低，不要求特殊的工作环境，因此电阻抗断层成像是一种理想的、具有诱人应用前景的无损伤医学成像技术。但由于EIT硬件设备庞大且昂贵，往往还需要复杂的算法解读数据，目前该应用还局限在医院等专业医疗领域。
朱均逸的这个工具包是一种电阻抗断层扫描工具包 ，可在EIT设备开发的不同阶段提供支持。具体包括：用于自定义监测成像的设定以及电极分布设置的3D编辑器，支持不同测量设置，并提供可调节的交流注入电流以提高信号质量的EIT传感主板，自动校准信号并促进数据收集的微控制器库，以及图像重建库。
论文链接：
https://groups.csail.mit.edu/hcie/files/research-projects/eit-kit/2021-UIST-eit-kit-paper.pdf
通过EIT，设备不仅可以测量内部传导率，以判断肌肉是否被激活或放松，还可以感知实际的肌肉活动。团队还构建了一个原型，以感知受试者大腿的肌肉拉伤和张力，让他们能够监测受伤后的肌肉恢复情况。
朱均逸表示，希望未来，每个人都可以根据自己的身体状况和需求私人定制能够进行健康监测和交互传感的设备。
如今随着MuscleRehab的开发，这一愿景也在逐渐向现实靠拢。
相关报道：
https://www.csail.mit.edu/news/mit-system-sees-inner-structure-body-during-physical-rehab
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