Safety first – Wii Fit posturographic tester for sleepiness

Tiivistelmä

Univajeesta johtuva väsymys heikentää tasapainoa ja lisää onnettomuusalttiutta työpaikoilla ja liikenteessä. Väsymykseen liittyvä tasapainon heikkeneminen voidaan kvantifioida posturografisilla tasapainomittauksilla ja huojuntasuureilla, joita voi laskea modernilla signaalinkäsittelyllä. Eri ihmisillä on erilainen tasapainonsäätely ja he reagoivat eri tavalla väsymykseen. Tästä syystä testeri toimii tällä hetkellä 80% ihmisistä. Haluamme laajentaa testerin kohderyhmää vuonna 2012-2013 keskittymällä ymmärtämään miten väsymys muuttaa tasapainon säätelyä. Epälineaariset huojuntasuureet on tulkittavissa tasapainon säätelyn kannalta ja ne erottavat väsyneet ja virkeät henkilöt. Koska nämä suureet auttavat ymmärtämään ihmisten erilaisia tapoja säädellä tasapainoa, saattavat ne laajentaa testerin kohderyhmää.

Toinen tavoitteemme ajalle 2012-2013 on tuoda testeri lähemmäksi käyttöönottoa keskittymällä kenttätestaukseen. Tarkoituksemme on tehdä ensimmäinen työpaikkamittaus, jossa työntekijät voivat itse mitata oman tasapainotilansa halutessaan. Väsymystesteristä hyötyvät kaikki, jotka haluavat suorittaa työtehtävänsä tehokkaasti ja turvallisesti; vuoro- ja yötyöläiset, kuljettajat, pitkiä työvuoroja suorittavat työntekijät (mm. terveydenhuoltotyöläiset) sekä vaativissa ja erikoisoloissa työskentelevät henkilöt (maanpuolustus, sota/harjoitustilassa, sukeltajat, palomiehet). Sitä voidaan käyttää myös viranomaisen lainsäädännöllisenä apuna henkilön virkeystilan toteamiseen.

Hankkeen vastuuhenkilö

Edward Haeggström

Tiedote

Posturografia soveltuu väsymystesteriksi

Väsymys aiheuttaa onnettomuuksia teillä ja työpaikoilla. Vaikka
väsymyksen vaarallisuutta voi verrata alkoholin vaikutukseen, sille
ei ole vastaavanlaista helppoa ja nopeaa testeriä kuten alkometri
on veren alkoholipitoisuudelle.

Koska ihmisen tasapaino heikkenee väsymyksen funktiona,
posturografiaa eli huojuntamittausta voi hyödyntää
väsymystesterinä. Eri ihmisillä on erilainen tasapainonsäätely, ja
he reagoivat eri tavalla väsymykseen.

Helsingin yliopiston fysiikan laitos tutki vuosina 2012–2013
Työsuojelurahaston tuella väsymyksen vaikutusta tasapainon
säätelyyn. Tulokseksi saatiin, että väsyneet ja virkeät henkilöt
voi erottaa toisistaan epälineaaristen huojuntasuureiden avulla.
Koska nämä suureet auttavat ymmärtämään ihmisten erilaisia tapoja
säädellä tasapainoa, ne saattavat laajentaa väsymystesterin
kohderyhmää.

Väsymystesteristä hyötyvät monet ammattiryhmät. Näitä ovat muun
muassa vuoro- ja yötyöläiset, kuljettajat sekä pitkiä työvuoroja,
esimerkiksi terveydenhuollossa, tekevät työntekijät. Testeri on
käyttökelpoinen myös vaativissa ja erikoisoloissa työskenteleville
henkilöille, esimerkiksi sukeltajille ja palomiehille Lisäksi
testeri soveltuu viranomaisen lainsäädännölliseksi avuksi henkilön
virkeystilan toteamisessa.

Posturografia mittaa henkilön horisontaalista liikettä

Posturografiassa henkilö seisoo voimalevyn päällä minuutin ajan
liikkumatta, ja tänä aikana mitataan hänen painekeskipisteensä
horisontaalinen liike. Tästä tasapainokäyrästä lasketaan

huojuntasuureita, joilla arvioidaan henkilön väsymystä tai
lääkeaineiden vaikutusta.

Tässä tutkimuksessa käytettiin Nintendo Wii Fit -tasapainolevyä,
joka on edullinen, kannettava ja helppokäyttöinen mittalaite.

Tutkijat mittasivat 60 henkilön tasapainon siten että
tutkittavilla oli kolmesti silmät auki ja kolmesti silmät kiinni.
Tutkittavat seisoivat sekä yhdellä jalalla että kahdella jalalla.
Lisäksi henkilöille tehtiin muita perustasapainotestejä.

Mittausten tarkoitus oli vastata kysymykseen, mitä muutos
huojuntasuureessa tarkoittaa. Miksi esimerkiksi osalla henkilöistä
silmien kiinni laittaminen johtaa huojuntanopeuden kasvamiseen ja
osalla sen pienenemiseen?

Vaikka nämä mittaukset eivät ole suoranaisesti
väsymysmittauksia, niiden merkitys väsymystesterin kehittämiseen ja
käyttöönottoon on suuri, sillä niillä pyritään ymmärtämään
tasapainon ja huojuntasuureiden välistä yhteyttä. Näiden mittausten
tulosanalyysi on kesken.

Oikean huojuntasuureen valinnalla on suuri merkitys tuloksille.
Tässä tutkimushankkeessa sovellettiin epälineaarisia
huojuntasuureita tai algoritmeja, joista tasapainokäyrän
säännöllisyyttä tai ennustettavuutta kuvaava entropiamitta on
osoittautunut soveltuvaksi väsymyksen erottamiseen.

Tutkijat mallinsivat käänteisheilurimallilla aiemmin
mittaamaansa väsymysdataa ja havaitsivat, että väsymyksen vaikutus
näkyy käänteisheilurimallin parametreissa.

Työstä kirjoitettu käsikirjoitus on lähetetty lehteen, ja mallia
on tarkoitus muuttaa saadun palautteen mukaisesti. Uudella mallilla
pystyy luomaan samantyyppistä huojuntaa kuin mitä tutkijat ovat
aiemmin havainneet mittauksissaan. Tämä on tärkeää mittarin
kehitystyölle ja käyttöönotolle.

Väsymystesteri toimii kenttä- ja
itsemittauksessa

Vuonna 2013 tutkijat veivät väsymystesterin lähemmäksi
kenttämittauksia mittaamalla 90 poliisia Nintendo Wii Fit
-tasapainolevyllä ennen ja jälkeen työpäivän. Osa poliiseista
mitattiin päivävuorossa ja osa yövuorossa. Osan poliiseista oli
mitannut mittaaja ja osassa mittauksia poliisit olivat mitanneet
itse itsensä niin sanotulla itsemittausohjelmalla, joka valmistui
2013.

Tarkoituksena oli selvittää, kuinka hyvin Wii Fit -tasapainolevy
soveltuu väsymyksen kenttämittauksiin ja onnistuvatko
itsemittaukset kyseisellä testerillä. Itsemittaukset ovat tärkeitä
koska itsemittaus on ainoa tapa saada aikaan suuria
kenttämittauksia.

Poliisimittausten tulosanalyysi on kesken, mutta alustavien
tulosten mukaan tasapainokäyristä näkee eron väsymystilassa ennen
ja jälkeen työpäivän.

Toimittaja
Liisa Strann

Aineisto

Tietäväinen Aino, Hæggström Edward, Mandel Jeff E. 2013. Evaluation of postural steadiness before and after sedation: comparison of four nonlinear and three conventional measures Physiological Measurement 35 (2) 139 doi:10.1088/0967-3334/35/2/139

Tietäväinen Aino, Gates Fred K., Meriläinen Antti, Mandel Jeff E., Hæggström Edward. 2013 Nintendo® Wii Fit based sleepiness tester detects impairment of postural steadiness due to 24 h of wakefulness Medical Engineering & Physics 35 1850-1853. doi: 10.1016/j.medengphy.2013.08.007.