Gebruik sensoren om sportblessures te voorkomen

Alle sporters, van amateurjoggers tot topvoetballers, krijgen te maken met sportblessures. Wat als medische professionals zouden kunnen voorspellen, wanneer die blessures gaan optreden en de schadelijke activiteit zouden kunnen stoppen voordat de blessure ontstaat? Annemarijn Steijlen zet in haar promotieonderzoek een stap in die richting.

Technology Health

Ongebruikelijke route

Steijlen volgde een ongebruikelijke route naar haar promotie. Ze begon haar studie aan de TU Delft | Faculteit Industrieel Ontwerpen (IO) en behaalde zowel een bachelor als een master in Integrated Product Design (IPD) voordat ze promoveerde aan de Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI). "Ik ken niemand anders die dit heeft gedaan", zegt ze.

Nadat ze haar master had afgerond, wilde ze graag technischer aan de slag. Voor haar masterscriptie ontwierp zij een elektrocardiogram (ECG)-apparaat, dat thuis kon worden gebruikt. Daarom moedigde IO Hoogleraar Kaspar Jansen, haar adviseur, haar aan om bij de faculteit EWI verder te kijken om meer met draagbare sensortechnologie te werken.

Van IO naar EWI

Annemarijn vond een opening bij de afdeling elektronische instrumentatie van EWI en werkte aan twee onderzoeksprojecten: een sensorbroek die de bewegingen van voetbal- en hockeyspelers volgt en een zweetopvangsysteem dat ontworpen is om niet-invasieve methoden voor het bestuderen van elektrolyten en andere chemicaliën te onderzoeken. Haar proefschrift "Sensor Technology for Unobtrusive Athlete Monitoring" werd ondersteund door drie adviseurs - haar masteradviseur van IO, Kaspar Jansen, alsmede professor Paddy French en universitair hoofddocent Andre Bossche van EWI.

Atletische blessures aanpakken

Steijlen werkte voor de sensorbroek samen met de Koninklijke Nederlandse Voetbalbond (KNVB) en de Koninklijke Nederlandse Hockey Bond (KNHB), waar trainers zich zorgen maakten over de hamstring- en liesblessures die hun sporters oplopen. "De arts van de KNVB vroeg of we iets konden ontwerpen, zodat zij spelers eruit kunnen halen, voordat ze geblesseerd raken."

Read Annemarijn's thesis

Cover of Annemarijn's thesis, with a photo of a male athlete sitting on a chair.

Volgens Steijlen bestaat de hypothese dat hamstringblessures het gevolg zijn van een opeenstapeling van explosieve bewegingen, zoals plotselinge, krachtige trappen. Teams zien meer van deze blessures aan het einde van wedstrijden. Het resultaat van haar onderzoek, een broekje dat zij Smart Sensor Tight noemt, volgt de bewegingen die sporters tijdens het spelen maken en stelt trainers in staat precies af te lezen hoe hun benen bewogen.

Hiervoor gebruikte Steijlen eerst bestaande sensoren in laboratoriumexperimenten. Daarna voerde zij systeemtesten uit. "Uiteindelijk gebruikten we bestaande sensoren in het prototype omdat de technologie al zo vergevorderd was."

Ze heeft de broek overgedragen aan bewegingswetenschappers van de KNVB Campus, die deze vervolgens konden testen op echte sporters. "Het ging best ver voor een onderzoeksproject", geeft Steijlen aan. Uiteindelijk maakte ze vier varianten van de broek, waarbij ze elke versie aanpaste op basis van de verkregen feedback.

Schematical representatino of the design, with layers of materials.

Ik hoop dat mensen dit platform gebruiken om nieuwe dingen over zweet te ontdekken.
Annemarijn Steijlen

Ontdek de kracht van zweet

Haar zweetproject daarentegen nam een heel andere weg. Zij beschrijft het als "een project dat meer door nieuwsgierigheid werd gedreven" dan de broek, die een duidelijker mandaat had. Informatie over de fysiologische status van een sporter wordt gewoonlijk verkregen uit bloedmonsters, maar het afnemen van bloed kan een onaangename en dure onderneming zijn. Zweet is echter veel gemakkelijker te verkrijgen. Het voorbehoud is dat onderzoekers nog niet veel weten over het soort informatie dat uit de vloeistof kan worden gehaald.

Volgens Steijlen zeggen sommige wetenschappers dat je via zweet stress kunt meten, maar het onderzoek daarnaar is erg vaag. Zij richtte zich op het ontwerpen van een product dat zweet betrouwbaar kan opvangen en continu kan analyseren.

Daarvoor ontwierp zij zelf sensoren, die op drie plaatsen op de rug van een sporter worden bevestigd tijdens het sporten. De verzamelde informatie kan worden afgelezen op een laptop die op het apparaat is aangesloten. "Ik hoop dat mensen dit platform gebruiken om nieuwe dingen over zweet te weten te komen", zegt Steijlen.

Athlete on a home trainer with sensors on her body

Combinatie van industrieel ontwerp en elektrotechniek

“Aan twee faculteiten gelieerd zijn, was een echte uitdaging," geeft ze toe. Maar haar expertise in design en haar kennis van elektronica was nodig voor beide projecten. De sensoren moesten de gegevens verzamelen en correct interpreteren, maar deze producten moesten ook comfortabel en onopvallend genoeg zijn om te dragen tijdens krachtige activiteiten, zoals een voetbalwedstrijd.

Volgens Steijlen benaderen industrieel ontwerpers en elektrotechnici onderzoek vanuit heel verschillende perspectieven. Bij EWI sprongen onderzoekers snel in om de benodigde technologie te ontwikkelen, terwijl bij IO eerst werd onderzocht wat de gebruiker eigenlijk nodig heeft. Uiteindelijk, zegt ze, "was het waardevol dat ik een ander perspectief kon inbrengen."

Postdoctoraal: Onderzoek drugscontrolesysteem voor douaneagenten

Gezien haar sprong tussen de faculteiten is het niet verwonderlijk dat Steijlen na de succesvolle verdediging van haar proefschrift opnieuw een interessante stap heeft gezet. Ze is begonnen aan een postdoctorale positie aan de Universiteit Antwerpen om onderzoek te doen naar een drugscontrolesysteem voor douaneagenten. Hun doel is iets te ontwikkelen dat ter plekke kan bepalen of een witte macht bijvoorbeeld amfetamine of cocaïne is. "Het is iets heel anders," geeft Steijlen aan.

De hierboven gebruikte afbeeldingen zijn opgenomen in de volgende publicaties: Analytical Chemistry (Anal. Chem. 2022, 94, 18, 6893–6901) en Wearable Technologies (Wearable Technologies, Volume 2, 2021, e17).