จากเทคนิค'Motion Capture' ในหนัง สู่การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์

ปัจจุบันเทคโนโลยีตรวจจับการเคลื่อนไหว หรือ Motion Capture ไม่ได้เพียงนำมาใช้สร้างความมหัศจรรย์ ให้แก่ตัวละครเสมือนในภาพยนตร์แฟนตาซี แอนิเมชัน หรือซูเปอร์ฮีโรต่าง ๆ เช่น Avatar หรือ The Lord of the Rings เท่านั้น ล่าสุดนักวิจัยไทย นำแนวคิดเทคโนโลยีมาพัฒนาต่อยอดสู่ “ระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ (Marker)” สร้างภาพจำลองการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบสามมิติ  โดยไม่ต้องไม่ต้องสวมใส่อุปกรณ์เพื่อการตรวจจับ หรือมาร์กเกอร์ตามร่างกาย ช่วยลดความยุ่งยาก ลดเวลาการใช้งานและประมวลผล ขณะนี้อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตร และเตรียมนำไปประยุกต์ใช้งานทางการแพทย์ในอนาคต

ดร.ประยุกต์ เจตสิกทัต นักวิจัยหลังปริญญาเอก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง (Nanyang Technological University: NTU) สาธารณรัฐสิงคโปร์ อดีตนักเรียนทุน มูลนิธิเทคโนโลยีสารสนเทศตามพระราชดำริสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี กล่าวว่า ด้วยพระมหากรุณาธิคุณของสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี ที่ได้พระราชทานทุนการศึกษาในระดับปริญญาเอก สาขาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง เมื่อปี พ.ศ. 2557 ทำให้มีโอกาสได้ศึกษาและเริ่มทำงานวิจัยในศูนย์วิจัยวิทยาการหุ่นยนต์ (Robotics Research Center) ภายใต้การดูแลของรองศาสตราจารย์อั๋ง เหวย์เทค (Ang Wei Tech) โดยเน้นศึกษาวิจัยด้านการจับการคลื่อนไหวของมนุษย์ด้วยอุปกรณ์วัดรูปแบบต่าง ๆ รวมถึงการออกแบบกระบวนการคำนวณด้วยการเรียนรู้ของคอมพิวเตอร์ (Machine Learning) ซึ่งหลังศึกษาจบระดับปริญญาเอก ยังทำงานวิจัยต่อเนื่องที่ Rehabilitation Research Institute of Singapore (RRIS) โดยนำองค์ความรู้และความเชี่ยวชาญมาพัฒนาเทคโนโลยีระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ สำหรับใช้ประโยชน์ด้านการแพทย์

ดร.ประยุกต์ อธิบายถึง ผลงานวิจัย Motion Capture ว่า คือ เทคโนโลยีการตรวจจับการเคลื่อนไหว ที่ผ่านมาอาจเห็นการใช้งานบ่อยครั้งในเบื้องหลังการถ่ายทำภาพยนตร์ โดยนักแสดงจะต้องสวมใส่ชุดเข้ารูป (Body Suit) และสวมใส่อุปกรณ์เพื่อการตรวจจับ หรือมาร์กเกอร์ตามจุดต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวและนำไปใช้สร้างภาพสามมิติ ข้อจำกัดของเทคนิคนี้ คือ การติดจุดมาร์กเกอร์ทั่วร่างกายต้องใช้เวลาอย่างน้อย 30 นาที หรือ 1 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความยากของตำแหน่งข้อต่อและกระดูกของแต่ละบุคคล ขณะที่การประมวลผลใช้เวลานาน เนื่องจากภาพวิดีโอที่ได้ต้องนำเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์เพื่อระบุตำแหน่งจุดมาร์กเกอร์แต่ละจุดว่าเป็นส่วนใดของร่างกาย เช่น ศีรษะ ไหล่ ข้อศอก แขน ขา จากนั้นจึงจะใช้ประมวลผลสร้างภาพสามมิติ ดังนั้นภาพวิดีโอเพียง 1 นาที อาจต้องใช้เวลาประมวลผลเป็นภาพสามมิตินานถึง 1 ชั่วโมง จึงเป็นเรื่องยากมากในการนำมาใช้ในทางการแพทย์

จากข้อจำกัดของเทคโนโลยีดังกล่าว เป็นที่มาทำให้ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ จุดเด่นคือผู้ใช้งานไม่ต้องติดมาร์กเกอร์ เพื่อระบุตำแหน่งตามร่างกาย แต่อาศัยการออกแบบกระบวนการคำนวณเพื่อฝึกฝนให้คอมพิวเตอร์เรียนรู้ วิเคราะห์ภาพ และระบุตำแหน่งได้ว่าแต่ละจุด เป็นอวัยวะส่วนใดของร่างกาย จากนั้นระบบจะนำภาพไปใช้ประมวลผลบันทึกเป็นข้อมูล 3 มิติ ซึ่งช่วยลดเวลาและความยุ่งยากในการใช้งาน

โดยขณะนี้ทีมวิจัยสามารถสร้างต้นแบบระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ได้สำเร็จ ส่วนกระบวนการทำงานของระบบเริ่มจากการติดตั้งกล้องวิดีโอ ประมาณ 4-8 ตัว ในมุมต่าง ๆ เพื่อให้สามารถถ่ายภาพการเคลื่อนไหวของมนุษย์ให้ครอบคลุมทุกมุมมอง เมื่อกล้องวิดีโอแต่ละตัวบันทึกภาพการเคลื่อนไหวจะส่งข้อมูลไปที่คอมพิวเตอร์หลัก จากนั้นระบบจะรวบรวมข้อมูลทั้งหมดส่งไปยังส่วนของ Machine Learning Inference เพื่อวิเคราะห์และระบุตำแหน่ง 2 มิติ ของมาร์กเกอร์แบบเสมือน และเมื่อได้ภาพ 2 มิติ ที่ระบุตำแหน่งถูกต้องจากหลาย ๆ มุมมอง ระบบจะนำไปสร้างเป็นตำแหน่ง 3 มิติ เพื่อบันทึกการเคลื่อนไหว  

ดร.ประยุกต์กล่าวอีกว่า สำหรับการประยุกต์ใช้งาน ขณะนี้มีทีมวิจัยในศูนย์ RRIS มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง ได้นำระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ไปใช้ ในการเก็บและวิเคราะห์ข้อมูลเชิงการแพทย์ โดยมีแผนนำไปใช้งานเบื้องต้นใน 3 ด้าน คือ ด้านออร์โธพีดิกส์ เช่น การตรวจวิเคราะห์ผู้ที่มีภาวะความเสี่ยงโรคข้อเข่าเสื่อม เพื่อให้ได้รับการรักษาอย่างทันท่วงที  ด้านการตรวจประเมินสุขภาพ เช่น การตรวจจับความผิดปกติจากท่าทางการเดินในผู้สูงวัยเพื่อป้องกันและเฝ้าระวังโรคที่มาจากความเสื่อมของร่างกาย และด้านการการฟื้นฟูสมรรถภาพ ใช้สำหรับการวางแผนการออกกำลังกาย หรือการทำกายภาพแก่ผู้ป่วย รวมทั้ง ใช้ติดตามประเมินผลการรักษาที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำ ทดแทนการใช้อุปกรณ์โกนิโอมิเตอร์ หรือไม้บรรทัดวัดองศาการเคลื่อนไหวของข้อต่อต่าง ๆ ในรูปแบบเดิม อย่างไรก็ดี  ปัจจุบันเทคโนโลยีอยู่ระหว่างดำเนินการจดสิทธิบัตร และอยู่ในช่วงของการระดมทุนจัดตั้งบริษัท (Spin Off) เพื่อผลักดันเทคโนโลยีสู่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ได้จริงในเชิงพาณิชย์

ระบบจับการเคลื่อนไหวมนุษย์แบบไร้มาร์กเกอร์ นับเป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตาอย่างมาก สำหรับ การนำมาใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์และสาธารณสุข ทั้งในการด้านการเฝ้าระวัง ตรวจวินิจฉัย และการวางแผนการรักษาซึ่งเทคโนโลยีนี้ จะจัดแสดงในการประชุมวิชาการนานาชาติ เรื่องวิศวกรรมฟื้นฟูสมรรถภาพและเทคโนโลยีสิ่งอำนวยความสะดวก ครั้งที่ 16 (The 16th International Convention on Rehabilitation Engineering and Assistive Technology : i-CREATe 2023) จัดขึ้น ณ ศูนย์ประชุมอุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) จังหวัดปทุมธานี ระหว่างวันที่ 8-11 สิงหาคม 2566 ทั้งนี้ ผู้สนใจในการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับคนพิการและผู้สูงอายุ ผู้ที่สนใจสามารถดูรายละเอียดงาน i-CREATe 2023 ได้ที่ https://www.icreateasia.com/