В Московском Политехе разработали систему управления экзоскелетом, которая распознает намерение пациента двигаться
Систему испытали на пациентах после инсульта, и участники, которые проходили реабилитацию с ее помощью, восстанавливали двигательные функции заметно быстрее, чем в контрольной группе. О разработке системы рассказывает информационное агентство «ТАСС».
Экзоскелеты уже давно применяют для реабилитации пациентов с нарушением двигательных функций нижних конечностей, но управляющее программное обеспечение таких устройств обычно работает по заранее заданной программе и слабо учитывает состояние конкретного пациента. Из-за этого ассистирующая помощь экзоскелета не всегда совпадает с реальным намерением человека начать движение, а эффективность реабилитации снижается. Специалисты по нейрореабилитации связывают ускорение восстановления двигательных функций с активацией соответствующих зон коры головного мозга, поэтому синхронизация работы экзоскелета именно с этой активностью считается перспективным направлением.
Кандидат технических наук, заведующая кафедрой «СМАРТ-технологии» Московского Политеха Елена Петрунина предложила систему управления, которая синхронизирует работу экзоскелета с состоянием пациента через анализ трех сигналов: электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электромиограммы мышц ног (ЭМГ) и электродермального ответа кожи. Все три сигнала фиксируются электродами на теле пациента и одновременно поступают на компьютер.
Во время процедуры пациенту показывают на экране сигнал о предстоящем движении, а затем демонстрируют это движение или дают команду его вообразить. Система анализирует реакцию мозга и мышц на этот стимул и по совокупности трех сигналов определяет момент, когда пациент намерен начать движение — авторы работы называют его маркером «намерения движения». Технически этот маркер формируется так: программа отслеживает амплитуду мышечного сигнала и сопоставляет ее по времени с изменением электродермального ответа, и если оба показателя одновременно превышают пороговые значения, момент фиксируется как начало движения. В зависимости от того, удаётся ли расшифровать сигналы ЭЭГ и ЭМГ у конкретного пациента, система переключает экзоскелет в один из четырех режимов ассистирования — от автоматического, где устройство само подстраивается под мозговую и мышечную активность, до ручного, при котором интенсивность процедуры задаёт оператор.
Работу системы проверили на 40 пациентах, перенесших ишемический инсульт. Их разделили на экспериментальную и контрольную группы по 20 человек, испытания проходили на базе медицинского центра Юго-Западного государственного университета в Курске в течение 12 недель. Пациенты контрольной группы получали стандартную реабилитационную помощь, а с пациентами экспериментальной группы дополнительно применяли новую систему управления экзоскелетом.
Эффективность реабилитации оценивали по шкале баланса Берга. Эта шкала — стандартный инструмент в неврологии, с ее помощью врач по 14 заданиям проверяет, насколько пациент способен самостоятельно сохранять равновесие: вставать со стула, стоять с закрытыми глазами, поворачиваться, наклоняться за предметом с пола. Каждое задание оценивается от 0 до 4 баллов, максимум по шкале — 56 баллов, и чем выше итоговый балл, тем ниже риск падений и тем самостоятельнее пациент в быту.
К концу курса реабилитации показатели по шкале Берга в экспериментальной группе выросли на 22 балла, в контрольной — на 12 баллов, и статистический анализ подтвердил значимость этой разницы. Дальнейшую работу над системой планируют направить на повышение точности классификации сигналов ЭЭГ и ЭМГ, а также на увеличение скорости реакции экзоскелета на сигналы пациента.
Фото: https://www.magnific.com/
