Робот для реабилитации после инсульта

За последнее десятилетие инструменты для восстановления после инсульта и реабилитации прошли долгий путь – от видеочатов с врачами до перчаток-роботов и интерактивных видеоигр. Новые технологии восстановления после инсульта помогают связать нейропластичность1 и обучение. И в этом их ключевая роль в выздоровлении после инсульта.

Эта новая технология реабилитации предоставляет пациентам возможность получить больше времени для занятий, больше интенсивности и разнообразия по сравнению с предыдущими занятиями по тренировке движения. Не говоря уже о том, что эти новые технологии также являются более интерактивными, привлекающими внимание и они действительно помогают мотивировать пациента. Они помогают также использовать способность мозга восстанавливать себя таким образом, каким раньше мы не видели.

Как и простые упражнения, которые годами выполняли во время реабилитации, последние инструменты для восстановления после инсульта используют концепцию нейропластичности. Хотя исследователи уже много лет знают о способности мозга “переобучаться”, теперь они понимают, насколько важно начать этот процесс как можно раньше. Это связано с тем, что разрушение мозговой ткани во время инсульта на самом деле является временным триггером для остальной части мозга. И смерть тканей в результате инсульта, похоже, запускает программу саморемонта в мозгу. 

После инсульта здоровая мозговая ткань возвращается в более эластичную стадию в течение одного-трех месяцев. Нейропластичность позволяет здоровой мозговой ткани создавать новые связи с пораженными мышцами и нервами в течение многих лет, но в эти первые месяцы восстановления мозг особенно открыт для формирования подобных связей. К сожалению, именно в это время организм пациента сталкивается с самыми крайними ограничениями, не позволяющими в полной мере использовать в своих интересах эластичность здоровой мозговой ткани.

И именно в это время могут помочь современные технологии. Сегодня у тех, кто пережил инсульт, больше возможностей для восстановления, чем когда-либо прежде, и многие из современных цифровых средств для реабилитации предназначены для извлечения пользы на этом раннем этапе восстановления. Другие позволяют врачам и лицам, осуществляющим уход, внимательно следить за прогрессом пациентов и предотвращать распространенные осложнения по мере восстановления движения и переобучения мозга в течение месяцев и лет после инсульта.

MIRA

MIRA – это медицинское устройство, использующее датчики слежения за движением для геймификации физической терапии и улучшения соблюдения пациентом режима лечения.

Это решение представляет собой программную платформу, которая превращает физические и когнитивные упражнения в игру, делая терапию более удобной и легкой для восприятия. Оно разработано в качестве инструмента для терапевтов, использующих внешние датчики слежения за движением для вовлечения пациентов в терапию, а также для оценки и составления отчетов о соблюдении пациентами режима лечения.

В настоящее время в системе используется сенсорная технология Microsoft Kinect для определения того, правильно ли пациенты выполняют упражнения и улучшают ли они свою работу с течением времени.

MIRA успешно применяется в ортопедической и неврологической терапии для пожилых людей. Решение MIRA содержит более 450 игр для физического и когнитивного развития, а также предоставляет возможность пациенту самому создавать упражнения в игровой форме. Контент формируется на основе клинических данных и обратной связи от терапевтов и пациентов, при этом он постоянно расширяется и совершенствуется посредством периодического обновления приложений.

Ключевым понятием MIRA является “exergame”, которая стала основой для взаимодействия между пациентом и приложением. Каждая “exergame” является результатом слияния двух ключевых компонентов: упражнения и игры.

Решение содержит инструменты для оценки диапазона движений, а также пользовательские опросники и другие средства для отслеживания активности пациентов. При этом анкеты могут быть расширены и модифицированы в зависимости от клинических потребностей.

KineQuantum

Французская фирма KineQuantum также решила использовать метод геймификации, чтобы разнообразить нудные упражнения при реабилитации после инсульта. Она разработала одноименную платформу на базе технологий виртуальной реальности, предназначенную для проведения реабилитации, ее оценки и обеспечения обратной связи. Эта система делает реабилитацию забавной и удобной для пациентов, предоставляя им в игровой манере различные режимы тренировок, а также позволяя им получить доступ к информации, показывающей, как работают эти упражнения.

Система KineQuantum использует устройство виртуальной реальности Vive и пару опциональных ручных джойстиков. Пациенту предлагается отслеживать объекты на экране с помощью движений головы, дотрагиваться до них руками, а также играть в более активные игры, например, отмахиваться от мух и стрелять пушечными ядрами в пиратский корабль. Все активности сделаны максимально веселыми, что заставляет пациента очень быстро забыть, что он на самом деле выполняет реабилитационные процедуры в рамках прописанной ему терапии. Причем в то время, когда пациент “играет” и выполняет виртуальные задачи, система измеряет различные характеристики, такие как время отклика, диапазон движений и другие аналогичные параметры.

Нейромышечный экзоскелет

Новый роботизированный ортез (устройство, необходимое для разгрузки и поддержки больных, травмированных суставов или конечностей), разработанный специалистами Политехнического университета Гонконга и получивший название “нейромышечный экзоскелет”, объединяет в себе технологии мягкой робототехники и нейромышечной электростимуляции. Он содержит электромиографические2 сенсоры, которые определяют, когда пользователь пытается задействовать поврежденную мышцу, и немедленно активируют стимуляцию, чтобы заставить эти мышцы двигаться вместе с роботизированным элементами ортеза.

 В системе используются мягкие робототехнические технологии, что делает устройство легким и удобным в использовании. Компонент, закрепляемый на верхней части руки, весит всего порядка 300 г и не потребляет много электроэнергии, которую он получает из встроенной батареи. Эта батарея может работать до 4 часов подряд.

Комбинация четко настроенной по времени стимуляции с механической поддержкой руки помогает мозгу обучаться ассоциировать различные движения с намерениями пациента, существенно ускоряя таким образом процесс нейропластичности, что очень важно для правильного восстановления.

По мнению разработчиков, это устройство позволит пациентам, перенесшим инсульт, большую часть процесса реабилитации осуществлять дома, тем самым сэкономив им существенные средства.

Vivistim

Американские исследователи из Техасского университета в Далласе разработали новый терапевтический метод на базе электростимуляции блуждающего нерва, который значительно улучшает восстановление двигательных способностей у пациентов после инсульта.

Работа этого имплантируемого прибора, получившего название Vivistim, основана на том, что синхронизация стимуляции блуждающего нерва с движением повышает нейронную пластичность мозга, что в результате улучшает эффективность восстановления.

Своей разработкой ученые надеются усилить процесс формирования новых нейронных связей во время реабилитации, использовав при этом электричество. Прибор имплантируется в грудь и стимулирует блуждающий нерв, находящийся в шее. Этот нерв контролирует парасимпатическую нервную систему3, а его электронная стимуляция, по мнению ученых, помогает улучшить нейропластичность.

Исследователи объединили свой метод с традиционной физической реабилитацией и постарались очень точно синхронизировать стимуляцию нерва с движением пораженной конечности. Проведенное тестирование системы показало, что в этом случае эффективность реабилитации удваивается.

Rapael

Компания Neofest разработала “умную” перчатку Rapael, предназначенную для восстановления возможностей пострадавшей при инсульте руки. Эта перчатка, которая используется как контрольный механизм в играх при физиотерапии, работает вместе с планшетом на базе Android.

Она надевается на пострадавшую руку пользователя и для ее контроля используются датчики движения и позиционирования на пальцах и запястье. Приложение, к которому устройство подключено при помощи Bluetooth, “проводит” пациента через череду игровых и активных сцен, позволяющих тренировать мышцы руки или кисти.

Перчатки доступны для обеих рук и разных размеров, причем даже для детей. Люди могут арендовать “умную” перчатку и Android-планшет с приложением по цене $99 в месяц. Возможно, такой метод распространения и наиболее удобен для потребителей, поскольку, как правило, реабилитация занимает не более нескольких месяцев.

Ipsihand

Американские ученые из Медицинской школы университета Вашингтона в Сент-Луисе разработали управляемое с помощью мыслей устройство, получившее название Ipsihand, которое помогает людям после инсульта восстановить контроль над своими руками, причем существенно быстрее.

Для использования этой системы пользователь должен надевать “бионическую руку”, похожую на упомянутую выше перчатку Rapael, и специальную шапочку с электродами. С помощью такой шапочки сигнал о желании сжать или разжать парализованную руку передавалось на устройство, где встроенный в него компьютер усиливал сигнал, позволяющий управлять механизмом бионической руки.

Ученые обнаружили, что электрический сигнал, связанный с движением, сначала возникает в части мозга, которая находится на той же стороне, что и конечность, которой вы хотите пошевелить. Эти сигналы в свою очередь активируют другую сторону мозга, которая и отдает команду действительно произвести движение. А у человека после инсульта первоначальный сигнал теряется втуне, поскольку часть мозга, отвечающая за движение, не работает. Вот здесь и включается в дело Ipsihand.

Пациенты после 12 недель использования этого бионического устройства смогли брать кубики и строить из них башню, закручивать тоненькие трубочки вокруг большой трубки и подносить свою руку ко рту. Возможно, это мало, но на самом деле “это определяет разницу, сможет ли человек сам надеть штаны или не сможет”, говорят разработчики.

Saebo MyoTrac Infiniti

Для восстановления после инсульта пораженные нервы и мышцы больше не могут посылать или получать необходимую для движения сенсорную стимуляцию. Именно здесь может быть полезна нейромышечная электрическая стимуляция, когда к парализованным мышцам для восстановления или улучшения их функций подаются небольшие электрические импульсы

Устройство Saebo MyoTrac Infiniti использует электромиографическую триггерную стимуляцию, которая представляет собой сочетание биологической обратной связи и электрической стимуляции. Стимуляция с помощью подобных устройств подается в желаемую группу мышц (например, разгибатели пальцев, разгибатели локтей и т.д.), как только клиент деактивирует или расслабляет противоположную спастическую группу мышц (например, спастические сгибатели пальцев, сгибатели локтей и т.д.).

Сенсорная электрическая стимуляция повышает нейропластичность и активизирует участки головного мозга, помогая при реабилитации после инсульта. При этом повышается нейропластичность мозга, улучшается двигательная реабилитация пострадавшей руки.

Исследования показывают, что при подобной стимуляции низкого уровня, более сильные сигналы передаются в мозг и могут привести к улучшению функционирования и восстановления коры головного мозга.

1 Под нейропластичностью подразумевается способность нейронов регенерироваться и формировать новые нейронные связи.

2 Электромиография – диагностический метод, посредством которого специалисты оценивают функциональное состояние скелетных мышц и окончаний периферических нервов. Оценка происходит по уровню их электрической активности

3 Парасимпатическая нервная система — часть автономной нервной системы, связанная с симпатической нервной системой и функционально ей противопоставляемая, поддерживает гомеостаз. В парасимпатической нервной системе находятся ганглии (нервные узлы).