Специалисты Московского политехнического университета разработали инновационную систему управления реабилитационным экзоскелетом, способную распознавать намерение пациента совершить движение ещё до того, как оно будет начато. Как сообщили в пресс-службе вуза, новая технология уже показала свою эффективность в ходе клинических испытаний с участием постинсультных больных, значительно улучшив результаты их восстановления. Ключевое отличие разработки от существующих аналогов заключается в том, что устройство подстраивается не под жесткую программу, а под текущее физиологическое состояние человека, что позволяет добиться более естественного и результативного взаимодействия.
Традиционные экзоскелеты, применяемые в нейрореабилитации, функционируют по заранее заданным алгоритмам и не учитывают индивидуальные особенности пациента, из-за чего момент ассистирующей поддержки часто не совпадает с реальным желанием человека начать движение. Это снижает эффективность терапии, тогда как современные подходы в нейрореабилитации делают ставку на активизацию соответствующих участков коры головного мозга. Синхронизация работы внешнего устройства именно с мозговой активностью рассматривается сегодня как наиболее перспективный путь ускорения восстановления утраченных функций. Новая разработка московских инженеров как раз и реализует этот принцип.
Система, предложенная кандидатом технических наук, доцентом Московского Политеха Еленой Петруниной, анализирует одновременно три физиологических сигнала: электроэнцефалограмму, отражающую электрическую активность мозга, электромиограмму мышц нижних конечностей и электродермальный ответ, характеризующий изменения электропроводности кожи. Все эти показатели снимаются с помощью электродов, закрепленных на теле пациента, и в реальном времени поступают в компьютер для обработки. В ходе сеанса перед испытуемым на экране появляется визуальный стимул, предупреждающий о предстоящем движении, а затем даётся команда либо выполнить его, либо мысленно представить. Система регистрирует реакцию нервной и мышечной систем на этот стимул и по совокупности трёх сигналов формирует так называемый маркер «намерения движения» в тот момент, когда пациент готов начать действие.
Технически алгоритм работает следующим образом: программа непрерывно отслеживает амплитуду мышечного сигнала и сопоставляет её с изменением электродермального ответа во времени. Если оба параметра одновременно превышают заданные пороговые значения, момент фиксируется как старт движения. При этом в зависимости от того, насколько чётко удается регистрировать и расшифровывать сигналы ЭЭГ и ЭМГ у конкретного пациента, система автоматически переключает экзоскелет в один из четырёх режимов поддержки — от полностью автоматического, где устройство самостоятельно адаптируется под активность мозга и мышц, до ручного, когда интенсивность помощи регулирует оператор.
Апробация разработки прошла на базе медицинского центра Юго-Западного государственного университета в Курске, где в течение 12 недель наблюдали 40 пациентов, перенесших ишемический инсульт. Участников разделили на две равные группы по 20 человек: экспериментальную, занимавшуюся с новой системой, и контрольную, где использовалась стандартная методика. Эффективность восстановления оценивалась по шкале баланса Берга — одному из наиболее распространенных инструментов в клинической неврологии, включающему 14 заданий на проверку способности сохранять равновесие в разных позах и при перемещениях. Каждое упражнение оценивается от 0 до 4 баллов, максимальный суммарный показатель составляет 56 баллов.
К завершению курса реабилитации средний прирост баллов в экспериментальной группе достиг 22 пунктов, тогда как в контрольной — лишь 12, и статистический анализ подтвердил достоверность этого различия. Полученные результаты убедительно демонстрируют, что синхронизация работы экзоскелета с реальным намерением пациента значительно повышает эффективность восстановительных процедур. В планах исследовательской группы — дальнейшее совершенствование системы за счёт повышения точности классификации сигналов ЭЭГ и ЭМГ, а также сокращение времени отклика устройства на физиологические изменения, что позволит сделать управление экзоскелетом ещё более плавным и естественным.
