Персональний «тренар»
Винахід українських учених демонструє чудові результати відновлення рухових функцій після інсультів і травм. Але його впровадження традиційно буксує.
Сьогодні неможливо уявити медичні технології без інформаційних. Сучасна біологічна кібернетика впевнено йде до створення повноцінного інтерфейсу людина—комп’ютер. Такий інтерфейс, окрім іншого, може вивести на новий рівень протезування.
Роботизовані штучні кінцівки створюються вже близько десятиліття, і головне нерозв’язане завдання тут — забезпечити надійне керування протезом. Та ж проблема виникає і під час штучного стимулювання рухів хворих з обмеженою рухливістю. Щороку провідні світові дослідні центри (переважно з Японії, США, Канади, Німеччини та Голландії) пропонують нові розробки в цій галузі.
Найцікавіше технічне рішення для тренування знерухомлених м’язів — апарат «Тренар» — представили й українські вчені.
Роботу над «Тренаром» у київському Міжнародному науково-навчальному центрі інформаційних технологій і систем НАН і МОН України (директор — професор Володимир Гриценко) почали ще шість років тому в рамках ДЦНТП «Образний комп’ютер». Останні два роки апарат проходив випробування й тепер чекає своєї черги на масове впровадження в медзакладах.
Про деталі проекту розповідає його керівник, завідувач відділу біоелектричного управління та медичної кібернетики МННЦІТіС Майя Вовк.
— Майє Іванівно, як працює «Тренар-01»?
— В основу його роботи (провідний розробник — Валентин Іванов) покладено принцип передачі знань про м’язовий рух від однієї людини іншій у вигляді «образів рухів». Для цього ми спеціальним способом обробляємо електроміографічний сигнал (ЕМГ-сигнал) — електричний аналог активності кістякових м’язів під час скорочення. Тут можна провести паралель із електричною активністю серця, реєстрованою за допомогою ЕКГ. «Тренар» із ЕМГ-сигналу бере інформацію про м’язову активність і перетворює його на «образ руху». Далі потужніший, але ідентичний за швидкістю й силою імпульс подається на м’язи хворої людини й змушує її кінцівки рухатися в режимі реального часу синхронно з її власною, здоровою, або іншої людини (інструктора).
У порівнянні зі звичайною електростимуляцією, відомою досить давно, в ідеології «Тренарів» зроблено крок уперед. Відомо, що патологія (наприклад інсульт) «вибиває» взаємозв’язок периферії (м’язів) і центру (моторна область кори головного мозку), при цьому самі м’язи залишаються здоровими. Прогрес технології «Тренарів» полягає в тому, що штучне стимулювання порушених рухів, а разом із ним і активація зв’язку -«периферія—центр», необхідна для формування рухів, відбувається так само, як у природних умовах. Із технічної точки зору можна сказати, що «Тренар» — це зовнішній контур, який убудовується в систему управління рухами людини, виконуючи функції відсутньої ланки.
Крім того, оброблюваний сигнал про м’язову активність пацієнт сприймає у вигляді світлових і звукових сигналів. За нормальної роботи м’язів такі дані для людини, звичайно, недоступні, а з «Тренаром» вона в буквальному значенні бачить і чує, як працюють її м’язи. Побудова рухів відбувається в тісній взаємодії із зоровими й слуховими аналізаторами головного мозку. Можна говорити, що на певному рівні ми цілеспрямовано активуємо свідомість людини й підключаємо всі її резерви, а не лише механічно відтворюємо рухи.
— Які основні напрями застосування апарата?
— Головна сфера — це, звичайно ж, лікування захворювань центральної та периферичної нервових систем у дорослих і дітей, які призводять до порушення рухових функцій, реабілітація після інсультів і травм, невритів лицьового нерва, плекситів, радикулітів, відновлення втрачених рухів (наприклад унаслідок ДЦП).
Рухові порушення — гостра соціальна проблема, оскільки призводить до інвалідізації хворих, утрати працездатності. Крім того, апарат побічно впливає на психічний стан пацієнта.
«Тренар-01» можна використовувати для тренування та підтримки тонусу м’язів, поліпшення периферичного кровообігу у порівняно здорових, зокрема людей похилого віку, за тривалої гіподинамії та гіпокінезії (змушене зменшення обсягу довільних рухів унаслідок характеру трудової діяльності). Для схожих потреб можливе застосування апарата до спортсменів — важкоатлетів, веслярів, яким необхідне нарощування м’язової сили та витривалості. Для цього в «Тренарі» передбачений режим тренування різних типів м’язових волокон.
Ще однією сферою застосування може стати нормалізація рухових функцій після перебування в спеціальних умовах, наприклад невагомості. Якщо говорити про технологію в цілому, то в перспективі вона може бути адаптована до управління не тільки рухами людини, а й технічними пристроями, у тому числі протезами.
— Чи можна побачити «Тренар» у дії, чи впроваджений він уже в медзакладах?
— «Тренар-01» сертифікований, пройшов усі технічні й кваліфікаційні випробування й має дозвіл на клінічне застосування. Перша серія з 11 виробів, випущена київським державним науково-виробничим підприємством «Електронмаш», проходить клінічну апробацію у великих українських лікарнях і медзакладах. Зокрема, це кілька київських лікарень і поліклінік (основні випробування проходили на базі клінічної лікарні № 3), дніпропетровська міська лікарня №5, санаторій «Конча Заспа», центр реабілітації залізничників Південно-західної залізниці (м. Хмільник), обласний медичний центр Житомирської облради, Львівський національний медичний університет, Університет фізичного виховання та спорту (м. Київ).
Загалом, «Тренар-01» розробляли для масового застосування, у тому числі й у домашніх умовах для продовження лікування після стаціонару. За відгуками, невеликі габарити апарата (вага лише півтора кілограма) і можливість автономного живлення роблять його застосування зручним як на ранніх етапах реабілітації, у палатах інтенсивної терапії, так і надалі — за індивідуальною програмою вдома.
Але найголовніше, що він демонструє конкретні результати. Ми, як розробники, уважно стежимо за цим. За нашим даними, понад 90% пацієнтів після курсу лікування показали позитивну динаміку.
— Чи є протипоказання в лікуванні?
— Як і за будь-якої медичної процедури, лікування «Тренаром» можна починати тільки після відповідного обстеження. Наприклад, у людей з епілепсією процедура може спровокувати напад. Крім того, застосування протипоказане у разі міастенії (нервово-м’язового захворювання, що характеризується швидкою стомлюваністю м’язів тіла), протягом двох-трьох місяців після інфаркту міокарда, у разі гострих інфекцій, туберкульозу, захворювань шкіри, у важких випадках ДЦП; небажано, якщо пацієнтові імплантований кардіостимулятор.
— Доводиться констатувати, що створення інноваційних розробок в Україні пов’язане з великими труднощами. Які труднощі постали перед вами?
— Проблем дуже багато й говорити про них можна довго. Наприклад, те, що на виробництві бракує системних програмістів, які вміють створювати програми управління таким обладнанням, не вистачає мікроелектронників.
Інша серйозна проблема — нестача виробників аксесуарів (манжетів, електродів, струмопідводів) для цифрових технологій у медицині. Наприклад, для взяття і підведення керуючої інформації до лицьових м’язів необхідна лінійка типорозмірів електродів невеликих розмірів (близько 10 х15 мм). Також вони потрібні для роботи з маленькими дітьми. На жаль, український виробник — науково-виробниче підприємство «ЕЛЕКОН» (м. Миколаїв) — такі фізіотерапевтичні електроди не випускає.
До того ж зараз уже порушено питання про початок масового впровадження апарата. А для цього дуже важливе комплексне вирішення загальнодержавної проблеми, пов’язаної із централізованим придбанням клініками вітчизняного конкурентоспроможного обладнання, упровадження сучасних медичних технологій.
— Наскільки нам відомо, уже створено промисловий зразок апарата «Тренар-02». Які його особливості?
— Усе правильно, «Тренар-02» (провідний розробник — Володимир Горбаньов) випробувано в неврологічному відділенні Олександрівської клінічної лікарні м. Києва. Апарат має ті самі функціональні режими, що й «Тренар-01», але в ньому додатково передбачена можливість тренування співвідношення довільно-примусових скорочень — так званий метод граничної електростимуляції. Він полягає в тому, що примусові (стимульовані ззовні) скорочення поступово заміщаються довільними, які було (нехай навіть мінімально) відновлено після відповідного курсу лікування. Основна мета тренування — максимізувати довільні скорочення й мінімізувати (або повністю виключити) примусові.
Також У «Тренарі-02» розширені можливості аналізу ЕМГ-сигналу, закладені діагностичні можливості загального стану організму, наприклад, за частотою пульсу для контролю серцевої діяльності.
— Насамкінець трохи про плани на майбутнє.
— З одного боку, хотілося б розширити клінічну сферу застосування «Тренарів», а з іншого — додатково зорієнтувати функціональні можливості апаратів на відновлення тих функцій, які тісно пов’язані з руховими. Наприклад, випробувати його під час відновлення нормальних функцій опорно-рухового апарату після операцій пришивання кінцівок. Або відновлення мовлення, втрата якого стає побічним ефектом операцій на щитівці. І в цих напрямках вже є попередні результати.
Крім того, ми працюємо над створенням спеціалізованих апаратів (невеликих, компактних, використання яких не заважатиме в повсякденному житті) для зміцнення м’язового корсета, відновлення постави в дітей, особливо школярів, і дорослих.
До речі
В Україні можна придбати іноземні апарати для відновлення рухових функцій. Наприклад, німецький терапевтичний тренажер «Мотомед», який дозволяє відновлюватися пацієнтам із травмами хребта. Звичайно, їхня ціна орієнтована на іноземного споживача. Роздрібна ж вартість «Тренара-01» порівняно невисока — близько 5 тис. грн.
Довідка «УТГ»
Державна цільова науково-технічна програма «Образний комп’ютер» орієнтована на створення нових наукомістких інформаційних технологій з елементами інтелекту людини (обробка людського мовлення, сприйняття об’єктів навколишнього середовища). Відповідно до сформульованих завдань вона відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки, визначеному в Державній програмі соціально-економічного розвитку України. Зокрема, під час реалізації програми були закладені основи для розвитку в Україні перспективної галузі — цифрових технологій у медицині, створені нові медичні пристрої для діагностики та лікування порушень мозкового кровообігу (апарати «Тренар») і серцевої діяльності (персональний апарат ЕКГ — «Фазаграф»). Про останній «УТГ» уже писала (див. «УТГ» № 32 від 17 серпня 2010 р., «Тахометр для «полум’яного мотора»).
