Персональный «тренар»

Изобретение украинских ученых демонстрирует прекрасные результаты восстановления двигательных функций после инсультов и травм. Но его внедрение традиционно буксует.

Сегодня невозможно представить медицинские технологии без информационных. Современная биологическая кибернетика уверенно идет к созданию полноценного интерфейса человек—компьютер. Такой интерфейс, среди прочего, может вывести на новый уровень протезирование.

Роботизированные искусственные конечности создаются уже около десятилетия, и главная нерешенная задача здесь — обеспечить надежное управление протезом. Та же проблема возникает и при искусственном стимулировании движений больных с ограниченной подвижностью. Каждый год ведущие мировые исследовательские центры (в основном из Японии, США, Канады, Германии и Голландии) предлагают новые разработки в этой области.

Интереснейшее техническое решение для тренировки обездвиженных мышц — аппарат «Тренар» — представили и украинские ученые.

Работу над «Тренаром» в киевском Международном научно-учебном центре информационных технологий и систем НАН и МОН Украины (директор — профессор Владимир Гриценко) начали еще шесть лет назад в рамках ГЦНТП «Образный компьютер». Последние два года аппарат проходил испытания и теперь ждет своей очереди на массовое внедрение в медучреждениях.

О подробностях проекта рассказывает его руководитель, завотделом биоэлектрического управления и медицинской кибернетики МНУЦИТиС Майя Вовк.

— Майя Ивановна, как работает «Тренар-01»?

— В основу его работы (ведущий разработчик — Валентин Иванов) положен принцип передачи знаний о мышечном движении от одного человека другому, в виде «образов движений». Для этого мы специальным способом обрабатываем электромиографический сигнал (ЭМГ-сигнал) — электрический аналог активности скелетных мышц при сокращении. Здесь можно провести параллель с электрической активностью сердца, регистрируемой при помощи ЭКГ. «Тренар» из ЭМГ-сигнала извлекает информацию о мышечной активности и преобразует его в «образ движения». Далее более мощный, но идентичный по скорости и силе импульс подается на мышцы больного человека и заставляет его конечность двигаться в режиме реального времени синхронно с его собственной, здоровой, или другого человека (инструктора).

По сравнению с обычной электростимуляцией, известной достаточно давно, в идеологии «Тренаров» сделан шаг вперед. Известно, что патология (например инсульт) «выбивает» взаимосвязь периферии (мышц) и центра (моторная область коры головного мозга), при этом сами мышцы остаются вполне здоровыми. Прогресс технологии «Тренаров» в том, что искусственное стимулирование пострадавших движений, а вместе с ним и активация связи «периферия—центр», необходимая для формирования движений, происходит так же, как в естественных условиях. С технической точки зрения можно сказать, что «Тренар» — это внешний контур, который встраивается в систему управления движениями человека, выполняя функции недостающего звена.

Кроме того, обрабатываемый сигнал о мышечной активности предъявляется пациенту в виде световых и звуковых сигналов. При нормальной работе мышц такие данные для человека, естественно, недоступны, а с «Тренаром» он в прямом смысле видит и слышит, как работают его мышцы. Построение движений проходит в тесном взаимодействии со зрительными и слуховыми анализаторами головного мозга. Можно говорить, что на определенном уровне мы целенаправленно активируем сознание человека и подключаем все его резервы, а не просто механически воспроизводим движения.

— Какие основные направления применения аппарата?

— Главная сфера — это, конечно же, лечение заболеваний центральной и периферической нервной систем у взрослых и детей, которые приводят к нарушению двигательных функций, реабилитация после инсультов и различных травм, невритов лицевого нерва, плекситов, радикулитов, восстановление утраченных движений (например из-за ДЦП).

Двигательные нарушения — острая социальная проблема, поскольку приводит к инвалидизации больных, потере трудоспособности. Кроме того, аппарат косвенно воздействует на психологическое состояние пациента.

«Тренар-01» можно использовать для тренировки и поддержания тонуса мышц, улучшения периферического кровообращения у относительно здоровых, в частности пожилых, людей при длительной гиподинамии и гипокинезии (вынужденное уменьшение объема произвольных движений вследствие характера трудовой деятельности). Для схожих целей возможно применение аппарата к спортсменам — тяжелоатлетам, гребцам, которым необходимо наращивание мышечной силы и выносливости. Для этого в «Тренаре» предусмотрен режим тренировки различных типов мышечных волокон.

Еще одной сферой применения может стать нормализация двигательных функций после пребывания в специальных условиях, например невесомости. Если говорить о технологии в целом, то в перспективе она может быть адаптирована для управления не только движениями человека, но и техническими устройствами, в том числе протезами.

— Можно увидеть «Тренар» в действии, внедрен ли он уже в медучреждениях?

— «Тренар-01» сертифицирован, прошел все технические и квалификационные испытания и имеет разрешение на клиническое применение. Установочная серия из 11 изделий, выпущенная киевским государственным научно-производственным предприятием «Электронмаш», проходит клиническую апробацию в крупных украинских больницах и медучреждениях. В частности, это несколько киевских больниц и поликлиник (основные испытания проходили на базе клинической больницы № 3), днепропетровская городская больница №5, санаторий «Конча Заспа», центр реабилитации железнодорожников ЮЗЖД (г. Хмельник), областной медицинский центр Житомирского облсовета, Львовский национальный медицинский университет, Университет физического воспитания и спорта (г. Киев).

Вообще говоря, «Тренар-01» разрабатывали с прицелом на массовое применение, в том числе и в домашних условиях для продолжения лечения после стационара. По отзывам, небольшие габариты аппарата (вес всего полтора килограмма) и возможность автономного питания делают его использование удобным как на ранних этапах реабилитации, в палатах интенсивной терапии, так и в дальнейшем — по индивидуальной программе после выписки из больницы.

Но самое главное, что он демонстрирует конкретные результаты. Мы, как разработчики, внимательно следим за этим.По нашим данным, более 90% пациентов после курса лечения показали положительную динамику.

— Существуют ли противопоказания в лечении?

— Как и при любой медицинской процедуре, лечение «Тренаром» необходимо применять только после соответствующего обследования. Например, у людей с эпилепсией процедура может спровоцировать приступ. Кроме того, применение противопоказано при миастении (нервно-мышечном заболевании, характеризующемся быстрой утомляемостью мышц тела), в течение двух-трех месяцев после инфаркта миокарда, при острых инфекциях, туберкулезе, заболеваниях кожи, в тяжелых случаях ДЦП; нежелательно, если пациенту имплантирован кардиостимулятор.

— Приходится констатировать, что создание инновационных разработок в Украине связано с большими трудностями. С какими сложностями пришлось встретиться вам?

— Проблем очень много и говорить о них можно долго. Например, мы столкнулись с тем, что на производстве нет достаточного количества грамотных системных программистов, умеющих создавать программы управления подобным оборудованием, ощущается нехватка микроэлектронщиков.

Другая серьезная проблема — нехватка производителей аксессуаров (манжетов, электродов, токоподводов) для цифровых технологий в медицине. Например, для съема и подведения управляющей информации к лицевым мышцам необходима линейка типоразмеров электродов небольших размеров (около 10х15 мм). Также они нужны для работы с маленькими детьми. К сожалению, украинский производитель — научно-производственное предприятие «ЭЛЕКОН» (г. Николаев) — подобные физиотерапевтические электроды не  выпускает.

К тому же сейчас уже стоит вопрос о начале массового внедрения аппарата. А для этого крайне важно комплексное решение общегосударственной проблемы, связанной с централизованным приобретением клиниками отечественного конкурентоспособного оборудования, внедрение современных медицинских технологий.  

— Насколько нам известно, уже существует промышленный образец аппарата «Тренар-02». Каковы его особенности?

— Все верно, «Тренар-02» (ведущий разработчик — Владимир Горбанев) уже прошел испытания в неврологическом отделении Александровской клинической больницы г. Киева. Аппарат обладает всеми функциональными режимами, что и «Тренар-01», но в нем дополнительно предусмотрена возможность тренировки соотношения произвольно-принудительных сокращений — так называемый метод пороговой электростимуляции. Он состоит в том, что принудительные (стимулируемые извне) сокращения постепенно замещаются произвольными, которые были (пусть даже минимально) восстановлены после соответствующего курса лечения. Основная цель тренировки — максимизировать произвольные сокращения и минимизировать (или полностью исключить) принудительные.    

Также в «Тренаре-02» расширены возможности анализа ЭМГ-сигнала, заложены диагностические возможности общего состояния организма, например, по частоте пульса для контроля сердечной деятельности.

— В завершение немного о планах на будущее.

— С одной стороны, хотелось бы расширить клиническую сферу применения «Тренаров», а с другой — дополнительно сориентировать функциональные возможности аппаратов на восстановление тех функций, которые тесно связаны с двигательными. Например, опробовать его при восстановлении нормальных функций опорно-двигательного аппарата после операций пришивания конечностей. Или восстановление речи, потеря которой становится побочным эффектом операций на щитовидной железе. И в этих направлениях предварительные результаты уже получены.

Кроме того, мы работаем над созданием специализированных аппаратов (небольших, компактных, использование которых не будет мешать в повседневной жизни) для укрепления мышечного корсета, восстановления осанки у детей, особенно школьников, и взрослых.

Кстати

В Украине можно приобрести иностранные аппараты для восстановления двигательных функций. Например, немецкий терапевтический тренажер «МОТОмед», позволяющий восстанавливаться пациентам с травмами позвоночника. Естественно, их цена ориентирована на иностранного потребителя. Розничная же стоимость «Тренара-01» относительно невысока — порядка 5 тыс. грн.

Справка «УТГ»

Государственная целевая научно-техническая программа «Образный компьютер» ориентирована на создание новых наукоемких информационных технологий с элементами интеллекта человека (обработка человеческой речи, восприятие объектов окружающей среды). Согласно сформулированным целям она отвечает приоритетному направлению развития науки и техники, определенному в Государственной программе социально-экономического развития Украины. В частности, при реализации программы были заложены основы для развития в Украине перспективной отрасли — цифровых технологий в медицине, созданы новые медицинские устройства для диагностики и лечения нарушений мозгового кровообращения (аппараты «Тренар») и сердечной деятельности (персональный аппарат ЭКГ — «Фазаграф»).