Российские инженеры создали экзоскелет, который считывает желание пациента двигаться

Специалисты Московского политехнического университета разработали инновационную систему управления реабилитационным экзоскелетом, способную распознавать намерение пациента совершить движение еще 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 дается команда либо выполнить его, либо мысленно представить. Система регистрирует реакцию нервной и мышечной систем на этот стимул и по совокупности трех 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 ее 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 четко удается регистрировать и расшифровывать сигналы ЭЭГ и ЭМГ у конкретного пациента, система автоматически переключает экзоскелет в один из четырех 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 счет повышения точности классификации сигналов ЭЭГ и ЭМГ, а также сокращение времени отклика устройства на физиологические изменения, что позволит сделать управление экзоскелетом еще более плавным и естественным.