Российские ученые создали умную систему реабилитации нижних конечностей

Российские ученые разработали «умную» систему реабилитации пациентов с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, состоящую из роботизированного тренажера и специального ПО, которое анализирует физические характеристики пациентов и подбирает оптимальный для каждого из них режим физиотерапии. Кроме того, система поощряет пациента за активность в ходе процедуры, тем самым мотивируя его продолжать реабилитацию. Работа была представлена на международной конференции RobCE 2022: 2022 2nd International Conference on Robotics and Control Engineering.

Реабилитация пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата – одна из сложнейших задач современной медицины. Для восстановления подвижности конечностей частично или полностью парализованных пациентов применяются различные виды физиотерапии. На сегодняшний день одним из наиболее эффективных считается физиотерапия с применением роботизированных устройств.

Ученые НИТУ «МИСИС», Белгородского государственного технологического университета, Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи в сотрудничестве с коллегами из Индийского института технологий разработали роботизированную систему реабилитации нижних конечностей с использованием активного манипулятора, который приводит в движение пассивный ортез, зафиксированный на конечности пациента, обеспечивая при этом необходимые углы поворота ее суставов.

Активный механизм состоит из трех независимых кинематических цепей, каждая из которых включает один призматический шарнир, оборудованный электроприводом, и три вращательных. Кинематические цепи, в свою очередь, крепятся к подвижной платформе и обеспечивают ее перемещение по заданной траектории. Уникальность разработки состоит в том, что роботизированная конструкция оснащена «умной» системой управления, которая быстро подстраивается под антропометрические характеристики (размеры конечностей, рост и массу тела) каждого конкретного пациента и рассчитывает оптимальную для него траекторию движения.

Кроме того, если пациент самостоятельно производит или хотя бы пытается производить «правильные» движения, как бы «помогая» роботу, система ускоряет работу, чтобы создать у пациента впечатление, что это его усилия привели механизм в движение, поощряя, таким образом, активность пациента, мотивируя его продолжать усилия по реабилитации.

«Система управления была настроена с помощью математического моделирования. Мы подтвердили, что роботизированный тренажер с достаточной точностью повторяет углы поворота суставов нижних конечностей, которые система управления задает индивидуально для каждого пациента», – рассказал один из авторов разработки Сергей Халапян, к.т.н., доцент кафедры АИСУ СТИ НИТУ "МИСиС".

«Старооскольский филиал (СТИ НИТУ «МИСИС») – один из основных многопрофильных технических вузов региона, современный  научно-исследовательский и образовательный центр.  Для подготовки ИТ-специалистов, обладающих междисциплинарными знаниями в СТИ НИТУ «МИСИС» создан специализированный кластер, где студенты занимаются программированием, робототехникой и сетевым администрированием. Разработанная система реабилитации пациентов с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата является примером эффективного междисциплинарного сотрудничества в целях повышения качества жизни», – отметила ректор НИТУ «МИСИС» Алевтина Черникова.

По словам Сергея Халапяна, предложенная роботизированная система будет полезна для пациентов с различной степенью нарушения моторной функции нижних конечностей и на разных стадиях их реабилитации.