L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности
| Название | Способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Захаров Александр Владимирович, Пятин Василий Федорович, Чаплыгин Сергей Сергеевич, Колсанов Александр Владимирович |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2655200 |
| Дата регистрации | 24.05.2018 |
| Правообладатель | Захаров Александр Владимирович, Пятин Василий Федорович, Чаплыгин Сергей Сергеевич, Колсанов Александр Владимирович |
| Область применения (класс МПК) | A61B 5/00 (2006.01) A61H 1/02 (2006.01) A61N 1/00 (2006.01) A61M 21/02 (2006.01) |
Описание изобретения
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано при реабилитации больных в различные сроки после возникшей патологии опорно–двигательного аппарата. Используют виртуальную среду с элементами управления и сенсорного взаимодействия с виртуальным объектом. С учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации, установленных на голове и пораженной конечности соответственно, а также способности пациента к движениям, регулируют объем управляющих виртуальных движений таким образом, что дает ощущение завершенности выполняемого движения при демонстрации заданий виртуальной реальности. Причем сенсорное взаимодействие с виртуальными объектами посредством использования зрительного, слухового канала, а также тактильной и проприорецептивной стимуляции рецепторов конечности проводят таким образом, чтобы обеспечить ассоциирование пациента с виртуальным аватаром, с очувствлением тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущением завершенности выполняемого движения. Способ позволяет обеспечить восстановление движения рук и функций ходьбы пациентов на фоне поражения центральной или периферической нервной системы, а также при патологии опорно–двигательного аппарата за счет использования виртуальной реальности с учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации.
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано при реабилитации больных в различные сроки после возникшей патологии центральной, периферической системы или опорно–двигательного аппарата.
Известен способ и система для лечения дисфункции нейромоторного аппарата по патенту US 201361774207P 20130307, включающий первый сигнал-предоставление компонент, настроен для предоставления периферической стимуляции импульсных сигналов в периферической части тела, второй сигнал-предоставление компонент сконфигурирован для передачи импульсного сигнала стимуляции моторной коры в моторной коре зоны, по существу, постоянного тока, сигнал-предоставление компонент настроен для предоставления постоянного тока спинномозговой стимуляции сигнала в нейронной спинномозговой узел и контроллер компонент настроен на контроль сроков импульсной периферической стимуляции сигналов и импульсной стимуляции моторной коры сигнала.
Но данный способ не обеспечивает ощущения прямохождения и не позволяет пациенту воздействовать на объекты виртуальной реальности.
Самым близким по своей технической сущности является способ реабилитации больных в острой стадии инсульта с использованием биологической обратной связи и виртуальной реальности по патенту РФ №2432971 с приоритетом от 02.04.2010 г., опубл. 10.11.2011 г., где используют биологическую обратную связь (БОС) и виртуальную реальность, для чего проводят установку очков и шлема виртуальной реальности на голову пациента, установку датчиков движения на голову, туловище и тазовую область пациента, загрузку программного обеспечения, состоящего из виртуальной среды и элементов управления, и направленную тренировку координированных движений головы, туловища и тазовой области посредством среды виртуальной реальности и датчиков движения. В качестве виртуальной среды применяется подводный мир, виртуальный объект управления - дельфин. Чувствительность и симметричность управляющих движений регулируется в зависимости от состояния пациента и его способности к движениям. БОС осуществляют посредством зрительного канала в ассоциированном (глазами дельфина) и диссоциированном (глазами внешнего наблюдателя за его действиями) состоянии. Способ обеспечивает восстановление контроля базовых произвольных движений туловища, головы и шеи у этой группы пациентов.
Данный способ направлен на восстановление контроля базовых произвольных движений туловища, головы и шеи, а не конечностей. Данный способ не обеспечивает восстановление движение рук и ног и не даёт пациенту ощущения прямохождения, и пациент не может воздействовать на объекты виртуальной реальности, а только может их видеть, и так же данный способ не позволяет пациенту использовать биологическую обратную связь от первого лица, с использованием мультисенсорных анализаторов, т.е. зрительного, слухового, кожно-кинестетического.
Предлагаемое техническое решение направлено на получение следующего технического результата: обеспечение восстановления движения рук и функций ходьбы пациентов на фоне поражения центральной или периферической нервной системы, а также при патологии опорно–двигательного аппарата с использованием виртуальной реальности.
Поставленная задача решается за счёт того, что способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности включает виртуальную среду с элементами управления и сенсорное взаимодействие на виртуальный объект, причём на основании полученной с регистрирующих датчиков информации производят регулировку объема виртуальных движений, а по средствам использования зрительного, слухового канала и устройств, производящих проприоцептивную и тактильную стимуляцию рецепторов конечностей, обеспечивают пациенту очувствление тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущение завершенности выполняемого движения. Для реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности пациента обеспечивают устройством, создающим виртуальную реальность окружающей среды. Вид устройства определяется врачом на основании состояния пациента либо устанавливают на голову пациента шлем и очки виртуальной реальности, либо помещают его в комнату виртуальной реальности. Загружают необходимую программу, состоящую из виртуальной среды с элементами управления, направленными на восстановление активных движений в конечностях пациента. Устанавливают устройства, оказывающие проприоцептивное и тактильное воздействие на рецепторы конечностей, а так же устройства, регистрирующие электромиографические (ЭМГ), электроэнцефалографические (ЭЭГ) или биологические сигналы. Сигналы электроэнцефалографии регистрируются электродами, располагаемыми на голове пациента, и демонстрируют изменение потенциала действия, возникающее в нейронах головного мозга, и сигналы электромиографии, оценивающие электрический потенциал, возникающий при сокращении мышцы. На основании полеченных сигналов производят регулировку объема виртуальных движений. При выраженной двигательной патологии и значительном силовом парезе пациент находится в пассивном контакте с виртуальной средой и не оказывает непосредственного воздействия на объекты виртуальной реальности. По мере нарастания силы и восстановления объема движений в конечностях пациент начинает оказывать непосредственное воздействие на объекты виртуальной реальности. В качестве виртуальной среды для восстановления функций ходьбы применяется, например, лесопарковое окружение, где пациент может произвольно выбирать направление прогулки и темп движения. Для отработки утерянных моторных навыков базовых движений верхних конечностей используется, например, виртуальный кухонный стол и кухонные предметы, причем объектом управления являются виртуальные конечности пациента при взгляде от первого лица. Сенсорное взаимодействие с объектами виртуальной реальности осуществляется посредством зрительного и слухового канала, и так же тактильной и проприоцептивной стимуляции, при этом происходит ассоциирование с виртуальным аватаром, что позволяет пациенту достичь очувствления тактильного контакта с объектами виртуальной реальности, а также достичь максимального когнитивного и эмоционального погружения в виртуальную реальность. На основании полученных с ЭЭГ и ЭМГ сигналов и в зависимости от способности пациента к движениям регулируется объем управляющих виртуальных движений таким образом, что даёт ощущение завершенности выполняемого движения, например пинать мяч. Интенсивность удара по мячу регулируется в зависимости от изменения ЭЭГ и ЭМГ сигналов. Очувствление тактильного контакта позволяет зарегистрировать факт касания с объектом и даёт возможность пациенту, используя мультисенсорную связь, выполнять технологические и другие задачи, аналогичные тем, которые выполняет при тех же действиях здоровый человек. Это дает пациенту ощущение завершенности выполняемого в реальности движения, несмотря на то, что конечность может лишь незначительно двигаться или вовсе не двигаться на первоначальном этапе реабилитации. Восстановление активных движений в конечностях с использованием виртуальной реальности окружающей среды с элементами управления посредством сенсорного взаимодействия с виртуальными объектами происходит за счет активизации вторичных моторных центров и ассоциативных зон коры головного мозга для формирования новых моторных формул движения (моторных энграмм), позволяющих активировать те или иные группы мышцы для выполнения успешного и запланированного движения с учетом наличия пораженных участков нервной системы. Формируются новые нейронные сети, в коре головного мозга отвечающие за движение и приводящие к восстановлению движения.
Способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности для восстановления движений в нижних и верхних конечностях осуществляется следующим образом. Занятие происходит в комнате реабилитации. Сроки реабилитации не ограничены (любая длительность заболевания, повлекшая за собой нарушение локомоторной функции верхних и нижних конечностей). Пациент находится в положении сидя в кресле для восстановления движений в нижних конечностях. Пациенту производится установка на голову очков виртуальной реальности, электроэнцефалографических датчиков, на пораженную ногу пациента устанавливаются электромиографические датчики, на область бедра и голени. В проекции подошвенных поверхностей стоп устанавливаются четыре пневмоманжеты на каждую подошвенную поверхность. Запускается программа, демонстрирующая пациенту парковую зону, где он может перемещаться по дорожкам для прогулки. На первоначальном этапе пациент движется в пассивном состоянии, т.е. не регулирует направление и скорость движения. При этом каждый виртуальный шаг пациента синхронизирован с последовательным раздуванием пневмоманжеток той же стороны, что дает пациенту тактильное ощущение контакта с дорожкой для прогулки в виртуальной реальности. Длительность занятий в течение 10-15 минут, ежедневно в утренние часы, общим количеством до 7-10 сеансов. Далее пациенту предлагается представлять движение парализованной конечности, а именно совершать намерение совершать шаг или на выбор выбирать направление движения. Данное намерение сопряжено с подачей звукового сигнала, с целью точной временной фиксации начала планирования. При этом записывается ЭЭГ и строится классификатор, который в дальнейшем будет давать управляющий сигнал для выбора направления движения в виртуальной среде или начала виртуального движения пораженной конечности. После обучения классификатора (программа на компьютере) пациент самостоятельно может выбирать направление движения и совершать шаг пораженной конечностью, только если он об этом подумал. ЭМГ регистрирует минимальные мышечные сокращения на пораженной конечности и дает управляющий сигнал для регулирования скорости ходьбе в виртуальной реальности. При этом, чем выше амплитуда сигнала ЭМГ, тем больше скорость движения в виртуальной реальности. Все это необходимо для усиления когнитивного и сенсорного погружения в виртуальную реальность и ускорения двигательной реабилитации. При наличии нарушений чувствительности или при длительном времени после полученного поражения центральной или периферической нервной системы пациенту помимо дополнительных устройств, описанных выше, устанавливают роботизированный экзоскелет на пораженную конечность с несколькими степенями свободы, позволяющий совершать пассивные движения в тазобедренном, коленном и голеностопном суставе. Пациент при этом уже будет поддерживаться в вертикальном состоянии (за счет специального подвешивающего устройства) на беговой дорожке. Управляющие сигналы ЭЭГ и ЭМГ помимо влияния на действия, происходящие в виртуальной среде, будут регулировать движение сервоприводов экзоскелета, регулируя изменения углов в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, а также их угловую скорость. В другом случае пациенту можно не устанавливать очки виртуальной реальности, а демонстрировать виртуальную среду в специально оборудованной комнате виртуальной реальности, демонстрирующей пациенту ту же обстановку парковой зоны. Для восстановления движений в верхних конечностях пациента размещают в положении сидя в кресле за столом. Производится установка на голову пациента очков виртуальной реальности, электроэнцефалографических датчиков, на пораженную руку пациента устанавливаются электромиографические датчики, на область плеча и предплечья. Запускается программа, демонстрирующая пациенту кухонный стол с приборами, которые он может перемещать по виртуальному столу, брать в руки. На первоначальном этапе пациент находится в пассивном состоянии и наблюдает за содружественными движениями виртуальных рук, выполняющих манипуляции со столовыми приборами, имитирующие прием пищи, т.е. не регулирует направление и скорость движения. Длительность занятий в течение 10-15 минут, ежедневно в утренние часы, общим количеством до 7-10 сеансов. Далее пациенту предлагается представлять движение парализованной рукой. Данное намерение сопряжено с подачей звукового сигнала с целью точной временной фиксации начала планирования. При этом записывается ЭЭГ и строится классификатор, который в дальнейшем будет давать управляющий сигнал для выбора направления движения в виртуальной среде или начала виртуального движения пораженной конечности. После обучения нейронной сети пациент самостоятельно может произвести движение пораженной конечностью, только если он об этом подумал, при этом программа будет «достраивать» движение в виртуальной среде до его полного завершения, например поднести ложку или стакан ко рту виртуального аватара. ЭМГ регистрирует минимальные мышечные сокращения на пораженной конечности и дает управляющий сигнал для регулирования скорости и выбора предмета, который пациент захочет взять в данный конкретный момент с виртуального стола. При этом, чем выше амплитуда ЭМГ, тем больше скорость движения в виртуальной реальности. Все это необходимо для усиления когнитивного и сенсорного погружения в виртуальную реальность и ускорения двигательной реабилитации. При наличии нарушений чувствительности или при длительном времени после полученного поражения центральной или периферической нервной системы пациенту помимо дополнительных устройств, описанных выше, устанавливается роботизированный экзоскелет на пораженную конечность с несколькими степенями свободы, позволяющий совершать пассивные движения в плечевом, локтевом и лучезапястном суставах. Пациент при этом может находиться в положении сидя или стоя самостоятельно или за счет специального вертикализирующего устройства, если имеется выраженное снижение силы в нижних конечностях. Сигналы ЭЭГ и ЭМГ помимо влияние на действия, происходящие в виртуальной среде, будут регулировать движение сервоприводов экзоскелета, регулируя изменения углов в плечевом, локтевом и лучезапястном суставах, а также их угловую скорость. В другом случае пациенту можно не устанавливать очки виртуальной реальности, а демонстрировать виртуальную среду в специально оборудованной комнате виртуальной реальности, демонстрирующей пациенту уже более сложную обстановку помещения, где он может взаимодействовать с находящимися в ней предметами, не только бытовыми, например уборка по дому, но и профессиональными, вождение автомобиля, работа на станке и др.
Пациент Н., 64 года. Поступил в неврологическое отделение для больных острым нарушением мозгового кровообращения 30.09.2016 г. с диагнозом «Острое нарушение мозгового кровообращения – ишемический инсульт в бассейне правой средней мозговой артерии от 30.09.2016 г.» На момент поступления в неврологическом статусе у пациента выраженные двигательные нарушения в виде плегии левых конечностей. Пациент получал терапию в рамках федерального стандарта оказания медицинской помощи больным с острым нарушением мозгового кровообращения. С пятого дня после возникновения инсульта пациенту начали проводиться реабилитационные мероприятия. К данному времени пациент с посторонней помощью мог сидеть в течение 10-15 минут. Анкетирование пациента на данный момент по шкале двигательной активности (шкала Берга) составляло 1 балл. Самообслуживание пациента полностью нарушено. С данного времени пациенту также начата терапия с применением виртуальной реальности с демонстрацией ходьбы от первого лица по горизонтальной поверхности с тактильным ощущением шага. Для этого персонал отделения доставлял пациента на кресле–каталке в кабинет медицинской реабилитации. Пациент во время реабилитации находился в кресле–каталке. На голову пациенту надевались очки виртуальной реальности, на ноги, а именно на стопы, устанавливались пневмоманжеты с четырьмя пневмокамерами на каждую ногу. Затем производился запуск программы, демонстрирующей пациенту движение по футбольному полю. При этом каждый шаг виртуального аватара был сопряжен с последовательным раздуванием пневмоманжеток, установленных на подошвенной поверхности стопы, что давало пациенту тактильные ощущения шага. Длительность реабилитации занимала от 10 минут в начале курса, до 15 минут по его окончании. В общей сложности с пациентом было проведено семь занятий, проходивших ежедневно. К концу реабилитации на нейротренажере пациент смог совершать большинство заданий при анкетировании по шкале Берга. При этом пациент мог самостоятельно сидеть, пересаживаться в кресло с постели, вставать с кровати, безопасно стоять в течение как минимум 2 минут и поднять предмет с пола. Таким образом, у пациента к концу проведенных занятий на нейротренажере восстановилось большинство двигательных навыков, необходимых для восстановления локомоторной функции ходьбы.
Формула изобретения
Способ реабилитации больных с двигательными нарушениями функций конечностей с использованием виртуальной реальности, включающий использование виртуальной среды с элементами управления и сенсорное взаимодействие с виртуальным объектом, отличающийся тем, что с учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации, установленных на голове и пораженной конечности соответственно, а также способности пациента к движениям, регулируют объем управляющих виртуальных движений таким образом, что дает ощущение завершенности выполняемого движения при демонстрации заданий виртуальной реальности, причем сенсорное взаимодействие с виртуальными объектами посредством использования зрительного, слухового канала, а также тактильной и проприорецептивной стимуляции рецепторов конечности проводят таким образом, чтобы обеспечить ассоциирование пациента с виртуальным аватаром, с очувствлением тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущением завершенности выполняемого движения.
Медаль Альфреда Нобеля