Если еще недавно экзоскелеты, казалось, существовали лишь в научно-фантастических произведениях, то сегодня роботокостюмы не только дарят человеку силу и выносливость, но и буквально «поднимают на ноги». REAMED рассказывают, что представляют собой медицинские экзоскелеты, и какие еще возможности дарит людям робототехника.
Стремясь превзойти свои возможности, человек бросает вызовы природе и совершенствует себя быстрее, чем эволюция. И хотя общество по-прежнему бессильно перед многими болезнями, мы успешно расширяем, дополняем и восполняем недостающие функции с помощью высокотехнологичных инструментов. Например, с помощью медицинских экзоскелетов.
Экзоскелет — устройство, восполняющее утраченные функции, увеличивающее силу мышц человека и расширяющее амплитуду движений за счет внешнего каркаса и приводящих элементов.
Экзоскелет повторяет биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движении. Являясь мобильным механизмом, устройство работает при помощи системы электродвигателей, рычагов, гидравлики и других технологических решений.«Одежда будущего»: факторы роста спроса на медицинские экзоскелеты
Рис. 1. Экзоскелет
Сегодня экзоскелеты применяют во многих областях, включая промышленное производство и медицинскую реабилитацию. В 2023 году глобальный объем рынка с точки зрения выручки был оценен в $0,7 млрд. Согласно докладу на портале MarketsandMarkets, уже к 2028 году рынок экзоскелетов достигнет $3,7 млрд, увеличившись почти на 39% с 2023 по 2028 год.
Основной фактор роста спроса на экзоскелеты – увеличение числа пожилого населения. В отчете Verified Market Research говорится, что с 2019 по 2050 год доля людей старшего возраста удвоится.
Еще один фактор – увеличившееся количество инсультов. По данным ВОЗ, за последние два десятка лет риск развития разных форм острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК) вырос на 50%. А третьем десятилетии 21 века уже каждый четвертый человек рискует перенести в течение жизни инсульт. Медицинские экзоскелеты используют для реабилитации лиц с двигательными нарушениями (вплоть до параличей) после перенесенного ОНМК (острого нарушения мозгового кровообращения).
Основатель Microsoft Билл Гейтс уверен, что робототехника изменит жизнь людей с особыми потребностями, подарит им возможность выполнять такие ординарные задачи как самостоятельный подъем по лестнице, принятие пищи и ежедневная полноценная коммуникация с другими людьми. В том числе благодаря применению экзоскелетов удастся создать инклюзивную, открытую среду для людей с особыми потребностями.
Наконец, третий фактор роста спроса на экзоскелеты – появление инноваций. Так, уже появляются решения, работающие с использованием технологий искусственного интеллекта. Такие экзоскелеты качественно улучшают жизнь человека, повышают выносливость и даже дарят «суперспособности».Оборудование дарит радость движения практически парализованным людям, расширяет возможности рабочих, облегчая работу с тяжелыми грузами, и даже помогает бороться с лесными пожарами в труднодоступных областях! Хотя нас в первую очередь интересуют вопросы медицинской реабилитации, не можем не рассмотреть более детально, какое применение экзоскелеты нашли в разных сферах деятельности человека.
Суперсила для каждого: сферы применения экзоскелетов
В производстве
.jpg "23wa-full (1).jpg")
Рис. 2. Промышленный экзоскелет
В производственных условиях некоторые работники испытывают серьезную физическую нагрузку. Экзоскелет может взять вес груза на себя, выступая в роли высокотехнологичного рычага, облегчающего работу на 30-50%. Например, роботокостюм может поддерживать руки и плечи при переносе грузов, а также фиксировать конечности при выполнении манипуляций на весу. Массовое внедрение разработки может увеличить производительность труда.
В военной сфере
Рис. 3. Экзоскелет для военных
Примечательно, что первые экзоскелеты разрабатывались именно для военных. Современные роботокостюмы используют при такелажной работе, инженерных и саперных работах, а также при прямом контакте с боевым противником. Так, благодаря экзоскелету солдат может проносить тяжелое оборудование, амуницию весом 50 кг и более.
В Китае «железным доспехам» нашли нестандартное применение – ими планируют снарядить пожарных для борьбы с возгораниями в труднодоступных зонах.
В медицинской реабилитации
Рис. 4. Экзоскелет с тредмилом (дорожкой) для медицинской реабилитации
Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, болезнями опорно-двигательного аппарата страдают 1,71 млрд человек во всем мире, многие из которых нуждаются в вспомогательных средствах. Согласно исследованиям ученых из Стэнфорда, экзоскелет – достойная альтернатива костылю, увеличивает скорость ходьбы на 40%. Но примечательны медицинские роботокостюмы не только этим.
Медицинский экзоскелет упрощает реабилитацию тяжело больных, расширяет возможности терапии и облегчает процесс контроля за тренировками для инструктора ЛФК.
Медицинские экзоскелеты для детей
Рис. 5. Детский экзоскелет ExoAtlet (ЭкзоАтлет)
Оборудование легко настраивается с учетом физических параметров пациента, а также программируется индивидуальная настройка паттерна шага. Существуют даже экзоскелеты для детей, разработанные с учетом возрастных анатомо-физиологических особенностей маленьких пациентов. Так, к тренировкам допускаются дети ростом от 94 см. Модели экзоскелетов для детей представлены в отечественных брендах ExoAtlet и REMOTION.
Показания к применению медицинских экзоскелетов
Перечень показаний к использованию медицинских роботокостюмов обширен, среди них:
Болезни центральной нервной системы:
- центральные и периферические нижние плегии и парезы;
- последствия детского церебрального паралича в виде нижнего гемипареза;
- гемиплегия, гемипарез, параплегия и парапарез в том числе, вызванный церебральным инсультом;
- заболевания центральной и периферической нервной системы, сопровождающиеся нарушением функции ходьбы
- последствия длительной иммобилизации нижних конечностей;
- последствия травм и заболеваний суставов, костей и мышц нижних конечностей и тазового пояса;
- послеоперационный период после эндопротезирования крупных суставов нижних конечностей;
- послеоперационный период лечения заболеваний суставов, мышц, костей и сухожилий нижних конечностей и тазового пояса;
- восстановительный период после остеосинтеза костей нижних конечностей и тазового пояса;
- период консервативного лечения деформирующих остеоартрозов крупных суставов нижних конечностей;
- дорсопатии, сопровождающиеся существенным нарушением функции ходьбы.
«Ходьба тренируется только в ходьбе»: медицинский экзоскелет как новое средство в реабилитации
Согласно данным ВОЗ, ежегодно до 500 000 человек получают травму позвоночника, осложненную повреждением спинного мозга, среди них – лица, остающиеся глубокими инвалидами с неблагоприятным прогнозом восстановления ходьбы. Для некоторых инвалидов экзоскелет – единственный инструмент, позволяющий делать самостоятельные шаги.
Рис. 6. Медицинский экзоскелет для инвалидов для ног
Наиболее тяжелые последствия травм спинного мозга – центральные параличи и нарушение функции ходьбы. Продолжительность адаптации и физические затраты медицинского персонала – предпосылка к разработке роботизированных устройств, сочетающих раннюю мобилизацию и двигательную активность.
В частности, при пассивных тренировках (при помощи тренажера) возможно полностью предотвратить болевой синдром, который обычно и является основной причиной того, что пациент избегает проводить реабилитационные процедуры.
«Ходьба тренируется только в ходьбе» – выражение, упоминаемое в многочисленных работах исследователей, подтверждается практикой.
Так, доказано, что многократно повторяющиеся локомоторные тренировки в роботизированных ортезах посредством механизмов нейропластичности способствуют улучшению функции передвижения и повседневной двигательной активности (Черникова, 2015).
Кроме того, пациенты, в реабилитации которых применялись ассистирующие роботизированные тренировки на движущейся поверхности в комбинации с физиотерапией, достигали лучших результатов в самостоятельной ходьбе, чем пациенты, получавшие только традиционную терапию (Мейерхольц, 2013).
Однако, настоящей революцией в расширении безбарьерной среды для таких пациентов стало появление экзоскелетов, способных ходить по неподвижной поверхности.
В странах, где придается большое значение социальной направленности внутренней политики, созданы экзоскелеты, функционал которых позволяет восполнить утраченные функции, осуществить физическую и социальную реабилитацию пациентов.
Медицинские экзоскелеты, расширяющие безбарьерную среду для пациентов с особыми потребностями, осуществляют автоматизированную физиологическую ходьбу с полной осевой нагрузкой по неподвижной части. Медицинские роботокостюмы предназначены для отработки циклических движений, задействованных при ходьбе, и контроля горизонтального и вертикального перемещения центра массы (Stampacchia и авторы, 2016).
Первый прототип экзоскелета мир увидел в 1890 году. Однако, о разработке первого отечественного экзоскелета пассивной модификации ExoAtlet P в СМИ заговорили в 2011 году. Пилот такого роботокостюма может переносить грузы до 100 кг. Следующая модификация Р-1 создана для снятия нагрузки с бойцов при ношении штурмового щита. Конструкция данной версии экзоскелета снабжена устройством для фиксации и быстрого снятия щита, что критически важно в условиях боевых действий.
Рис. 7. Медицинский экзоскелет для ног. Система разгрузки веса и тредмил (дорожка)
Впрочем, основное внимание приковано даже не к военным, а к гражданским экзоскелетам EхоAtlet. Так, благодаря «железной броне» человек с нарушениями двигательных функций нижних конечностей может ходить, садиться, вставать, подниматься и спускаться по лестнице без посторонней помощи. Лишь по ExoAtlet в отечественных и зарубежных источниках существует по меньшей мере 15 клинических исследований, не говоря уже о десятках исследований, посвященных импортным медицинским экзоскелетам.
Впрочем, основное внимание приковано даже не к военным, а к гражданским экзоскелетам EхоAtlet. Так, благодаря «железной броне» человек с нарушениями двигательных функций нижних конечностей может ходить, садиться, вставать, подниматься и спускаться по лестнице без посторонней помощи. Лишь по ExoAtlet в отечественных и зарубежных источниках существует по меньшей мере 15 клинических исследований, не говоря уже о десятках исследований, посвященных импортным медицинским экзоскелетам.
Экзореабилитация: резюме данных клинических исследований медицинских экзоскелетов
Итак, медицинские экзоскелеты – устройства, предназначенные для восполнения утраченных функций, увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений за счет внешнего каркаса и приводящих элементов.Проведены исследования, демонстрирующие эффективность применения медицинских роботокостюмов у пациентов, перенесших черепно-мозговые травмы, травмы позвоночника, инсульты, у лиц с рассеянным склерозом и ДЦП, а также у тех, кто получил травмы в ходе боевых действий.
Рис.8. Медицинский экзоскелет ExoAtlet (Экзоатлет) для реабилитации и абилитации
Клинические исследования показали безопасность применения экзоскелетов. Были выработаны и опробованы протоколы, созданы методики применения экзореабилитации на большом количестве пациентов. Исследователями получены научно обоснованные результаты, подтвердившие эффективность даже на таком прогрессирующем заболевании, как рассеянный склероз.
Клинические исследования показали безопасность применения экзоскелетов. Были выработаны и опробованы протоколы, созданы методики применения экзореабилитации на большом количестве пациентов. Исследователями получены научно обоснованные результаты, подтвердившие эффективность даже на таком прогрессирующем заболевании, как рассеянный склероз.
Пора ввести новое понятие – экзореабилитация. Это непрерывный длительный процесс реабилитации, сочетающий ходьбу в экзоскелете с другими реабилитационными методиками. Цель восстановительных мероприятий – улучшение самочувствия пациентов, частичное или даже полное восстановление способности ходить.
Экзореабилитация – это не только восстановительный процесс, но и социальная интеграция людей с двигательными нарушениями.
Как применение экзоскелета влияет на локомоторные функции (см. таблицу ниже):
- увеличивается скорость передвижения, темп и длина двойного шага;
- в ряде исследований удалось добиться полного устранения временной асимметрии;
- повышается опорная и толчковая функции нижних конечностей;
- повышается устойчивость пациентов;
- уменьшается раскачивание туловища относительно фронтальной плоскости;
- уменьшается степень парапареза.
Разумеется, улучшается и психоэмоциональное состояние пациентов – они чувствуют себя более уверенно, активно взаимодействуя с социумом.
Читайте также: Что такое роботизированная иппотерапия. Отличие от классической
Аппарат можно использовать как на ранних этапах реабилитации, дополнительно комплектуя подвесной системой для реабилитации с медицинским тредмилом и рельсовой системой перемещения (экзоскелет можно настроить в соответствии с работой дорожки), так и на более поздних.
Отдельно стоит отметить исследования, рассматривающие эффективность применения экзоскелетов в комбинации с другими реабилитационными методами – например, с электромиостимуляцией. Например, REMOTION оборудован системами электромиографии и функциональной электростимуляции мышц – занятия роботизированной механотерапией в сочетании с ФЭС улучшает локомоторные функции (Ткаченко, 2018).
Также интересны исследования эффективности экзоскелета для детей ДЦП, у которых могут формироваться грубые нарушения двигательной функции и происходят серьезные структурно-морфологические изменения в мышцах нижних конечностей. В результате использования экзоскелета нормализуется мышечный тонус, восстанавливается объем активных и пассивных движений.
Примечательно, что максимальная эффективность экзореабилитации достигается при длительном непрерывном процессе ходьбы. Обучение и первые тренировки в течение 14 дней проводят в стационарных условиях, продолжаются в течение нескольких месяцев амбулаторно.
Рис. 9, Роботокостюм для инвалидов для ног
Благодаря комплексному, непрерывному процессу многие пациенты сохраняют трудоспособность и активную социальную жизнь.
Благодаря комплексному, непрерывному процессу многие пациенты сохраняют трудоспособность и активную социальную жизнь.
Ниже представлены исследования, посвященные экзоскелетам ExoAtlet®.
Табл. 1. Исследования, посвященные экзоскелетам ExoAtlet®
Продолжение табл. 1
Продолжение табл. 1
Продолжение табл. 1
Продолжение табл. 1
Подробнее об ExoAtlet – на странице бренда и в разделе Актуальная реабилитология.
Рис. 10. Успешная абилитация с экзоскелетом для инвалидов для ног
Команда REAMED отслеживает новые разработки в сфере медицинской реабилитации и выводит наиболее эффективные из них на рынок.
Оставайтесь с нами и будьте в курсе актуальных достижений в области реабилитологии!
.jpg)
.jpg "Фото Роботизированный экзоскелет для реабилитации детей со встроенной системой ФЭС и ЭМГ")
.jpg "Фото Роботизированный экзоскелет для реабилитации взрослых с встроенной системой ФЭС и ЭМГ")
