Через тернии — к разработке

Протез-тренажер предназначен для реабилитации людей с двигательными нарушениями, которые проявляются в патологическом перераспределении мышечного тонуса, снижении силы мышц, нарушении взаимодействия между мышцами агонистами (главные мышцы) и синергистами (мышцы, которые работают совместно с другими). Такие состояния могут возникнуть после инсульта или при детском церебральном параличе (ДЦП) — группе двигательных расстройств, которые возникают из-за повреждения различных мозговых структур в перинатальном периоде. Устройство предназначено для того, чтобы предотвратить мышечную дистрофию, развить мобильность суставов и нарастить мышечную массу.

Идея создать протез-тренажер, который мог бы дополнить занятия с врачом, возникла у разработчика еще в бакалавриате, на третьем курсе программы «Информатика и вычислительная техника» в ИТМО. Артём Меинов сам живет с ДЦП, поэтому хорошо понимает, с какими трудностями сталкиваются люди с ограниченными двигательными возможностями и какая помощь им нужна. Тогда на одну из пар в университете пришел доцент факультета программной инженерии и компьютерной техники Аркадий Ключев, который искал идеи для новых проектов и поддержал начинания Артёма — в то время студент как раз обсуждал свою разработку с реабилитологом. Но создавать протез одному было тяжело, поэтому разработчик собрал команду, с которой успел подготовить первый прототип и принять участие в нескольких конференциях, в том числе в Высшей школе экономики в Москве и МГУ имени Ломоносова. Но там идею не оценили, и после нескольких таких попыток у Артёма пропал энтузиазм и начались проблемы с командой — она распалась.

На время студент оставил идею и поступил в магистратуру ИТМО на «Программную инженерию». А спустя полгода уехал по обмену в Австрию, в Инсбрукский университет имени Леопольда и Франца. Там Артём наладил контакт с преподавателями — они поддержали идею тренажера и даже предложили поработать в Центре менеджмента Инсбрука консультантом для бакалавров, которые пишут научные работы. 

Помимо этого, Артём показал свою разработку в Мюнхенском техническом университете и пообщался со специалистом в области медицинской информатики Нассиром Навабом. Оказалось, там уже разрабатывали подобную систему и предложили объединить наработки. В феврале 2020 года Артём вернулся в Петербург на защиту диссертации, но в это время закрыли границы из-за пандемии, и проект снова пришлось отложить.

А в прошлом году в Центре сопровождения инклюзивного образования ИТМО аспиранту предложили представить протез на VII Национальном форуме реабилитационной индустрии и универсального дизайна «Надежда на технологии» на ВДНХ в Москве ― к этому времени у разработчика была уже третья версия тренажера.

Как работает протез-тренажер

Конструкция протеза состоит из двух неподвижных частей: одна крепится на плечевой сустав, а другая — на предплечье. Между собой части устройства соединены шарниром. Электронная часть протеза состоит из программируемой микросхемы, клавиатуры, экрана, системы ввода и вывода, а также сервомотора, который приводит механизм в движение — сгибает руку в локтевом суставе с заданной скоростью до достижения заданного угла. Одной зарядки прототипа хватает на 30–40 минут работы, в среднем же занятие длится 15–20 минут.

Чтобы приступить к тренировке, реабилитолог сначала задает протезу начальное положение руки, удобное для пациента, ведь не все люди могут иметь полный диапазон движения из-за ограниченных возможностей мышц. Затем специалист задает конечное положение — максимальный угол разгибания руки, который не навредит пациенту, а также устанавливает время упражнения, силу и скорость. Все эти параметры врач настраивает индивидуально под конкретного пациента с помощью клавиатуры. Параметры при этом выводятся на дисплей.

По словам разработчика, у существующих на рынке аналогов есть несколько критичных недостатков. Как правило, это громоздкие, неудобные устройства, которые не позволяют воспроизвести весь диапазон движений, — они стационарны и задействуют все тело пациента. Протез-тренажер, разработанный Артёмом Меиновым, — мобильный и компактный (устройство задействует только руку). Также автор проекта сделал тренажер более функциональным, добавив возможность самостоятельно настраивать необходимые параметры — угол, скорость и силу упражнения.

«Я хочу развивать направление реабилитационной медицины для людей с ограниченными возможностями мышц. Причин тому несколько. Во-первых, многие существующие устройства устарели, а во-вторых, в России либо сложно найти доступные аналоги, либо они стоят очень дорого. Кроме того, такие устройства, как правило, создают люди, которые не являются их целевой аудиторией, и поэтому аппараты получаются неудобными — с этим я столкнулся на форуме на ВДНХ, когда сам попробовал несколько тренажеров и вертикализаторов (аппарат для обеспечения вертикального положения и самостоятельного передвижения людей с ограниченными возможностями здоровья). Я же понимаю потребности людей с двигательными расстройствами, так как сам живу с ДЦП. И если сегодня я занимаюсь обычным спортом и не нуждаюсь в реабилитации, то 15–20 лет назад я сам пользовался такими тренажерами. Тогда технологии были мало развиты, и в реабилитационных центрах было доступно лишь простейшее оборудование: беговая дорожка, эллипсоид, степпер и что-то подобное», — рассказал аспирант ФПиКТ Артём Меинов.

Прочитайте также:

«Инклюзивные технологии в эпоху новой реальности» — какие проекты представили на секции инклюзивного образования КМУ

Музыка каждому: студент ИТМО вместе с командой создает инструмент, на котором смогут играть люди с ограниченными возможностями здоровья

Перспективы разработки

Сейчас протез-тренажер подходит только для разработки мышц рук, но аспирант уже занялся созданием аналогичных приборов для запястья и пальцев. В будущем Артём Меинов планирует внедрить разработку в массовое производство — для этого он хочет зарегистрировать изделие как не просто реабилитационное, а медицинское устройство. Такой статус позволит учесть больше важных параметров при производстве: например, использовать гипоаллергенные материалы, которые не позволят потеть руке и не будут вызывать аллергию.

«Протез-тренажер имеет все шансы выйти на рынок. Более того, некоторые практикующие врачи и производители медицинского оборудования уже высказали заинтересованность в разработке. В будущем технологию можно адаптировать под мыщцы и суставы ног, а также оснастить ее системой удаленного мониторинга, которая поможет врачу контролировать процесс реабилитации. Сказать, какая будет цена у протеза, пока сложно, так как Артём еще планирует экспериментировать с запчастями и материалами, но она точно будет в несколько раз ниже, чем у аналогов», — рассказал научный руководитель аспиранта, профессор факультета программной инженерии и компьютерной техники ИТМО Игорь Бессмертный.