Экзоскелеты в биотехнических системах реабилитации

За последние 5 лет в Российской Федерации от болезней системы кровообращения умерли 6,4 млн человек, из них 18,9% — лица трудоспособного возраста. В структуре смертности от болезней системы кровообращения 1 -е место занимает ишемическая болезнь сердца (ИБС, 48%), 2-е — сосудистые заболевания мозга (39%), а в структуре инвалидизации цереброваскулярные болезни выходят на 1-е место [4, 6].

высокотехнологичного оборудования для восстановления функций повреждённых конечностей, а именно устройств и механизмов, позволяющих разгрузить мышечную массу нижних конечностей человека и одновременно обладающих лечебным эффектом, становится благоприятным фактором, улучшающим условия быта и реабилитации людей [46].

В настоящее время в реабилитационной медицине широкое распространение получили биотехнические системы (БТС), облегчающие функционирование естественных органов или стимулирующие их работу. Среди БТС, заменяющих естественные органы или утраченные функции, наиболее известны биоуправляемые аналоги органов движения, разрабатываемые с конца 50-х гг. 20 века, но они еще не вышли за рамки экспериментальных образцов. Прогресс в конструировании и применении БТС биомедицинского направления

обусловлен как достижениями биологии, физиологии и кибернетики в понимании сущности жизненных процессов, так и успехами микроэлектроники и компьютерной техники как средств использования накопленных знаний для медицинских целей.

В последние годы все большее распространение получили устройства, названные экзоскелетонами (экзоскелетами), то есть внешними скелетами.

линическое применение вертикализации доказало высокую эффективность в проведении реабилитационной терапии при самых различных неврологических нарушениях. Вертикализация позволяет эффективно улучшить и стабилизировать показатели сердечно-сосудистой системы, нормализовать процесс дыхания, улучшить подвижность мышц, активизировать работу и улучшить иннервацию опорно-двигательного аппарата. При этом вертикализация не только ускоряет процесс реабилитации, но и значительно снижает риск вторичных осложнений, связанных с длительной обездвиженностью пациента. Назначается также больным с ДЦП, спинальным дизрафизмом, мышечной дистрофией, рассеянным склерозом и др. при склонности к формированию сгибательных контрактур в тазобедренных и коленных суставах у детей, которые мало ходят или не ходят вообще, а передвигаются ползанием; наличии дисплазии тазобедренных суставов или состояния после операций на тазобедренных суставах; когнитивных нарушениях, отсутствии мотивации ребенка к вертикальному положению; спастичности и нарушении мышечного тонуса нижних конечностей, не

позволяющих ребенку самостоятельно стоять без совершения патологических движений и принятия патологических поз. Вертикализаторы способствуют также освоению двигательных действий и развитию функций верхних конечностей. Эти устройства показаны для детей раннего возраста - с 9-12 мес.

При систематическом использовании тренажерных устройств оказывается пассивное и активное воздействие на опорно-двигательную систему (мышцы, суставы), стимулируется или нормализуется деятельность структур головного мозга (гипоталамус, двигательные центры коры головного мозга и других отделов), активизация которых способствует поддержанию вертикальной позы, локомоторных актов, манипулированию предметами и т.д.

При правильном и систематическом применении вертикализаторов повышается уравновешенность и подвижность процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе, нормализуются моторно­висцеральные рефлекторные связи, снижается мышечный тонус, улучшается координация движений.

Многие зарубежные и отечественные фирмы, занимающиеся производством реабилитационного оборудования, предлагают широкий ассортимент вертикализаторов, предназначенных для детей различного возраста, а также взрослых с различным уровнем двигательной активности, локомоторными нарушениями и т.д.

Таким образом, применение вертикализации позволяет одновременно достичь нескольких целей:

• предотвратить образование сгибательных контрактур в тазобедренных и коленных суставах;

• помочь при профилактике когнитивных нарушений, отсутствии мотивации ребенка к вертикальному положению, спастичности и нарушении мышечного тонуса нижних конечностей, не позволяющих ребенку самостоятельно стоять без совершения патологических движений и принятия патологических поз;

• помочь освоить двигательные действия и развить функции верхних конечностей;

• восстановить мышечную силу ног, избежать атрофии мышц;

• восстановить навыки ходьбы;

• плавно адаптировать сердечно-сосудистую систему к физическим нагрузкам;

• предотвратить пролежни, пневмонию, нарушения мочеиспускания, дефекации и другие осложнения, связанные с длительной неподвижностью.

Однако на сегодняшний день нет эффективных алгоритмов, обеспечивающих устойчивое перемещение пациента в экзоскелете в процессе вертикализации, открытыми остаются вопросы математического моделирования поведения пациента в экзоскелете. Не развиты методы измерения характера движения отдельных элементов механической части экзоскелета и силового взаимодействия ступни с опорной поверхностью. Отсутствуют методики проектирования таких сложных систем, а также методики синтеза параметров регулятора системы автоматического управления приводами. Все это сдерживает дальнейшее развитие экзоскелетов - вертикализаторов и внедрение их в медицинскую практику.

1.2