|
 Мониторинг реабилитационных процедур с применением лечебных костюмов
Мониторинг реабилитационных процедур с применением лечебных костюмов
 |
|
К.т.н, инж. Зенон ОЦЕПА
Заведующий Центральной лабораторией Института мехатроники, нанотехнологии и вакуумной техники Кошалинского политехнического университета. Занимается мехатроникой, электрическими приводами и программируемыми системами управления и мониторинга. В научной работе моделирует и исследует цифровые алгоритмы управления дискретными и непрерывными процессами. Является судебным экспертом в области компьютерных систем мониторинга и управления.
Ришард КОВАЛЬЧИК
Директор Реабилитационного центра ЕВРОМЕД в д. Хлопы. Внедрил на польском рынке лечебно-реабилитационных услуг российский космический костюм. Занимается, главным образом, организаци-ей восстановительного лечения пациентов с детским церебральным параличом. С 1994 года, сначала в санаторном центре Сирена в Мельно, а в настоящее время в д. Хлопы б. Мельна, на лечении в фирме Евромед находились 7600 пациентов.
|
Резюме
В статье рассматривается организационная и техническая работа ООО «Реабилитационный центр Евромед» в области совершенство-вания качества оказываемых услуг по восстановительному лечению с применением космического костюма «Адели». В сотрудничестве с Кошалинским политехническим университетом разрабатываются технические системы мониторинга, обеспечивающие объективный контроль качества процедур и создающие возможность дистанцион-ного надзора за процессом восстановительного лечения. В работе излагается концепция системы дистанционного мониторинга реаби-литационных процедур, производимых с использованием специаль-ных костюмов.
Ключевые слова: реабилитационный костюм, система мониторинга.
Monitoring of therapeutic and rehabilitative procedures with an application of suits
Abstract
The article treats about the organizational and technical activities performed by the Euromed Rehabilitation Center LLC in the field of quality improvement of rehabilitative services based on using an adapted cosmonauts Suit. The technical systems of monitoring are being designed in conglomeration with Technical University of Koszalin. The above mentioned systems will guarantee objective control over the quality of the treatment as well as will enable supervision of the process of rehabilitation. The thesis presents the concept of remote monitoring system over the rehabilitative procedures conducted with an application of the special suits.
Keywords: rehabilitative suit, monitoring system.
|
1. Лечебные костюмы
По разным оценкам в мире живёт около пятнадцати мил-лионов лиц, страдающих детским церебральным параличом (ДЦП) и это число в ближайшие годы не будет уменьшаться. ДЦП - последствие поражения центров и нервных путей, проявляющееся в виде двигательных нарушений, косноязы-чия и других моторных функций. ДЦП - наиболее частая причина детской инвалидности.
Специалисты в области вос-становительного лечения считают, что для детей с ДЦП в возрасте от нескольких недель до двух лет возможна относи-тельно эффективная реабилитация, имеющая своей целью коррекцию функций двигательного аппарата, а в последую-щие годы (в возрасте более трёх лет) возможности эффектив-ного лечения детей, которые раньше не реабилитировались, намного меньше. Применение в начале девяностых годов специальных костюмов в восстановительном лечении детей и подростков с ДЦП создало возможность эффективной реаби-литации также для этой возрастной группы.
ООО «Реабилитационный центр Евромед» в д. Хлопы – ав-торизованный и лицензированный центр восстановительного лечения, оказывающий лечебно-реабилитационные услуги пациентам, страдающим психодвигательными расстройства-ми, сопровождающими заболевания, связанные с церебраль-ным параличом, повреждениями спинного мозга, различными формами черепно-мозговых травм у жертв несчастных случа-ев, и с болезнью Паркинсона. Центр Евромед в д. Хлопы с 1994 года известен на рынке реабилитационных услуг в Польше благодаря внедрению в нём методики лечения с применением адаптированного космического костюма „Адели”.
|
|
|
Методика лечения „Адели”, применяемая в Реабилитацион-ном центре «Евромед», запатентована в 52 странах (PCT Женева). Она опирается на индивидуальный план реабилита-ционных занятий, разрабатываемый на основании рекоменда-ций врача и терапевтов, с учетом данных медицинской доку-ментации, предоставленной пациентом.
Программа лечения по вышеуказанной методике включает не только занятия с использованием космического костюма, но и кинезитерапию, физиотерапию, лечебный массаж, виб-ростимуляцию, термотерапию гелевыми компрессами и крио-терапию жидким азотом.
|
Рис. 2. Вид избранных реабилитационных костюмов
Fig. 2. View selected rehabilitation suits |
|
2. Мониторинг терапевтических процедур у пациентов в костюмах
Прототип костюма „Адели” был разработан в 1971 году в центре космических полётов и космической медицины в России. Первоначальным применением костюма было ниве-лирование у космонавтов отрицательных последствий со-стояния невесомости. В связи с редкостью космических полё-тов, это были единичные процедуры.
Центр Евромед – единственное учреждение за пределами России, получившее лицензию на применение космических костюмов „Адели” в восстановительном лечении. В мире используются похожие костюмы, но они не так известны, как технология „Адели” в центре Евромед (7600 пациентов с 1994 года). Эта методика эффективна в лечении психомоторных расстройств, что подтверждается свидетельствами пациентов и мировыми публикациями.
В Реабилитационном центре Евромед не ограничились пер-воначальной версией костюма „Адели”, а в течение последних лет разработали новые костюмы, как напр. пока-занный на рисунке 2 костюм с резиновыми пружинами, иг-рающими роль тяг. На этом же рисунке второй костюм обо-рудован рядом пневматических камер.
РЦ Евромед сотрудничает с ИМНиВТ Кошалинского поли-технического университета в области обучения и научно-конструкторских работ по развитию реабилитационного оборудования. Студенты направления «Мехатроника» - спе-циальности «Медицинская аппаратура и реабилитационные устройства», и направления «Биомедицинская инженерия» проходят некоторые практические занятия на фирме РЦ Ев-ромед.
Намерение авторов - разработка компьютерной системы мониторинга процесса лечения, проводимого с применением реабилитационного костюма. Эта система будет поддержи-вать используемую в центре Евромед, запатентованную мето-дику терапии „Адели”.
В настоящее время качество (интенсивность, пространст-венный объем движений и их повторяемость) упражнений пациента, одетого в костюм, зависит главным образом от методиста, который опирается на свои умения и опыт. Каж-дый раз (в течение каждого дня упражнений), одев пациента в костюм, методист налаживает на костюме резиновые тяги. Эта наладка заключается в установке направления действия сил, созданных тягами, и определении различных значений силы их натяжения. В случае детей это сила порядка нескольких до нескольких десятков ньютонов силы.
Не проводятся измерения (мониторинг) сил, создаваемых тягами на костюме и воздействующих на тело пациента. На-тяжение тяг задается субъективно методистом в соответствии с предварительными рекомендациями врача. Во время вы-полнения двигательных упражнений пациентом, одетым в костюм, в настоящее время не применяются никакие прибо-ры объективного контроля правильности упражнений и не проводятся измерения.
Оценка лечебного прогресса пациента в течение отдельных упражнений (в течение данного дня), а также в масштабе всего цикла реабилитации, субъективна и принимается пер-соналом Центра.
|
Было принято решение о модернизации методики реаби-литации «Адели» в Центре Евромед путем внедрения компь-ютерной системы мониторинга процедур, проводимых ведён-ных с применением костюмов.
Идут проектировочные и внедренческие работы по:
• оснащению костюма датчиками,
• разработке и внедрению мобильного микропроцессор-ного контроллера, прикрепляемого непосредственно к костюму,
• запуску беспроволочной передачи данных от контрол-лера на компьютер,
• разработке программного обеспечения визуализации измерительных данных на компьютере.
Самой неотложной потребностью является измерение силы натяжения резиновых тяг, установленных на костюме. Для этого было решено применить датчики силы и напряжений, такие как напр. датчики изображенные на рисунке 3.
a) b) |
|
Рис. 3. Датчики силы: а) тензометрический, б) реостатный
Fig. 3. Force sensors: a) tensometer, b) resistanse |
Rys. 4. Зависимость кондактанса от возбуждающей сила для пленочного тензометра
Fig. 4. Conductance curve for flexiforce sensor’s |
|
Ведутся также поиски других миниатюрных датчиков си-лы, а также датчиков линейных и угловых перемещений, напр., фирмы Tekscan [4]. На рисунке 4 показана удобная для калибровки (линейная) характеристика пленочного тензомет-рического датчика этой фирмы. На чертеже кондактанс вы-ражен в сименсах, а сила в ньютонах.
Многообещающими представляются реостатные датчики (рис. 3 б, рис. 5), изготовленные из специальной резины, которое изменяют свое активное сопротивление под воздей-ствием растяжения. Они отсутствуют на польском рынке датчиков и были куплены в США. В Кошалинском политех-ническом университете ведутся исследования повторяемости измерений и стойкости сенсора (резинового датчика) этих устройств на условия окружающей среды во время терапев-тических занятий.
|
|
Рис. 5. Тяги и резиновые датчики
Fig. 5. Rubber Springs and sensors |
На рисунке 6 показаны характеристики изменений активно-го сопротивления трёх резиновых сенсоров силы при их рас-тяжении. Во время измерений сознательно дотрагивались рукой к незакрытому (проводящему электрический ток) дат-чику длиной 305 мм и отсюда на графике появился неблаго-получный рисунок кривой. Резиновые сенсоры можно уста-навливать на костюме вместе с резиновой тягой, или в неко-торых случаях могут даже заменять эти тяги.
|
|
Рис. 6. Характеристика изменений сопротивления резиновых сенсоров
Fig. 6. Characteristic changes in sensor resistance of rubber
|
Рис. 7. Тестовая версия контроллера
Fig. 7. Controller trial |
|
На процессоре STM32 предусмотрен измерительный мик-роконтроллер (рис. 7), который сможет за долю секунды прочесть сигналы 16-ти датчиков силы и напряжения, и по
проводу (USB) или беспроводным путем (радиопередача) отправить измерительные данные на компьютер. Микрокон-троллер может фиксировать данные измерений в своей памя-ти типа флеш. Измерительный контроллер оснащен отдель-ным питанием, он использует не более 100 мА тока из трех аккумуляторов АА при частоте тактирования процессора 72 МГц. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа контроллера в течение более десяти часов.
Идут испытания беспроволочной передачи измерительных данных от контроллера на компьютер с применением типич-ного, доступного в продаже радиомодуля RFM12 Б / 868 МГц, с силой передатчика 5 мВ, который использует дополнитель-но несколько мА тока. Применение другой беспроволочной передачи данных, напр. ZigBee или WiFi может ещё увели-чить общее потребление тока из аккумуляторов.
Намечается также разработка графического (интерактивно-го) интерфейса для наблюдения пациентом, занимающимся в костюме. Тогда возникнет возможность создать обратную связь во время упражнений (biofeedback), благодаря чему повысится привлекательность занятий для пациента. Это повлияет на повышение активности пациента, упражняюще-гося в костюме и в некоторых случаях на самостоятельную реабилитацию.
|
На рисунке 8 изображен экран компьютера, принимающий измерительные сигналы от контроллера, установленного на костюме.
Этот экран используется в тестировании системы монито-ринга, в градуировке датчиков силы и в наладке сил натяже-ния резиновых тяг на костюме.
1. Итоги и выводы
Введенье аппаратуры, отслеживающей ход лечебно-реабилитационных процедур по методике „Адели”, обоснова-но, так как:
• технология восстановительного лечения „Адели” с при-менением специального костюма себя оправдала (Евро-мед и другие центры в мире) и стоит её развивать путем использования современной компьютерной техники,
• технология „Адели” без компьютерного мониторинга дорогая, потому что требует участия многих высококва-лифицированных специалистов медицины и восстано-вительного лечения,
• введенье мониторинга процесса лечения путем измере-ния важных параметров упражнений пациента в костю-ме повысит привлекательность и эффективность заня-тий, а также облегчит объективную оценку успехов в лечении пациента,
• использование компьютерной техники в лечебно-реабилитационном процессе сделает возможным созда-ние баз данных пациентов с зафиксированными резуль-татами проведенных занятий.
В настоящее время, время развитой компьютерной техники и вездесущего Интернета, становится осуществимым прове-дение комплексного и непрерывного восстановительного лечения пациента не только в специализированных реабили-тационных центрах, но и в домашних условиях. Это может происходить "на расстояние", под дистанционным профес-сиональным надзором специалистов, находящихся в реабили-тационном центре.
|
|
Рис. 8. Тестовая версия программного обеспечения
Fig. 8. Trial software |
|
