Что такое экзоскелет и в чем его назначение?

Экзоскелет Remotion – это медицинское роботизированное устройство, предназначенное для обеспечения принудительной подвижности нижних конечностей человека: приседание, вставание, ходьба, шаг на месте и многие другие программируемые движения могут создаваться и запускаться врачом. Система фиксации и настраиваемые по антропометрии размеры обеспечивают пациенту длительное комфортное пребывание в экзоскелете на время сеансов.

Экзоскелет Remotion создан в двух версиях: Remotion Base и Remotion Kids, для реабилитации взрослых и детей. Версия Remotion Base рассчитана на взрослых пациентов с ростом от 160 до 190 см и массой до 100 кг, детская версия Remotion Kids рассчитана на детей с ростом от 130 до 160 см и массой до 60 кг.

Модульность экзоскелета Remotion

Практически все современные отечественные и зарубежные экзоскелеты имеют один серьезный недостаток – цельную конструкцию. Remotion лишен этого недостатка, предоставляя лечащему врачу и пациенту полную свободу. Модульность – это инновационное свойство конструкции, позволяющее за пару минут отключать или подключать модули стопы, голени и бедра в любых допустимых сочетаниях в зависимости от заболевания и физического состояния пациента. Модульность на текущий сеанс устанавливается врачом, исходя из показаний и обратной связи от самого пациента. Допустимые конфигурации модулей показаны в таблице. Почему модульность так важна? Потому что само по себе нахождение здоровой конечности в экзоскелете совершенно бессмысленно и даже мешает сеансу реабилитации! Если пациент способен шагать здоровой ногой, то пусть шагает самостоятельно, сосредоточившись на тренировке больной ноги.

Для врача или ассистента настройка модульности также не представляет никакой трудности: требуется просто ослабить один болт и отключить один разъем.

Функциональная электростимуляция

Медицинская наука изучает и применяет электростимуляцию мышц с 19 века, доказав ее эффективность и безопасность. Идея использования электростимуляции совместно с экзоскелетами уже давно лежит на поверхности, однако для ее применения на практике необходимы серьезные меры безопасности от растяжений, судорог, разрывов и других травм. Реализация этих требований, а также удобство установки и программирования реабилитационных методик представляет технически сложную задачу, которую до сих пор не решили ни в одном серийно выпускаемом экзоскелете.
Значит экзоскелет Remotion будет первым! Совместно с 5-ю блоками стимуляции по 4 канала каждый, Remotion представляет собой единый аппаратно-программный комплекс, функционирующий синхронно и слаженно. Врач самостоятельно настраивает параметры стимуляции по каждому каналу, синхронизируя стимулирующие волны с циклом шага. Сила стимуляции согласовывается с пациентом и может прецизионно подстраиваться в любой момент. Только такой подход позволит получить максимальный восстановительный эффект от сеансов в экзоскелете.

Электромиография

Конструктивно в блоках электростимуляции реализована еще одна замечательная функция, необходимая для любого реабилитолога – это электромиография (ЭМГ) по тем же 20 каналам. ЭМГ не относится к классу высокоточных исследований, однако позволяет достоверно определить прогресс пациента в виде стабильного повышения мышечных биопотенциалов, например, в конце курса по сравнению с началом. Руководство по эксплуатации содержит подробный иллюстрированный атлас установки электродов как для процедуры ФЭС, так и для ЭМГ.

Программное обеспечение

Интерфейсы почти всех современных экзоскелетов представляют собой лишь примитивные пульты управления, посылающие простые команды «сесть/встать/шагать/стоп и т.д.», поэтому качественная индивидуальная реабилитация на таких устройствах крайне затруднена.
Remotion имеет современный пульт с цветным емкостным дисплеем для оперативной работы «из коробки». Однако основной потенциал Remotion раскрывается только с использованием специальной утилиты RemotionTool, которая запускается на персональном компьютере врача, подключенном по Wi-Fi к экзоскелету.
RemotionTool содержит готовый набор инструментов для создания реабилитационных методик с различной модульностью, конфигурацией каналов ФЭС и ЭМГ, антропометрией пациентов и прочими атрибутами. Сам по себе процесс создания новой методики – дело очень ответственное, поэтому для исключения ошибок и экономии времени врача предусмотрена полноценная программная симуляция сессии. В процессе моделирования врач видит выбранный состав модулей, циклы и настроенные гониограммы шага, активацию каналов ФЭС и в целом динамику пациента с надетым экзоскелетом. После этого методика загружается по Wi-Fi на экзоскелет и пробуется «на холостую», т.е. без участия пациента. И лишь после успешного испытания допускается начинать реальные сеансы с пациентом.
Для эксплуатации RemotionTool требуется создавать отдельные аккаунты для врачей и пациентов в целях разделения ответственности. Программа ведет детальный журнал всех событий и не составить труда узнать какой специалист с каким пациентом по какой методике проводил сеансы.
Таким образом, Remotion является мощным и удобным аппаратно-программным комплексом, способным удовлетворить запросы современного практикующего реабилитолога или исследователя в предметной области. Ни один современный экзоскелет (по состоянию на 2019 г.) не имеет такого функционального программного обеспечения и опций работы.

Команда лаборатории Мехатронные системы и процесс разработки

Remotion состоит примерно из 1800 деталей различной сложности, не считая крепежа и стандартных компонентов. Аппаратное обеспечение состоит из блока управления, собственного пажаро- взрывозащищенного аккумулятора, четырех электроприводов и пяти блоков ФЭС и ЭМГ. Блоки объединенных промышленным помехоустойчивым интерфейсом. Вся эта титаническая работа была выполнена компактной группой увлеченных инженеров всего из 16 человек за 2 года!

При разработке Remotion использовались импортные компоненты в части электроники и электропривода. Собственной уникальной разработкой проекта является планетарно-цевочный редуктор, обеспечивший точность, надежность и отличные массогабаритные показатели. Пластиковые и металлические элементы конструкции разработаны инженерами лаборатории Мехатронные системы и изготовлены на отечественных предприятиях. Благодаря неукоснительному соблюдению стандартов ЕСКД Remotion может быть адаптирован под производственную базу любого современного предприятия.

Показания к применению экзоскелета

В конце перечислим основные (но далеко не все) заболевания, для лечения которых предназначен Remotion:
1) 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;
2) Последствия травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата, сопровождающиеся нарушением функции нижних конечностей:
— последствие 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 и повреждений 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.