Автоматизированная система контроля реабилитации пациентов с заболеваниями нервно-мышечной системы на основе технологий дополненной реальности

Система реабилитации и контроля действий пациентов с нейро-мышечными заболеваниями, сопровождающимися нарушением локомоторной функции, на основе технологий дополненной реальности. Применение системы позволяет видеть пациенту 3D изображение движений руки и/или ноги с одновременным выведением на экран монитора наиболее важных параметров движения конечности таких как линейная и угловая скорости, а также контролировать самим пациентом правильность выполняемого движения по сравнению с заданным двигательным паттерном.

Цель – разработать устройство и программы реабилитации нервно-мышечных заболеваний с применением технологии дополненной реальности.
Основные задачи проекта:
1. Разработать ТЗ по созданию аппаратного комплекса для реабилитации лиц с ограниченными двигательными возможностями и ТЗ программного обеспечения для количественного измерения параметров движений верхних конечностей
2. Разработать дизайн и структуру аппаратного комплекса для восстановления двигательной активности лиц с ограниченными двигательными возможностями с использованием дополненной реальности;
3. Определить направления реабилитации по нозологиям МКБ.10
4. Создать каталог реабилитационных упражнений для пациентов с параплегиями верхних конечностей.
5. Провести адаптацию технологии дополненной реальности на основе Leap Motion к режимам выполнения реабилитационных упражнений для пациентов с параплегиями верхних конечностей.
6. Разработать программное обеспечение для измерения параметров движений верхних конечностей человека в условиях ДР

Медицина является одной из важных областей применения дополненной реальности, используя ее для развивающих видеоигр и научной визуализации. В литературе имеется сообщения о применении среды дополненной реальности в лечении когнитивных и двигательных нарушений: расстройства аутистического спектра, слабоумие, ухудшение памяти, реабилитация пациентов с параличами, болезнью Паркинсона, ДЦП, восстановление в постинсультный период. Кроме того, дополненная реальность повышает мотивацию пациентов и побуждает их уделять реабилитационным занятиям больше времени. Анализ литературы показал, что при использовании ДР в реабилитационной терапии отсутствуют системы точного измерения параметров, например, движений, совершаемых пациентом

Система включает следующие блоки:

1. Аппаратный комплекс для восстановления двигательной активности.

Режимы воздействия аппарата для реабилитации Power Plate на двигательную систему человека: ускорение 18-40 м/с²; частота движения платформы аппарата 25-40 Гц; амплитуда вертикального смещения платформы 2 мм и 4 мм. Физическая нагрузка на аппарате Power Plate высокоэффективно устраняет двигательные расстройства, ускоряет процесс реабилитации, за короткий отрезок времени позволяет добиться необходимых результатов, позволяет пациенту осуществлять нервный контроль движений и функций опорно-двигательного аппарата.

2. Очки виртуальной реальности Oculus Rift DK2 и  система динамического сканирования мелкой моторики кисти с расстояния до 1 метра Leap Motion. ​

Ключевые параметры системы сканирования:

а. бесконтактный метод;

б. обратное проектирование;

в. выделение зон сканирования.

3. Пакет программ реабилитационных движений для реабилитации на аппарате Power Plate.

4. Автоматизированная система измерения параметров реабилитационных движений

Функциональная спецификация системы

1. Измерение кинестических параметров конечности
2. Графическое представление кинематики конечности
3. Управление настройками приложения
4. Управление базой данных
5. Отображения справки пользователю
6. Получение отчета по сеансу

5. Форма отчета пациента. 

При регистрации пациентов в базе данных врача реабилитолога создается виртуальная история болезни.

1. С помощью систем контроля реабилитации дополненной реальностью возникает возможность в реальном времени измерить результаты двигательных расстройств, оценить прилагаемые пациентом мышечные усилия во время реабилитационного мероприятия, сравнить результаты с данными предыдущих тренировок по каждому пациенту в отдельности.

2. Система повышает качество реабилитационного процесса за счет участия мотивированного пациента контролировать свои движения по виртуальным изображениям.

3. Информационный сервер в сети Internet позволяет совершать обмен данными между медицинскими центрами в случае использования аналогичных устройств, подключенных к базе данных системы

По итогам выполнения НИОКР будет произведена регистрация интеллектуальной собственности по двум видам деятельности:

1. Технология позиционирования систем динамического сканирования относительно наблюдаемого объекта. Патент на полезную модель
2. Автоматизированная система измерения параметров реабилитационных движений. Патент на ЭВМ.

1. Пятин В.Ф., Широлапов И.В. Физическая нагрузка ускорением – расширение реабилитационных возможностей восстановительной медицины // Вестник восстановительной медицины. -2009.
2. Пятин В.Ф., Широлапов И. В., Никитин О. Л. Реабилитационные возможности вибрационной физической нагрузки в геронтологии // Успехи геронтологии.- 2009.
3. Ayala G.A. Interactive Augmented Reality As A Support Tool For Parkinson’s Disease Rehabilitation Programs. // University of Western Ontario - Electronic Thesis and Dissertation Repository. – 2012.
4. Jacob P., Baris T. Augmented Reality Games for Neurological Rehabilitation. // Department of Electrical and Computer Engineering Colorado State University. -2011.
5. Laver K.E., George S., Thomas S. et al. Virtual reality for stroke rehabilitation. // Cochrane Database of Systematic Reviews. - 2011

The system of rehabilitation and Monitoring of patients with neuromuscular diseases associated with impaired locomotor function , based on augmented reality technology. Application of the system allows the patient to see the 3D image hand movements and / or feet while the on-screen display of the most important parameters of the limbs such as linear and angular velocity, and control by the patient to correctly perform the movement compared with a predetermined movement patterns.