VR GO - технология виртуальной реабилитации

Технология виртуальной реальности открывает широкий спектр возможностей.

На данный момент сфера персонализированной нейрореабилитации развивается со скоростью, не уступающей техническому прогрессу. В разных странах изучается эффективность применения цифровых и интеллектуальных систем в комплексных программах реабилитации пациентов с двигательными нарушениями.

Мы одни из немногих в мире, кто предлагает эффективную систему реабилитации, в том числе доступную для домашних условий. Для работы с приложением не требуется отдельно оборудованного помещения в медицинском учреждении или постоянного присутствия рядом медицинского специалиста.

Приложение VRGO — это технология, помогающая ускорить восстановление движений, предназначенная для применения как в медицинских учреждениях, так и в домашнем формате с целью улучшения результатов реабилитационного процесса человека.

Методика направлена на улучшение двигательных возможностей, нарушенных вследствие таких заболеваний, как:

●  инсульт;

●  транзиторная атака;

●  спинно-мозговая травма;

●  черепно-мозговая травма;

●  ДЦП;

●  рассеянный склероз;

●  ампутации (снижение интенсивности фантомной боли).

В основе продукта лежат последние научные исследования в области нейрофизиологии, реализованные через современные VR-технологии. Прототип приложения разработан на основе платформы виртуальной реальности Oculus. Пользователь может заниматься в медицинском учреждении или у себя дома, что позволяет пациентам продолжать реабилитационный курс после окончания госпитализации. На стадии релиза находится приложение для мобильных устройств с операционной системой Android и iOS, которое сделает процесс реабилитации более гибким.

Суть приложения — создание среды в виртуальной реальности, где человек может управлять аватаром, по новому учась двигаться. С программой смогут взаимодействовать люди с разной степенью подвижности, главное — сохранение двигательной активности мышц шеи.

За основу взят принцип «идеомотрики» (переход представления о сокращении мышц в реальное выполнение этого движения, иначе говоря, появление нервных импульсов, обеспечивающих движение, как только возникает представление о нём) с дополнением метода Биологической Обратной Связи (БОС — технология, включающая в себя комплекс процедур, в ходе которых человеку посредством внешней цепи обратной связи, предъявляется информация о состоянии и изменении тех или иных собственных физиологических процессов, с целью развития навыков саморегуляции за счёт тренировки и повышения лабильности регуляторных механизмов).

В программе осуществляется виртуальная репрезентация базовых движений человека, что позволяет организовать модуляцию сенсо-моторных ритмов человека.

Имеется патент № 2760484 «Способ повышения эффективности восстановления двигательных функций человека с использованием метода визуального контроля движений в тренажере на основе технологий виртуальной реальности».  

Продукт с помощью цифровой среды позволяет пользователю вновь испытать уже забытые ощущения движений.

В виртуальной реальности пользователя встречает его цифровой двойник, находящийся в определенном физическом положении (сидит, руки на подлокотниках кресла). Перед использованием приложения пользователю требуется принять максимально аналогичную позицию в реальности, а также стабилизировать себя в сидячем положении, посредством реабилитационного ремня, пропустив его через спинку кресла и закрепив на верхней области живота (это может сделать как медицинский персонал, так и родственник, так и сам пользователь).

Система не требует внешнего отслеживания движений пользователя. Все, что нужно — это движение головой. Таким образом расширяется круг патологических состояний людей, при которых возможно использование системы.

Интеллектуальная система приложения выстроена таким образом, что вся работа пользователя персонализирована и находится под постоянным мониторингом.

При первом занятии проходит обучение работе с интерфейсом приложения и работе с упражнениями.

Занятия делятся на циклы, время каждого из которых, постепенно нарастает, позволяя пользователю адаптироваться к виртуальной реальности.

В рамках одного занятия человек имеет возможность, в зависимости от патологии, получить доступ к 9 упражнениям на каждую сторону тела, направленные на разработку крупной и мелкой моторики верхних и нижних конечностей:

●  сведение и отведение бедра;

●  сгибание и разгибание колена;

●  работа с голеностопом (круговые и разнонаправленные движения);

●  сгибание и разгибание пальцев ног;

●  чередование пальцев рук;

●  игра «камень-ножницы-бумага»;

●  «кулак» (сгибание и разгибание ладони);

●  сведение и отведение предплечья (локтевой сустав);

●  хореографическое упражнение «волна”(работа со всем рукой, в том числе плечевой сустав).

Продукт разрабатывался методом совместного проектирования с привлечением людей из целевой группы, имеющих разную степень двигательного дефицита и разного возрастного периода (18+). Ввиду этого, интерфейс имеет интуитивно-понятное пользователю устройство.

В отличие от технического средства реабилитации, VRGO не предназначен для снижения двигательных ограничений, а лишь предоставляет современный и технологичный интерфейс для имитации физических нагрузок на организм человека без непосредственного физического воздействия на него. Что говорит о его полной безопасности как для применения в рамках комплексного реабилитационного процесса, так и для домашнего использования.

Мы замечаем положительное воздействие методики на психоэмоциональное состояние пользователя, с последующим увеличением мотивации к реабилитационному процессу, что в конечном счете благотворно сказывается на реабилитационном потенциале к восстановлению, стимулируя нейропластические процессы головного мозга, что непосредственно ведет к улучшению восстановления моторной функции.

Цель представленных ниже исследований — оценить влияние приложения на восстановление двигательной активности и психоэмоционального состояния пациентов с различными нозологиями.

Далее приведены результаты двух этапов тестирования — пилотного исследования минимально жизнеспособного продукта 2019 г. в офисе компании и исследования 2021–2022 гг. на территории медицинских учреждений:

• Томский региональный сосудистый центр

• НИИ Курортологии и физиотерапии (Томск)

• Реабилитационный центр «Преодоление» (Москва)

• Реабилитационный центр «Благополучие» (Ногинск)

• Клиника «Медико» (Сосновый бор)

Пилотное тестирование

Общее число участников исследования, включенных в итоговый анализ — 38 человек.

Общее описание выборки:

Приняло участие 15 человек (6 женщин, 9 мужчин).

Возраст — от 18 лет до 61 года, средний возраст  — 34,1 года. 

Диагнозы выборки пилотного тестирования:

• Состояние после нарушения мозгового кровообращения (4 человека);

• После разрыва АВМ (1 человек);

• С фантомными болями вследствие ампутации (1 человек);

• С рассеянным склерозом (1 человек);

• После черепно-мозговой травмы (1 человек);

• После спинномозговой травмы (4 человек);

• С детским церебральным параличом (2 человек);

• С ДЦП и после спинномозговой травмы (1 человек). 

Характеристика участников по клиникам и этапам реабилитации:

Все участники приступили к тренировкам, находясь на третьем этапе реабилитации. 

Исследование в медицинских учреждениях

Общее описание выборки:

В анализ 2021–2022 гг. вошло 18 человек (5 женщин, 13 мужчин).

Возраст от 48 до 75 лет,  средний возраст — 59,8.

Диагнозы выборки пилотного тестирования:

Все пациенты присоединились к исследованию в состоянии после нарушения мозгового кровообращения.

Характеристика участников по клиникам и этапам реабилитации: 

• 1 этап — 2 человека (ОКБ);

• 2 этап — 12 человек (НИИ Курортологии, Преодоление, Благополучие);

• 3 этап — 4 человека (Медико);

Методики

Чтобы протестировать влияние приложения на восстановление, проводилась диагностика состояния пациентов до и после курса упражнений.

Пилотное тестирование

• индекс ходьбы Хаузера;

• индекс  мобильности Ривермид;

• шкала  инвалидизации после инсульта Рэнкина;

• функциональная оценка по шкале Nutech (сокращенный аналог шкалы Фугл-Мейера);

• шкала тревожности и депрессивного состояния Хадса (HADS). 

Исследование в медицинских учреждениях

• шкала Фугл-Мейера (вместо шкалы Nutech); 

• шкала реабилитационной маршрутизации; 

• шкала инсульта национального института здоровья (NIHSS); 

• индекс ходьбы Хаузера;

• индекс  мобильности Ривермид;

• шкала  инвалидизации после инсульта Рэнкина;

• индекс Бартела для оценки повседневной активности жизни; 

• модифицированный тест для руки Френчай; 

• шкала коммуникации Холдена; 

• Монреальская когнитивная шкала (MoCa);

• шкала тревожности и депрессивного состояния Хадса (HADS).

Основные тезисы

Пилотное тестирование

Ни у кого из испытуемых не было выявлено побочных эффектов, таких как головокружение, падение, тошнота и рвота. Изменения отмечались по шкалам Хадса и Nutech. По шкале Nutech двое испытуемых отметили положительные изменения в моторике пальцев рук, пятеро — в работе бедра, колена и лодыжки, двое — в работе левой стопы, у троих были отмечены положительные изменения в общих сенсорных ощущениях (поверхностных и глубоких), один испытуемый отметил изменение в общей автономности (улучшение по пункту «баланс сидя») и один — в работе локтевого сустава. По шкале Хадса у шестерых участников были выявлены значительные улучшения.  

Все пользователи выразили заинтересованность в проводимой методике, также 90% отмечали парестезии, локальное повышение температуры в парализованных конечностях, и субъективное повышение ощущения силы в тех мышцах, на которые были направлены упражнения.

Исследование в медицинских учреждениях

По четырём шкалам у пациентов были выявлены значимые различия между результатами до и после:

1) по шкале оценки тяжести инсульта;

2) по шкале постинсультных нарушений;

3) по шкале общения;

4) и в результатах оценки локомоторной функции.

Результаты стали ближе к норме.

Была обнаружена положительная взаимосвязь между количеством проведенных тренировок и шкалами, оценивающими самообслуживание, активность, мобильность и двигательную функцию пациента.

Было обнаружено положительное влияние количества тренировок на результаты по шкале постинсультных нарушений. При увеличении количества тренировок наблюдалось улучшение по данной шкале.

Было обнаружено отрицательное влияние давности диагноза на результаты по когнитивной шкале MoCA. У людей с большей давностью диагноза результаты по данной шкале оказались ниже, чем у людей с меньшей.

Анализ данных

Пилотное тестирование

Изменения были выявлены по двум шкалам — HADS и NUTECH.

По шкале HADS из 20 человек положительные изменения зафиксированы у 12, у двоих — отрицательные, шесть участников не показали изменений.

По остальным методикам изменений не было, кроме опросника NUTECH.

Шкалы: плечо, локоть, запястье, пальцы, бедро/колено, лодыжка, стопа, — каждая для правой и левой конечности, общие сенсорные ощущения, автономность, общая оценка (сумма всех шкал).

Исследование в медицинских учреждениях

Анализ проведен с помощью R-Studio 4.2.0. Баллы всех шкал были стандартизированы и приведены к формату:  «0» — норма, близко к норме; чем больше баллов — тем дальше от нормы. 

Данные двух пациентов из 20 были не были включены в анализ в связи с ошибками в заполнении. Пропущенные значения составили 13,43%, для их заполнения использовался метод mice из одноимённого пакета в R. 

Из таблицы разниц между баллами до/после по каждой шкале в сыром виде наблюдаются отрицательные изменения, т. е.баллы пациентов стали ближе к норме после занятий. Среднее количество месяцев, прошедших между инсультом и началом исследования («dgn») 12.61, медиана — 11. Среднее количество тренировок («trn») 16, медиана — 12.5. Описательная статистика представлена в Таблице 2. Данные многих шкал не соответствовали нормальному распределению, поэтому в анализе использовались как параметрические, так и непараметрические методы.

При сравнении баллов каждой шкалы до и после, значимые результаты показали шкалы:

• NIHSS (t=2.51, p<0.05);

• шкала Фугл-Мейера (t=3.44, p<0.001);

• шкала коммуникации Холдена (t=2.63, p<0.05);

• индекс ходьбы Хаузера (t=3.5, p<0.001).

Корреляционная матрица (табл. 3) выявила следующие взаимосвязи:

• Средние корреляции между шкалами ШРМ и Ренкина (0.41)

• Средние корреляции между шкалами Фугл-Мейера и ШРМ, Фугл-Мейера и Ренкина (0.44)

• Средние корреляции между количество тренировок и шкалами: Фугл-Мейера (0.49), Ривермид (0.43), Бартела (0.43), и Френчай (0.45)

• Средние корреляции между шкалами Бартела и Ривермид (0.54)

Для выявления возможного влияния количества тренировок и/или давности диагноза на результаты (разницу между баллами до и после), были построены регрессионные модели для каждой пары (шкала~количество тренировок и шкала~давность диагноза). 

Результаты

Значимые результаты влияния количества тренировок были обнаружены для шкалы Фугл-Мейера (F=1.51, p<0.05, multiple r2=0.24, adjusted r2=0.19, F-statistic=5.05 on 1 and 16 df).

Значимые результаты влияния давности диагноза были обнаружены для когнитивной шкалы MoCA (F=-0.25, p<.001, multiple r2=0.41, adjusted r2=0.37, F-statistic=11.04 on 1 and 16 df).

Будущее проекта

В перспективе планируется регистрация медицинского изделия, как программно-аппаратного комплекса и дополнительно версия потребительского рынка в виде тренажера.