Физическая культура и профессиональній спорт/3.Спортивная медицина и реабилитация

К. п. н., доцент Бочкова Н.Л., Гурбич Т.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

Екзоскелет як засіб реабілітації інвалідів з порушеннями опорно-рухових функцій

Екзоскелет (екзоскелетон) –це зовнішній біомеханічний пристрій, призначений для відновлення, підсилення локомоційних функцій людини за рахунок зовнішнього каркаса [8]. Актуальність розробок різноманітних типів, видів екзоскелетів визначається значною кількістю осіб з порушеннями опорно-рухових функцій з різноманітних причин: внаслідок спинномозкової травми, неврологічного захворювання, вроджених вад опорно-рухового апарату, ревматологічних уражень та ін. [6]. Поява екзоскелетів багато в чому пояснюється прагненням людей з порушеннями опорно-рухових функцій отримати свободу переміщення, покращити або змінити якість життя [3]. У ряді країн розробка активних екзоскелетів є темою соціальних проектів. У їх завдання входить заміна втрачених функцій і здійснення фізичної та соціальної реабілітації пацієнтів, що мають складності в пересуванні [4].

Екзоскелети за принципом роботи поділяються на так звані активні і пасивні моделі. «Активні» моделі використовують як джерело енергії зовнішні пристрої, тоді як механіка пасивних екзоскелетів заснована на використанні кінетичної енергії і сили людини [1]. Прикладом активних екзоскелетів є моделі ReWalk, REX, HAL, eLEGs.

Пристрій ReWalk дозволяє стояти, ходити і навіть підніматися по сходах людям із захворюваннями нижніх кінцівок [5], залишаючи хворому повний контроль. Свобода пересування досягається природно – ReWalk відновлює елемент управління мобільністю, який так бракує людям, що використовують інвалідні коляски [2,3]. Пристрій REX (REX Bionics, Нова Зеландія) - забезпечує додаткову підтримку тіла людини в просторі при переміщенні, управління здійснюється за допомогою джойстика і планшета [7]. Екзоскелет eLEGS (Ekso Bionics, США) - спеціальний гідравлічний екзоскелет, призначений для пацієнтів з частково паралізованими нижніми кінцівками. Конструкція дозволяє їм пересуватися за допомогою милиць або спеціальних ходунків. В основі роботи – інтерфейс-апаратно-програмний комплекс, який використовує природний людський рух і переводить його в безпечну дію екзоскелета за допомогою мікрокомп'ютера [9].

Екзоскелет HAL (гібридні допоміжні кінцівки, Hybrid Assistive Limb) - активний экзоскелет. На даний момент існують декілька прототипів екзоскелета HAL. Так, HAL – 3 – це відновлення рухової функції ніг, HAL – 5 – відновлення роботи рук, ніг і торсу. За допомогою HAL - 5 користувач здатний піднімати і переносити предмети, що перевищують в п'ять разів массу максимального навантаження за звичайних умов [1]. Сервоприводи HAL приводяться в дію електричними імпульсами, що виробляються м'язами, ці імпульси уловлюються прикріпленими до шкіри користувача електродами. Сигнал обробляеться вбудованим комп'ютером, який оцінює навантаження і активує необхідні сервоприводи экзоскелета. HAL живиться від батареї напругою в 100 вольт, прикріпленою до талії людини. HAL призначений для надання допомозі інвалідам у виконанні їх повсякденних завдань [7]. Екзоскелет HAL також при необхідності може використовуватися як допомога літнім людям, іншим неспроможнім для робіт, пов'язаних з підвищеним фізичним навантаженням. Але HAL в основному використовується в лікарнях пацієнтами, що мають рухову дисфункцію, і може бути модифікований для процесу реабілітації [10].

Останнім часом у розвинених країнах світу намітилася тенденція відмови від довічної прогресуючої реабілітації, що пояснюється відсутністю мотивації сторін. Цьому сприяє наявність розвиненої соціальної інфраструктури і захищеності інвалідів. Але існує певна категорія, для яких потреба в такій реабілітації залишається актуальною – це діти, особи репродуктивного віку та ін. Стаціонарні засоби не відповідають вимогам мобільності і адаптивності до природного середовища існування користувача, а традиційні засоби ортопедії (ортезы, брейсы, ендопротези та ін.) не забезпечують повноту опорно-рухових функцій [1,3].

Література.

1.Бедняк С.Г., Еремина О.С. Роботизированные экзоскелеты HAL /Сборник научных трудов SWorld. -Одесса, 2014. -Вып.2. -Т.1. С. 49–51.

2.Бербюк В. Є., Демидюк М. В., Литвин Б. А. Математичне моделювання ходи людини на підставі експериментальних даних //Вісн. Львів. ун-ту. Сер. Прикл. математика та інформатика. –2000. –Вип. 3. –С. 88–93.

3.Демидюк М.В., Литвин Б.А. Математична модель та програмний комплекс для аналізу динамічних характеристик ходи людини на протезі гомілки //Відбір і обробка інформації. –2012. –Вип. 36 (112). –С.29–38.

4.Мироненко В.П., Вергунова Н.С. Концепция оптимальной модели передвижения для людей с инвалидностью. //Вестник Харьковской государственной академии дизайна и искусств. –ХГАДИ, 2014.-№3.-С.20–23.

5.Скворцов Д. В. Клинический анализ движений. Анализ походки. –Иваново:Изд.НПЦ “Стимул”, 1996. –344 с.

6.Чигарев А.В., Борисов А.В.Моделирование управляемого движения двуногого антропоморфного механизма //Рос.журн.биомеханики. –2011.–15, No 1 (51). –С. 74–88.

7.Antonio J. del-Ama, Aikaterini D. Koutsou, Juan C. Morenoet al. Review of hybrid exoskeletons to restore gait following spinal cord injury //J.of Rehabilitation Research & Development . –2012. –49, No 4. –P. 497–514.

8.Hugh Herr. Exoskeletons and orthoses: classification, design challenges and future directions //J.of NeuroEngineering and Rehabilitation.–2009.–№6.–P.21–29.

9.Kazerooni H. Human augmentation and exoskeleton systems in Berkley Int. //J. Human Robot.-2007. №4(3).-Р.575-605. /Електронний ресурс. Режим доступу: http://dx.doi.org/10.1142/s0219843607001187

10.Ren L. Howard D. Kenney L.Computational Models to Synthesize Human Walking // J.of Bionic Eng.–2006. –3. –P.127–138.