Компьютерная стабилография с биологической обратной связью – новое направление в медицинской реабилитации

С.С. Слива, *Л.А. Черникова, Э.О. Девликанов, Г.А. Переяслов

ЗАО «ОКБ «РИТМ», г.Таганрог, *НИИ неврологии РАМН, г. Москва

Компьютерная стабилография относится к новым и весьма перспективным технологиям в медицинской практике. По широте возможностей ее использования сегодня трудно найти сопоставимое направление в медицине. Компьютерная стабилография уже успешно используется в диагностике нарушений опорно-двигательного аппарата человека и его постуральной системы, в дифференциальной оценке атаксий, для подбора дополнительных средств опоры, для экспресс-оценки психофизиологического состояния человека в предрейсовом, предстартовом, предполетном, предсменном контроле, а также в реабилитологии.

Еще в конце восьмидесятых - начале девяностых годов, когда в СССР было обращено внимание на стабилографию, отставание от зарубежных разработок оценивалось в 10-15 лет, хотя сама идея реализации стабилографа была предложена группой советских ученых под руководством В.С. Гурфинкеля еще в 1952 г. в Институте проблем передачи информации (ИППИ, г. Москва). Компьютеризация стабилографии позволила решить задачу визуализации и обработки стабилографических сигналов, реализовать целый ряд видов биологической обратной связи и занять достойное место среди новых медицинских диагностических и реабилитационных технологий.

В 2001г. была завершена сертификация первого отечественного компьютерного стабилографа, получившего в Комитете по новой медицинской технике Минздрава России длинное, но емкое название: «Стабилоанализатор компьютерный с биологической обратной связью «Стабилан-01»», разработчиком и изготовителем которого является ЗАО «ОКБ «РИТМ» (г.Таганрог). К настоящему времени также сертифицирован постурограф «Стабилотест-01», разработанный ВНИИ МП-Вита (г. Москва) и в процессе сертификации находится стабилографический комплекс, разработанный в Научно-медицинской фирме МБН (г. Москва). Однако по функциональным возможностям, техническим показателям и уровню программно-методического обеспечения стабилоанализатор «Стабилан-01» (в дальнейшем для упрощения будет использован этот сокращенный вариант названия) является лучшим не только среди отечественных разработок, но и соответствует лучшим мировым достижениям в этом классе медицинской техники. Не случайно Комитет по новой медицинской технике в полном названии стабилоанализатора «Стабилан-01» акцентировал внимание на биологической обратной связи. Именно ее использование позволило существенно расширить реабилитационные возможности комплекса.

Наибольший успех в этой области достигнут на базе НИИ неврологии РАМН (г. Москва) в реабилитации постинсультных гемипарезов, болезни Меньера и даже рассеянного склероза. На основе материалов, полученных при разработке и апробации реабилитационных методик, под руководством д.м.н. Л.А. Черниковой защищено несколько диссертаций на соискание степени кандидата медицинских наук. Под ее руководством разработаны также методические рекомендации, которые находятся на утверждении в Минздраве РФ. В настоящее время в ряде городов России уже организованы кабинеты компьютерной стабилографии для реабилитации больных неврологического профиля с выраженными нарушениями двигательных функций.

Суть стабилографических реабилитационных методик сводится к тренировке двигательных навыков у пациентов, выполняющих задание компьютерной игры изменением положения центра давления на стабилографическую платформу с целью захвата и перемещения фигур по экрану монитора, в соответствии со сценарием выбранной игры. При этом реализуется визуальная обратная связь, которая позволяет произвольно корректировать вертикальную позу самим больным, что позволяет формировать двигательный навык сохранения равновесия в критических, неустойчивых для него положениях. Таких реабилитационных игр-тренажеров уже десять. В них требуется за заданное время (обычно 2 минуты), выполнить как можно больше правильных действий и минимизировать количество ошибочных, что отображается на экране в виде набранных баллов и числа ошибок. На рисунке 1 показан пример такой игры.

В этом типе игр после завершения действия, например, забрасывания мяча в корзину, ситуация на экране монитора меняется: перемещаются мяч, который нужно захватывать и корзина по случайному закону с равной вероятностью смещения вправо или влево. В ходе тренинга было замечено, что у большинства пациентов наблюдается асимметрия в отработке действий по правой или левой стороне, т.к. в одном из этих направлений ему легче выполнять движения. Это привело к созданию адаптивных игр-тренажеров.

Для повышения эффективности реабилитационного тренинга в новой версии программного обеспечения предусмотрена статистическая обработка его начального этапа. Выбирается направление, в котором возникает наибольшее количество ошибок. После этого в игру вводится корректировка вероятности появления мяча и корзины на экране монитора таким образом, чтобы инициировать движения пациента именно в ту сторону, в которой у него были хуже показатели.

В соответствии с теорией функциональных систем П.К. Анохина полезный результат, являясь системообразующим фактором, преобразует и закрепляет центральные механизмы координации движения. В зависимости от цели обучения, например, улучшения кинестетической, пространственной или временной афферентации, формируется определенная программа действия, сопровождающаяся «стиранием» существующей патологической программы движения из краткосрочной памяти или «переписыванием» ее в долгосрочную память.

Рисунок 1 – Тренажер «Мячики».

При использовании адаптивных тренажеров на основе компьютерного биоуправления с использованием обратной связи по стабилограмме реализуется дифференциальная коррекция различных звеньев афферентного контроля движений и активации мышечной деятельности.

Эффективными для двигательного тренинга оказались игры, в которых пациент выполняет построение картинки по принципу мозаики из ее частей, представленных в верхней части экрана, по образцу, находящемуся в правой части экрана. Пациенту требуется переместить маркер, отражающий на экране его центр давления, на одну из частей картинки, удержать его в течение двух секунд, после чего эта часть картинки начинает следовать за маркером. Далее пациенту, в соответствии с образцом, следует переместить выбранный фрагмент в соответствующее место рамки собираемой картинки и снова удержать в течение двух секунд, фрагмент картинки фиксируется в рамке, а пациент выбирает новый фрагмент. Правильная сборка всей картины подтверждается звуковым сигналом, а на экране появляется новый вариант картины для аналогичной сборки. Таких вариантов предусмотрены десятки. Следует отметить, что пациенты с удовольствием занимаются таким тренингом, а разнообразие картин даже вызывает некоторый азарт в стремлении увидеть следующую картину. При этом эффективность тренинга только возрастает. Пример игры приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Тренажер «Построение картинок» 

Отмеченные реабилитационные игры-тренажеры успешно используются также в НИИ хирургии им. Н.Н. Бурденко (г. Москва) в восстановлении двигательных функций у пациентов после сложных хирургических операций, которые часто связаны с нарушением координации и двигательных навыков.

Примером использования слуховой биологической обратной связи может служить стабилографический аудиотренажер, который предназначен для проведения сеанса тренинга с аудиостимуляцией слуха в случаях нейросенсорной тугоухости, связанной с поражением центров головного мозга, отвечающего за работоспособность слухового анализатора, а также для диагностики пространственного восприятия звука.

Аудиостимуляция реализуется управлением громкости и баланса звука в наушниках при стоянии на стабилоплатформе. Если рекомендуемое положение центра давления находится правее фактического, то в правом наушнике звук громче, а если левее, то громче в левом наушнике. При совмещении пациентом своего центра давления с заданным положением по фронтальному направлению обеспечивается баланс звука в обоих наушниках. Таким образом, при точном соответствии центра давления пациента заданному обеспечивается баланс звука при минимальной громкости. Это позволяет пациенту относительно быстро научиться управлять положением своего центра давления по звуковому стимулу, обеспечивая смещение в любую сторону и даже перемещаться по кругу в пределах запаса его устойчивости в соответствии с траекторией координат стимула на опорном контуре.

В варианте тренажера тугоухости сначала задается уровень громкости, при котором пациент уверенно воспринимает звук, что оценивается по точности перемещения его центра давления по траектории движения тестирующего маркера. После этого общий уровень громкости снижается, а для успешного выполнения задачи тренинга пациенту приходится «напрягать» слух. Постепенно пациент осваивает тренажер при значительном снижении громкости, что и приводит к реабилитации слуха.

В стабилоанализаторе «Стабилан-01» предусмотрена возможность встройки дополнительных каналов для оценки физиологических показателей человека: пульса с анализом вариабельности, силометрии кистевой и становой, а также огибающих миограмм для оценки электрической активности мышц по 2-м или 4-м отведениям. Такая особенность этой разработки позволяет существенно расширить его реабилитационные возможности.

Пульсометрия, совмещенная со стабилографическим тренингом, позволяет оценивать степень напряженности сердечно-сосудистой системы в процессе реабилитации. А именно патология этой системы часто является причиной инфарктов и инсультов и, как следствие, нарушений в функционировании опорно-двигательного аппарата человека. Таким образом, реализуется еще один тип адаптивных тренажеров.

Наличие канала кистевой силометрии позволяет на основе тренажеров, основанных на сборе картин из фрагментов, организовать удержание фрагментов при их перемещении по экрану монитора с помощью кистевого силомера, постепенно увеличивая уровень силы, требуемой для этого. В итоге такого совмещения обратных связей по стабилограмме и силометрии улучшается не только координация, но и восстанавливается работоспособность кисти, например, после инсульта. Эффективность такого тренинга уже подтверждена рядом успешных примеров в практике использования стабилоанализатора «Стабилан-01» в варианте реабилитационного средства.

Вариант совмещения биологических обратных связей по стабилограмме и по миограмме, по сути, аналогичен описанному выше. В случае использования канала, реализующего регистрацию огибающих миограмм, некоторые задачи в компьютерных играх-тренажерах, например, удержание фрагмента картины, удается переложить именно на активность мышц, требующих обязательной тренировки. Порог активности мышц, требуемый для успешной реализации компьютерной игры, задается программно врачом-реабилитологом.

В практике медицинского центра при ЗАО «ОКБ «РИТМ» отмечены случаи, когда при реабилитации с помощью стабилоанализатора «Стабилан-01» расстройств вестибулярного аппарата, приводящих к головокружению, отмечались положительное влияние тренинга на другие системы организма (сердечно-сосудистая, нервная, дыхательная). Конечно, статистика таких эффектов небольшая, но, по мнению ведущего методиста ЗАО «ОКБ «РИТМ», профессора Военно-медицинской академии (г. Санкт-Петербург) д.м.н. В.И. Усачева, эти случаи не противоречат системному подходу к физиологии человека создателя русской физиологической школы И.М. Сеченова и выдающегося российского биомеханика Н.А. Бернштейна.

При отработке методики предполетного контроля летного состава военно-транспортной авиации было обращено внимание, что стабилографический тренинг членов экипажей, которые по показателям качества функции равновесия не соответствовали профессиональным нормативам, позволял заметно повысить эти показатели и довести их до уровня нормы. При этом использовались реабилитационные стабилографические игры, обычно применяемые в реабилитации постинсультных больных.

Летом 2003г. взрослому пациенту (35лет) который заикался, врач медицинского центра при ЗАО «ОКБ «РИТМ» предложил освоить стабилографические реабилитационные игры, ориентированные на неврологических больных, с той разницей, что пациент должен был вслух комментировать свои действия. 20 минут такого тренинга испытуемый не заикался, что приятно удивило не только врача, но и пациента. Обратившись в Internet по проблеме заикания, выяснилось, что все существующие методики в итоге сводятся к медленному чтению специальных текстов одновременно с движениями, например, ведущей руки. Таким образом, пациенту ставилась задача функцию артикулярного центра, являющегося частью двигательного центра человека, сместить в фоновый режим путем активизации двигательного центра приоритетной задачи, например, движениями ведущей руки. Только на стабилоплатформе стабилоанализатора такая задача решалась с помощью компьютерной игры со зрительной обратной связью в более естественной форме, что и предопределило успех. Так рождаются новые реабилитационные методики.

Этот же методический подход также дал положительный результат на детях с гипер активностью, что непременно должно привлечь внимание детских реабилитологов.

Перечисленные примеры использования стабилоанализатора «Стабилан-01», в которых компьютерная стабилография подтвердила свою эффективность в реабилитации больных с различной этиологией двигательных нарушений, позволяют утверждать, что в медико-социальной реабилитации появилось новое направление.