Перспективы и значение аппаратов внешнего управления (экзоскелетов) для эффективной реабилитации пациентов с нарушениями двигательной функции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель работы – изучить перспективы разработки и применения экзоскелетов (роботизированных аппаратов внешнего управления) для реабилитации пациентов с нарушением двигательной функции. Авторы рассматривают актуальную тему – создание комплексного устройства для эффективной реабилитации пациентов с нарушенной двигательной функцией, включая пациентов, перенёсших инсульт и травмы позвоночника и потерявших способность самостоятельно передвигаться и продолжать профессиональную и социальную деятельность. Поиск литературы проводился по базам данных Scopus, Web of Science, MedLine, PubМed, The Cochrane Library, EMBASE, РИНЦ, Elibrary с основными критериями включения: двигательная или нейромоторная реабилитация; экзоскелеты; мобильные роботизированные устройства. Установлено, что в последние 5 лет произошло существенное увеличение публикаций, а основная тенденция в исследованиях – разработка носимых роботизированных экзоскелетов и объединение данных, собранных с нескольких датчиков, которые обогащают обучение интеллектуальных алгоритмов. Однако пока не опубликовано работ, показывающих результаты использования таких самообучающихся систем. Проведён анализ имеющихся в мире успешных разработок экзоскелетов, получивших допуски на рынках своих стран и показавших достоверно лучшие результаты в процессе проведения реабилитационных курсов. Обсуждаются неоднозначные результаты 34 систематических  обзоров и метаанализов. Следует с осторожностью относиться к опубликованным результатам, 
т.к. большинство исследований имеют ошибки в протоколах и отсутствуют достаточные многоцентровые исследования. Обсуждены возможные новые формы индивидуального и коллективного использования роботизированных устройств. Определены наиболее важные для развития этого направления вопросы, касающиеся разработки мозг-компьютерных нейроинтерфейсов. Намечены перспективные пути для дальнейших исследований в области оптимальной реабилитации пациентов с нарушенной двигательной функцией и их ресоциализации.

Участие авторов:

Романов А.И. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование; 

Ступин В.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;

Силина Е.В. — сбор и обработка материала, написание текста, составление списка литературы, редактирование.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

А. И. Романов

Ассоциация клинических реабилитологов

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-5972-4412
Россия

В. А. Ступин

ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9522-8061
Россия

Екатерина Владимировна Силина

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)

Email: silinaekaterina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0246-5149

Доктор мед. наук, профессор, профессор каф. патологии человека Сеченовского Университета, 119991, Москва.

e-mail: silinaekaterina@mail.ru

Россия

Список литературы

  1. ВОЗ. Всемирный доклад об инвалидности - 2011. Available at: https://www.who.int/disabilities/world_report/2011/summary_ru.pdf
  2. Hartle J. Stephen Hawking (1942-2018): Toward a complete understanding of the universe. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(21): 5309-10. https://doi.org/10.1073/pnas.1806196115
  3. Ma V.Y., Chan L., Carruthers K.J. Incidence, prevalence, costs, and impact on disability of common conditions requiring rehabilitation in the United States: stroke, spinal cord injury, traumatic brain injury, multiple sclerosis, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, limb loss, and back pain. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2014; 95(5): 986-95.e1. https://doi.org/10.1016/j.apmr.2013.10.032
  4. Okoro C.A., Hollis N.D., Cyrus A.C., Griffin-Blake S. Prevalence of disabilities and health care access by disability status and type among adults - United States, 2016. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2018; 67(32): 882-7. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm6732a3
  5. O’Young B., Gosney J., Ahn C. The concept and epidemiology of disability. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 2019; 30(4): 697-707. https://doi.org/10.1016/j.pmr.2019.07.012
  6. Langhorne P., Bernhardt J., Kwakkel G. Stroke rehabilitation. Lancet. 2011; 377(9778): 1693-702. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(11)60325-5
  7. Ervasti J., Virtanen M., Lallukka T., Friberg E., Mittendorfer-Rutz E., Lundström E., et al. Permanent work disability before and after ischaemic heart disease or stroke event: a nationwide population-based cohort study in Sweden. BMJ Open. 2017; 7(9): e017910. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2017-017910
  8. Katan M., Luft A. Global Burden of Stroke. Semin. Neurol. 2018; 38(2): 208-11. https://doi.org/10.1055/s-0038-1649503
  9. Стаховская Л.В., Клочихина О.А., Богатырева М.Д., Коваленко В.В. Эпидемиология инсульта в России по результатам территориально-популяционного регистра (2009-2010). Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2013; 113(5): 4-10.
  10. Румянцева С.А., Силина Е.В., Свищева С.П., Комаров А.Н. Медицинские и организационные проблемы до- и постинсультной инвалидизации. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013; 111(9-2): 43-9.
  11. Стаховская Л.В., Клочихина О.А., Богатырева М.Д., Чугунова С.А. Анализ эпидемиологических показателей повторных инсультов в регионах Российской Федерации (по итогам территориально-популяционного регистра 2009-2014 гг.). Consilium Medicum. 2016; 18(9): 8-11.
  12. Полунина Н.В., Костенко Е.В., Полунин В.С. Медико-социальная эффективность реабилитации в амбулаторных условиях пациентов, перенёсших мозговой инсульт. Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. 2017; 25(6): 353-6. https://doi.org/10.18821/0869-866X-2016-25-6-353-356
  13. Статистический сборник Министерства Здравоохранения Российской Федерации 2016. Available at: https://minzdrav.gov.ru/ministry/61/22/stranitsa-979/statisticheskie-i-informatsionnye-materialy/statisticheskiy-sbornik-2016-god
  14. Российский статистический ежегодник, 2018. Available at: https://org.gnicpm.ru/wp-content/uploads/2019/01/year18.pdf
  15. Venketasubramanian N., Yoon B.W., Pandian J., Navarro J.C. Stroke epidemiology in South, East, and South-East Asia: A review. J. Stroke. 2017; 19(3): 286-94. https://doi.org/10.5853/jos.2017.00234
  16. Donkor E.S. Stroke in the 21st century: A snapshot of the burden, epidemiology, and quality of life. Stroke Res. Treat. 2018; 2018: 3238165. https://doi.org/10.1155/2018/3238165
  17. Калашникова Л.А., Добрынина Л.А. Ишемический инсульт в молодом возрасте. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2017; 117(8-2): 3-12. https://doi.org/10.17116/jnevro2017117823-12
  18. Hathidara M.Y., Saini V., Malik A.M. Stroke in the young: a Global update. Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2019; 19(11): 91. https://doi.org/10.1007/s11910-019-1004-1
  19. Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Фролов А.А., Павлова О.Г., Курганская М.Е. и др. Реабилитация больных, перенесших инсульт, с помощью биоинженерного комплекса «интерфейс мозг-компьютер + экзоскелет». Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014; 114(12-2): 66-72
  20. Shusharina N.N., Bogdanov E.A., Botman S.A., Patrushev M.V., Silina E.V., Stupin V.A. Development of the brain-computer interface based on the biometric control channels and multi-modal feedback to provide a human with neuro-electronic systems and exoskeleton structures to compensate the motor functions. Biosci. Biotechnol. Res. Asia. 2016; 13(3): 1523-36. https://doi.org/10.13005/bbra/2295
  21. Nolan K.J., Karunakaran K.K., Chervin K., Monfett M.R., Bapineedu R.K., Jasey N.N., et al. Robotic exoskeleton gait training during acute stroke inpatient rehabilitation. Front. Neurorobot. 2020; 14: 581815. https://doi.org/10.3389/fnbot.2020.581815
  22. Kandilakis C., Sasso-Lance E. Exoskeletons for personal use after spinal cord injury. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2021; 102(2): 331-7. https://doi.org/10.1016/j.apmr.2019.05.028
  23. Иванова Г.Е., Крылов В.В., Цыкунов М.Б., Поляев Б.А., ред. Реабилитация больных с травматической болезнью спинного мозга. М.: Московские учебники и Картолитография; 2010.
  24. ТАСС. Путин призвал обеспечить рынок сбыта для отечественных средств реабилитации инвалидов. Available at: https://tass.ru/ekonomika/10161927
  25. Vukobratovic M., Hristic D., Stojiljkovic Z. Development of active anthropomorphic exoskeletons. Med. Biol. Eng. 1974; 12(1): 66-80. https://doi.org/10.1007/BF02629836
  26. Dijkers M.P., Akers K.G., Dieffenbach S., Galen S.S. Systematic reviews of clinical benefits of exoskeleton use for gait and mobility in neurologic disorders: a tertiary study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2021; 102(2): 300-13. https://doi.org/10.1016/j.apmr.2019.01.025
  27. Peters S.E., Jha B., Ross M. Rehabilitation following surgery for flexor tendon injuries of the hand. Cochrane Database Syst. Rev. 2021; 1(1): CD012479. 10.1002/14651858.CD012479.pub2
  28. Wang L., Zheng Y., Dang Y., Teng M., Zhang X., Cheng Y., et al. Effects of robot-assisted training on balance function in patients with stroke: A systematic review and meta-analysis. J. Rehabil. Med. 2021; 53(4): jrm00174. https://doi.org/10.2340/16501977-2815
  29. Краевский С.В., Рогаткин Д.А. Медицинская робототехника: первые шаги медицинских роботов. Технологии живых систем. 2010; 7(4): 3-14.
  30. Суслина З.А., Пирадов М.А., Домашенко М.А. Инсульт: оценка проблемы (15 лет спустя). Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2014; 114(11): 5-13.
  31. Клочихина О.А., Шпрах В.В., Стаховская Л.В., Полунина Е.А. Анализ среднемноголетней заболеваемости и смертности от инсульта в регионах российской федерации, вошедших в федеральную программу реорганизации помощи пациентам с инсультом. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2020; 120(12-2): 37-41. https://doi.org/10.17116/jnevro202012012237
  32. Пирадов М.А., Максимова М.Ю., Танашян М.М. Инсульт: пошаговая инструкция. Руководство для врачей. М.; 2019.
  33. Аганбегян А.Г. О продолжительности здоровой жизни и пенсионном возрасте. ЭКО. 2015; (9): 144-57.
  34. Романов А.И., Силина Е.В., Романов С.А. Общая и частная реабилитология. Научно-методические и практические основы. М.: Дело; 2017.
  35. Скворцова В.И., Алексеева Г.С., Трифонова Н.Ю. Анализ медико-организационных мероприятий по профилактике инсультов и реабилитации постинсультных состояний на современном этапе. Социальные аспекты здоровья населения. 2013; (1): 2-13.
  36. Богданов Е.А., Петров В.А., Ботман С.А., Сапунов В.В., Ступин В.А., Силина Е.В. и др. Разработка нейроустройства с биологической обратной связью для восполнения утраченных двигательных функций. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2016; (2): 31-38.
  37. Markiewcz R. The use of EEG Biofeedback/Neurofeedback in psychiatric rehabilitation. Psychiatr. Pol. 2017; 51(6): 1095-106. https://doi.org/10.12740/PP/68919
  38. Renton T., Tibbles A., Topolovec-Vranic J. Neurofeedback as a form of cognitive rehabilitation therapy following stroke: A systematic review. PLoS One. 2017; 12(5): e0177290. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177290
  39. Aurich-Schuler T., Grob F., van Hedel H.J.A., Labruyère R. Can Lokomat therapy with children and adolescents be improved? An adaptive clinical pilot trial comparing Guidance force, Path control, and FreeD. J. Neuroeng. Rehabil. 2017; 14(1): 76. https://doi.org/10.1186/s12984-017-0287-1
  40. Yeh S.W., Lin L.F., Tam K.W., Tsai C.P., Hong C.H., Kuan Y.C. Efficacy of robot-assisted gait training in multiple sclerosis: A systematic review and meta-analysis. Mult. Scler. Relat. Disord. 2020; 41: 102034. https://doi.org/10.1016/j.msard.2020.102034
  41. Shusharina N.N., Bogdanov E.A., Silina E.V., Patrushev M.V., Silina E.V. Multifunctional neurodevice for recognition of electrophysiological signals and data transmission in an exoskeleton construction. Biol. Med. 2016; 8(6): 5-10. http://doi.org/10.4172/0974-8369.1000331
  42. Miller L.E., Zimmermann A.K., Herbert W.G. Clinical effectiveness and safety of powered exoskeleton-assisted walking in patients with spinal cord injury: systematic review with meta-analysis. Med. Devices (Auckl). 2016; 9: 455-66. https://doi.org/10.2147/MDER.S103102
  43. Sawicki G.S., Beck O.N., Kang I., Young A.J. The exoskeleton expansion: improving walking and running economy. J. Neuroeng. Rehabil. 2020; 17(1): 25. https://doi.org/10.1186/s12984-020-00663-9
  44. Molteni F., Gasperini G., Cannaviello G., Guanziroli E. Exoskeleton and end-effector robots for upper and lower limbs rehabilitation: Narrative review. PM R. 2018; 10(9-2): S174-88. https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2018.06.005
  45. Анохин П.К., ред. Проблема центра и периферии в современной физиологии нервной деятельности. Горький; 1935
  46. Bach Baunsgaard C, Vig Nissen U, Katrin Brust A., Frotzler A., Ribeill C., Kalke Y.B., et al. Gait training after spinal cord injury: safety, feasibility and gait function following 8 weeks of training with the exoskeletons from Ekso Bionics. Spinal Cord. 2018; 56(2): 106-16. https://doi.org/10.1038/s41393-017-0013-7
  47. Palermo A.E., Maher J.L., Baunsgaard C.B., Nash M.S. Clinician-focused overview of bionic exoskeleton use after spinal cord injury. Top. Spinal Cord Inj. Rehabil. 2017; 23(3): 234-44. https://doi.org/10.1310/sci2303-234
  48. Read E., Woolsey C., McGibbon C.A., O’Connell C. Physiotherapists’ experiences using the Ekso bionic exoskeleton with patients in a neurological rehabilitation hospital: A qualitative study. Rehabil. Res. Pract. 2020; 2020: 2939573. https://doi.org/10.1155/2020/2939573
  49. Письменная Е.В., Петрушанская К.А., Котов С.В., Аведиков Г.Е., Митрофанов И.Е., Толстов К.М. и др. Клинико-биомеханическое обоснование применения экзоскелета «экзоатлет» при ходьбе больных с последствиями ишемического инсульта. Российский журнал биомеханики. 2019; 23(2): 204-30. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2019.2.04
  50. Котов С.В., Лиждвой В.Ю., Секирин А.Б., Петрушанская К.А., Письменная Е.В. Эффективность применения экзоскелета EXOATLET для восстановления функции ходьбы у больных рассеянным склерозом. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2017; 117(10-2): 41-7. https://doi.org/10.17116/jnevro201711710241-47
  51. Esquenazi A., Talaty M., Packel A., Saulino M. The ReWalk powered exoskeleton to restore ambulatory function to individuals with thoracic-level motor-complete spinal cord injury. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 2012; 91(11): 911-21. https://doi.org/10.1097/PHM.0b013e318269d9a3
  52. Khan A.S., Livingstone D.C., Hurd C.L., Duchcherer J., Misiaszek J.E., Gorassini M.A., et al. Retraining walking over ground in a powered exoskeleton after spinal cord injury: a prospective cohort study to examine functional gains and neuroplasticity. J. Neuroeng. Rehabil. 2019; 16(1): 145. https://doi.org/10.1186/s12984-019-0585-x
  53. van Dijsseldonk R.B., van Nes I.J.W., Geurts A.C.H., Keijsers N.L.W. Exoskeleton home and community use in people with complete spinal cord injury. Sci. Rep. 2020; 10(1): 15600. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72397-6
  54. Patrushev M.V., Petrov V.A., Botman S.A., Shusharina N.N., Silina E.V. An integral solution for assistive and restorative brain-machine interfaces: Current approaches, requirements and design. J. Pharm. Sci. Res. 2017; 9(11): 2182-8.
  55. Vélez-Guerrero M.A., Callejas-Cuervo M., Mazzoleni S. Artificial intelligence-based wearable robotic exoskeletons for upper limb rehabilitation: a review. Sensors (Basel). 2021; 21(6): 2146. https://doi.org/10.3390/s21062146
  56. Национальная технологическая инициатива. Available at: https://nti2035.ru

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Романов А.И., Ступин В.А., Силина Е.В., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ:  ПИ № ФС77-50668 от 13.07.2012 г.