Алпатов А.В., Ашапкина М.С. «Носимое устройство для домашней физической реабилитации с вибротактильной обратной связью» Биомедицинская радиоэлектроника, № 4, с. 107-112 (2021)

Постановка проблемы. Карантинные ограничения, вызванные пандемией, повысили значимость дистанционных технологий в области фитнеса, домашних тренировок, в том числе для оказания медицинских услуг в тех областях, где это клинически оправдано. Долгое время врачи-реабилитологи подчеркивали значимость домашней реабилитации в поствосстановительный период. Пациентам настойчиво рекомендовали проведение регулярных занятий для восстановления подвижности суставов после травм и перенесенных болезней. Полноценное выполнение упражнений в дистанционном режиме невозможно без специальных технических средств-тренажеров, обеспечивающих дозирование нагрузки и контроль двигательной траектории сустава при выполнении упражнений. Авторами статьи был реализован ряд мобильных приложений под общим названием «Нефитнес», которые содержат комплексы упражнений, используют датчики движения смартфона для контроля факта и правильности выполнения упражнений и передают всю информацию в онлайн-кабинет врача-реабилитолога. Первые апробации системы «Нефитнес» в рамках совместного проекта с НИИ неотложной детской хирургии и травматологии показали, что требование наличия смартфона у пациента и необходимость его крепления на конечности резко сужают круг и возраст потенциальных пользователей. Использование трекеров активности в виде браслетов также не решает проблему, поскольку они являются только датчиками, а весь контроль осуществляется мобильным приложением. Цель работы – разработка концепции и реализация носимого прибора, способного во время выполнения упражнений самостоятельно, без активного участия смартфона, отслеживать правильность выполнения упражнений и использовать вибротактильную обратную связь для коррекции правильности в реальном масштабе времени. Такая реализация носимого устройства позволит обеспечить корректное следование предварительно заданным врачом протоколам выполнения восстановительных упражнений для повышения объективности и достоверности удаленного контроля. Результаты. Для управления вибромоторами носимого прибора команда проекта «Нефитнес» интегрировала в алгоритм расчета метрик правильности дополнительный блок обратной связи. В данном алгоритме взаимоувязаны три канала управления: управление порядком и ритмом выполнения упражнений; определение направления движения по данным инерциальных датчиков; управление вибромотором в заданной ориентации. С использованием ранее разработанного алгоритма на основе метода DTW и учетом индивидуального порогового коэффициента выполняется сравнение с шаблоном правильной траектории упражнения, вычисляются метрики соответствия и по пороговым коэффициентам формируется балльная оценка правильности движения. Браслет носимого прибора сигнализирует через голосовое управление или вибротактильный интерфейс информацию о корректности траектории движения. При отклонении от заданного движения вызывается срабатывание вибромотора в оппозитном направлении, как бы уводя конечность от неправильной траектории. Таким образом, у пациента формируется устойчивое восприятие направления движения. Практическая значимость. В рамках проводимой авторами работы по реализации системы поддержки удаленной реабилитации был разработан и запатентован «Способ реабилитации и восстановления двигательной активности под аудиовизуальным самоконтролем». Применение данного способа дает возможность обеспечения персональной калибровки и учета индивидуальных физиологических особенностей пациента, а также возможность самоконтроля правильности выполнения восстановительных упражнений без присутствия тренера. Данный результат достигается за счет согласованной работы портативного устройства регистрации двигательной активности, устанавливаемого на теле пациента, на котором в режиме реального времени обеспечивается отображение соответствия анимированного изображения шаблона и анимированного движения части тела пациента.