Наука

«Умная» стелька подскажет

«Умная» стелька подскажет

09.05.2024
 201
Автор фото:  Евгений Федосков

В конце марта группа учёных кафедры биотехнических систем получила патент на изобретение в сфере медицинской техники – устройство для контроля нагрузки на стопы.

По словам одного из авторов разработки, заведующего кафедрой БТС Зафара Мухамедовича ЮЛДАШЕВА, направление, связанное с исследованием опорно-двигательной системы человека и с разработкой аппаратно-программных комплексов для объективной оценки состояния нижних конечностей, развивается на кафедре в течение двадцати лет.

Сферой применения таких комплексов может стать диагностика заболеваний костно-мышечной системы (например, плоскостопия), реабилитация больных детским церебральным параличом, а также протезирование и ортезирование. Напомним, что протезом конечности называется устройство, замещающее орган, а ортезом – внешнее приспособление, предназначенное для разгрузки, фиксации, активизации и коррекции функций повреждённой конечности.

Указанное направление активно развивает профессор кафедры БТС Людмила Михайловна СМИРНОВА, более тридцати лет работающая в Федеральном научно-образовательном центре медико-социальной экспертизы и реабилитации им. Г.А. Альбрехта. Её кандидатская, затем и докторская диссертации посвящены разработке методов и технических средств для объективной оценки состояния нижних конечностей, в том числе стопы.

Вызывает оптимизм заинтересованность молодых специалистов и студентов вуза в развитии этого направления, столь значимого для сохранения здоровья населения и реабилитации инвалидов и детей-инвалидов, – отметила Людмила Михайловна в беседе с корреспондентом «Электрика».


РАЗВАЛ-СХОЖДЕНИЕ

Стопа является своеобразным двигателем и амортизатором, позволяющим делать ходьбу и бег безопасными для человеческого тела. Если бы она была жёсткой, то при ходьбе человек стал бы ощущать постоянные толчки, что вредно отражалось бы на суставах и позвоночнике, на шее и даже голове. Поэтому диагностика стопы очень важна для всего организма. В сферу реабилитации, протезирования и ортезирования всё активнее внедряются цифровые технологии.

Благодаря им стало возможным создание устройства, которое получило образное название «умная стелька». Установив на гибкие печатные платы, вырезанные по размеру обувной стельки, датчики давления (сенсоры), можно поместить эти платы в обувь пациента и получить данные о нормальном распределении давления в разных частях стопы при ходьбе.

Если одна из ног будет повреждена или в ней начнёт развиваться какая-либо патология, распределение давления под стопой и центр тяжести сместятся, что будет видно при сравнении результатов повторного исследования с первоначальными. Например, при ходьбе человек станет особенно сильно нажимать на внешнюю или на внутреннюю сторону стопы, на носок или на пятку. В здоровом состоянии распределение давления должно быть одинаковым для обеих ног, а при патологии одной из ног такой симметрии не наблюдается.

Эта технология в чём-то напоминает диагностику развала и схождения в автомастерской. Только мы фиксируем смещение центра тяжести не у колёс автомобиля, а у стоп человека, – улыбается Зафар Мухамедович.


А ЧТО В ПАТЕНТЕ?

Новое запатентованное учёными ЛЭТИ и Центра Альбрехта «устройство для контроля нагрузки на стопы», конечно же, состоит не только из стельки с датчиками. Информация от каждого из датчиков на стельке при помощи кабеля для передачи данных поступает в портативное устройство, которое обследуемый пациент может носить в кармане одежды или на поясе. В его корпусе также размещены элемент питания и модуль беспроводной связи Bluetooth. Данные могут быть переданы на смартфон или планшет, где установлено специальное мобильное приложение. Оно позволяет интерпретировать сигналы датчиков и визуализировать их в цветовую схему, где цвета меняются в зависимости от силы давления того или иного участка стопы на каждый из датчиков. Гаджет с описанным мобильным приложением станет неоценимым помощником как для врача-ортопеда, так и для родителя больного ребёнка.

Наличие модуля беспроводной передачи данных открывает широкие возможности для продолжительного дистанционного мониторинга состояния стоп пациента, а не только для одномоментного контроля. А если установить то самое мобильное приложение на смартфон самого пациента и настроить периодическую отправку данных на сервер лечебного учреждения, то лечащий врач сможет дистанционно отслеживать состояние стоп в условиях активной жизнедеятельности пациента в течение всего дня. При этом регулярно посещать врача уже не потребуется.


Ещё одним немаловажным элементом запатентованного устройства являются два нательных устройства (перчатки или манжеты для левой и правой руки), в которых размещены вибромоторы по количеству датчиков. Как следует из описания изобретения, нательные устройства с вибромоторами могут применяться, например, в процессе реабилитации пациентов с детским церебральным параличом. В этом случае используются две стельки с двумя датчиками под каждой стопой. Цель – добиться при ходьбе вовлечения в перекат через стопу её заднего отдела, который у пациентов с детским церебральным параличом часто вовсе не контактирует с опорой.

Понять, удаётся ли этого достичь, помогает информация в виде вибрации от вибромоторов, интенсивность которой соответствует величине силы давления на датчик, находящийся под стопой. Сравнивая силу сигнала с датчиков под пяткой и под носком, пациент легко сможет сформировать необходимый навык переката через стопу и обучиться ему. Если пациентом является ребёнок, то родитель может проанализировать эти соотношения в режиме визуализации информации на смартфоне, чтобы участвовать в обучении выполнению двигательной задачи. Систему также можно применять для обучения инвалида ходьбе на протезе.


СТЕЛЬКИ – НЕ НОВОСТЬ

Идея разработки устройств для контроля нагрузки на стопы под общим названием «умные стельки» не нова и не уникальна. Ею занимаются учёные как в России, так и в зарубежных странах. В феврале 2023 года о создании прототипа «умных стелек» заявили в столичном Государственном университете управления.

В марте того же года пришло сообщение о создании стелек в Швейцарии: они печатаются на 3d-принтере и содержат восемь датчиков. Китайскую продукцию для бегунов и велосипедистов можно приобрести в нескольких известных интернет-магазинах. Наконец, в марте нынешнего года о собственной разработке сообщили в Первом Московском государственном медицинском университете имени И.М. Сеченова.

Но на их стельке всего три датчика, а на нашей – десять! И это не предел: наши стельки следующего поколения будут содержать уже шестнадцать датчиков, а сама печатная плата благодаря технологиям гибкой печати станет ещё удобнее при ходьбе, – подчеркнул заведующий кафедрой БТС.

  Евгений Веснин