Материалы портала «Научная Россия»

Компьютерная «игра» с пользой для здоровья

Компьютерная «игра» с пользой для здоровья
Физики из МГУ и Бауманки разработали программу, ускоряющую процесс реабилитации после инсульта.

Физики из МГУ и "Бауманки" разработали программу, ускоряющую процесс реабилитации после инсульта.

Инсульт занимает второе место среди ведущих причин смертности в мире (после ишемической болезни сердца). Крайне тяжелы социальные последствия заболевания: 70-80% всех тех, кто перенес инсульт, становятся инвалидами. Как вернуть их к нормальной жизни – острейшая проблема современной медицины. На помощь приходят современные технологии: 3D-моделирование, виртуальная реальность, искусственный интеллект – все то, что мы обычно относим к индустрии компьютерных игр. Пример такой «игры» – программа «Визуальная медицина», которую придумали физики из МГУ и МГТУ имени Баумана: с ней можно проходить курс реабилитации не выходя из дома. Корреспондент «Научной России» пообщался с создателями программы и выяснил, как она работает.

Зелимхан, которому нет еще и 35-ти, недавно перенес инсульт. Он проходит курс реабилитации в Центре неврологии доктора Шахновича (ЦНДШ). И таких потерпевших от инсульта в России – 450 тысяч человек. Ежегодно. Даже если все неврологи государственных больниц будут работать 24 часа в сутки, времени на всех не хватит. Сегодня специалисты способны оказывать помощь лишь 12% нуждающимся пациентам. Остальные либо занимаются самолечением, либо как Зелимхан – обращаются в частную клинику.

Доктор запускает компьютерную программу, садится вместе с пациентом перед монитором. Зелимхан кладет руку на стол – и повторяет движения, которые появляются на экране: то сжимает ладонь в кулак, то ставит ее на ребро.

– Что-то это упражнение не очень выходит. Пальцы плохо сгибаются, – сетует пациент, глядя в монитор.

– Нет-нет, у вас все хорошо получается, – успокаивает доктор.

Из динамиков доносится «клик» – сигнал о том, что жест засчитан. Web-камера «увидела», что пациент правильно его показал. Или близко к тому, что нужно.

На первый взгляд может показаться, что мужчина просто сидит за компьютерной игрой, которая проверяет ловкость рук. Но Зелимхан не играет, он участвует в тестировании новой программы – «Визуальная медицина», которую разработали молодые физики, выпускники МГУ и "Бауманки". С ее помощью проходит тренинг для восстановлении моторных функций. Это один из необходимых этапов реабилитации, так как в большинстве случаев при инсульте поражаются именно те участки коры головного мозга, которые отвечают за движение. Программа помогает пройти этап проще и эффективнее.

Тренинг под присмотром компьютера

* Восстановительное обучение – обучение, направленное на восстановление функций, нарушенных в результате какого-либо заболевания.

«Визуальная медицина» – ноу-хау в восстановительном обучении*. В ней сочетаются проверенные временем нейропсихологические методики с современными компьютерными технологиями.

* Нейро-проба на исследование праксиса позы – специальный жест, который проверяет способность пациента выполнить то или иное движение.

Составляя базу упражнений, авторы программы обращались к «Основам нейропсихологии» советского ученого Александра Лурии. В его работе они нашли примеры нейро-проб* (специальных жестов, движений), которые были оцифрованы и вошли в программу. Позже к ним добавились разработки специалистов из Курского медицинского университета и университета имени Н. И. Пирогова.

– Раньше такие нейро-пробы использовались только для диагностики, – рассказывает сооснователь проекта Игорь Никишин. – Врач проверял, может пациент сделать тот или иной жест или нет – и в соответствии с этим ставил диагноз. Мы же считаем, что эти упражнения имеют терапевтический эффект: если их часто повторять, можно восстановить моторику.

Название изображения

Фото из архива команды ООО "Визми"

 

* Компьютерное зрение (computer vision) – быстро развивающийся раздел программирования, связанный искусственным интеллектом. Это технология, с помощью которой человек «учит» компьютер видеть объекты реального мира и интерпретировать увиденное. Область применения computer vision разнообразна: от считывания штрих-кодов в супермаркете до управления беспилотниками и применения дополненной реальности в медицине.

Тренинг должен проходить под присмотром врача. Или компьютера. Последнее возможно благодаря компьютерному зрению* - стремительно развивающейся технологии, которая используется в «Визуальной медицине».

Каким образом программа понимает, что ей показывают? Сначала она получает с камеры изображение с контуром рук. Далее анализирует, как этот контур выглядит. Человек видит его на экране в виде желтой обтекаемой линии, как будто ладонь обвели маркером. Машина же получает информацию о контуре в виде некоторых чисел – «вектора признаков» определенного жеста. Именно его она сравнивает с базой других векторов, записанных в программу: каждый соответствует конкретному положению руки. Проще говоря, подбирает более-менее похожее «лекало».

Название изображения

Рис. 1. Так работает программа. Из архива команды ООО "Визми"

– Я могу показать жест примерно так,– поясняет Даниил Лысухин, один из разработчиков проекта, и чуть-чуть сгибает все пальцы, кроме указательного и мизинца, намеренно не вытягивая их до конца. – Он неточен, но больше всех похож на жест «коза». Показан он не очень хорошо, поэтому вероятность будет не единица, а 0,7, может 0,5. И это тоже мы оцениваем. То есть важен не просто сам факт попытки показать жест, а то, насколько хорошо он был показан.

 

Название изображения

Рис. 2. Проба на исследование праксиса позы.
Александр Лурия. "Основы нейропсихологии"

Название изображения

Рис. 3. Проба на смену поз руки.
Александр Лурия. "Основы нейропсихологии"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Название изображения

Рис. 4. Примеры нейропроб в программе "Визуальная медицина".
Из архива команды ООО"Визми"

 

Типичные ошибки уже зашиты в алгоритм. Кроме того, лояльность программы можно настроить. Врач определяет, какая степень неточности допустима – в зависимости от осложнений после инсульта, от того, какой день пациент работает с программой. Кому-то даже самые простые упражнения даются с трудом – поэтому нужно установить порог точности пониже, чтобы у них не пропадала мотивация работать дальше. Результат тренинга можно увидеть на графиках точности и темпа выполнения, которые программа составляет для каждого упражнения.

Как показали клинические испытания программы «Визуальная медицина» в санаториях и больницах Москвы, Белгорода и Курска, невролог, который разделяет свою работу с программой, может принять в 2-2,5 раза больше пациентов. И помочь еще большему числу больных, делающих упражнения дома.

– После стационара реабилитационный процесс должен продолжаться, – объясняет Игорь Никишин. – Пациент устанавливает программу на свой компьютер – и готово, он может проходить всю процедуру дома. Недавно мы добавили «голосового помощника» – он подскажет, что делать, так что с программой справится любой.

* Ишемия головного мозга – состояние, которое развивается в ответ на кислородное голодание вследствие недостаточного мозгового кровообращения. Выделяют острую и хроническую ишемию.

– И ее могут использовать пациенты с хронической ишемией головного мозга, – добавляет Иван Орехов, медицинский психолог в ЦНДШ. – Кроме того, она развивает не только двигательные функции, но и память.

От студенческого проекта – к бизнесу

Первый вариант программы появился в комнатенке студенческого общежития Главного задания МГУ. Игорь учился на втором курсе магистратуры по направлению биофизика. Работая над курсовыми, проводя исследования, он общался с врачами, часто посещал клиники, где лечились пациенты с неврологическими отклонениями - большинство из них перенесли инсульт.

- Я видел, что этим людям сложно вновь приспособиться к жизни, к социальной среде, - вспоминает Игорь. - Они не могли сопоставлять какие-то явления с реальностью. Им неудобно было обслуживать себя в быту – элементарно, взять кружку со стола. Мой дядя тоже перенес инсульт – я наблюдал за тем, как проходит его реабилитация. Эффекта не было спустя месяц, два... Программа восстановления не работала. Тогда «Визуальной медицины» еще не было – она могла бы ему помочь.

Своими наблюдениями физик поделился со знакомыми неврологами – и вместе они придумали оригинальное решение, ускоряющее реабилитацию и не затратное для пациента. Сперва появилась программа, которая снимала, как больной выполняет пробы до и после курса. По этим видеозаписям можно было оценить прогресс восстановления.

Эту разработку – упрощенную версию «Визуальной медицины» – Игорь решил представить на конкурсе IT-проектов «Техностарт» от Mail.ru – и стал призером, получив небольшую сумму на развитие проекта.

К работе подключились Даниил Лысухин и Дмитрий Пейсахович. Оба занимались медицинской физикой: один – в МГУ, другой – в МГТУ им.Баумана. Вместе ребята расширили функционал программы, научились собирать и распознавать статистику нейро-проб, проработали базу упражнений. Однако соединить свои наработки воедино не могли: нужен был человек, который умеет работать с технологией computer vision (компьютерное зрения). В команде появился программист Рулан Дулимов и собрал все детали в единый продукт, с которым уже можно было выходить на рынок.

– С самого начала мы даже не думали о бизнесе. Просто хотели сделать что-то полезное. А участие в конкурсах помогало заработать немного на студенческую жизнь, – улыбается Игорь.

И тем не менее «Визуальная медицина» из студенческого проекта превратилась в стартап. Ребята заняли третье место в конкурсе проектов, который проводит фонд Олега Дерипаски «Вольное дело», стали единственными участниками из России в конкурсе крупного финского бизнес-акселератора healthcare-стартапов Vertical. И слетали на международную конференцию VivaTechnology в Париж, где встретились с потенциальными партнерами – французскими фармацевтическими компаниями Servier и Sanofi-Aventis.

Название изображения

Фото из архива ООО "Визми"

Web-камера против кинекта

Сегодня «Визуальная медицина» постепенно выходит на рынок. В этом стартаперам помогает французский акселератор NUMA (в России у них свой филиал): компания советует, как грамотно составить бизнес-план, дает помещение для работы. Самое сложное – найти свою нишу среди конкурентов.

В той же области, что и «Визуальная медицина», работает швейцарский стартап MindMaze. Он запустил программу MindMotion Pro, которая помогает восстановить работу верхних конечностей после инсульта. В России тоже есть игроки на этом рынке. Пример – компания Habilect, производитель современного медицинского оборудования для реабилитации после травм разного характера (в том числе и после инсульта). Качество продуктов – высокое, и за него – соответствующая цена.  Не каждая клиника (не говоря об отдельных пациентах) сможет позволить себе таких помощников. MindMaze использует 3D-камеры для улавливания движений, чтобы управлять виртуальной рукой на экране. Habilect – большой телевизор и сенсорный кинект, который используется также для приставки Xbox. В то время как для работы с программой «Визуальная медицина» достаточно самой простой web-камеры и компьютера. А последний найдется и у доктора в кабинете, и у больного дома.

Дешевая (но не менее эффективная) альтернатива дорогим медицинским комплексам – преимущество «Визуальной медицины», которое позволит стартапу найти своего клиента. Пока готовилась эта статья, в Центре неврологии доктора Шахновича закончили тестирование программы и подписали с ее разработчиками контракт.

*AR-технология (от англ. augmented reality – «расширенная реальность») – технология дополненной реальности, которая позволяет переносить цифровую информацию в реальный мир. Сделать это можно с помощью камеры смартфона, веб-камеры или прочего устройства, которое может обрабатывать видео-сигнал.

*VR-технология (от англ. virtual reality – «искусственная реальность») – технология, которая, в отличие от AR, не дополняет реальный, а создает новый – искусственный мир. Для этого используеются специальные технические устройства – шлемов, очков, перчаток виртуальной реальности. VR воздействует на основные органы чувств человека: зрение, слух, обоняние, осязание. Искусственная реальность позволяет человеку сделать то, что невозможно в обычной жизни: например, самому преодолеть гравитацию и взлететь.

Сегодняшняя версия «Визуальной медицины» - далеко не финальный этап работы. В планах у ребят– проводить реабилитацию с помощью AR- и VR-технологий*. На основе первой создана игра «Pokemon Go», вторая используется в компьютерных 3D-играх и играх-симуляторах (например, авиасимулятор).

- Представьте, - поясняет Игорь Никишин, - Пациент надевает шлем дополненной реальности – и попадает в ту среду, где он может позволить себе перемесить руку. Из-за визуализации действия у пациента формируется устойчивые нейронные связи – и у него получается то же движение в реальной жизни.

И главное для ребят – даже с такими современными дополнениями сделать свой продукт доступным для своей аудитории.

        

        

восстановительное обучение восстановление моторных функций инсульт компьютерное зрение мгту имени баумана мгу имени ломоносова программа "визуальная медицина" реабилитация после инсульта

Назад

Иллюстрации

Все фото

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий