WO2021158138A1 - Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации - Google Patents

Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации Download PDF

Info

Publication number
WO2021158138A1
WO2021158138A1 PCT/RU2020/000167 RU2020000167W WO2021158138A1 WO 2021158138 A1 WO2021158138 A1 WO 2021158138A1 RU 2020000167 W RU2020000167 W RU 2020000167W WO 2021158138 A1 WO2021158138 A1 WO 2021158138A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
neurorehabilitation
signals
brain activity
activity
task
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000167
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Максим Константинович АВЕРКИЕВ
Илья Владимирович БОРИЩЕВ
Владимир Александрович Буланов
Дмитрий Владимирович КУЧКИН
Олег Александрович МУХИН
Юрий Анатольевич ПОТАНЦЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АйТи Юниверс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "АйТи Юниверс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АйТи Юниверс"
Priority to US17/439,800 priority Critical patent/US20220187913A1/en
Priority to EP20917812.8A priority patent/EP4000578A4/en
Priority to CN202080040956.8A priority patent/CN114173663A/zh
Priority to CA3141005A priority patent/CA3141005A1/en
Publication of WO2021158138A1 publication Critical patent/WO2021158138A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/015—Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/377—Electroencephalography [EEG] using evoked responses
    • A61B5/378—Visual stimuli
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/375—Electroencephalography [EEG] using biofeedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2/72—Bioelectric control, e.g. myoelectric
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/30—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to physical therapies or activities, e.g. physiotherapy, acupressure or exercising
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/09—Rehabilitation or training
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • A61B5/1122—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement of movement trajectories
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/242—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents
    • A61B5/245—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/242—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents
    • A61B5/245—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals
    • A61B5/246—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals using evoked responses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389—Electromyography [EMG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/486—Bio-feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F4/00—Methods or devices enabling patients or disabled persons to operate an apparatus or a device not forming part of the body 
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0408—Use-related aspects
    • A61N1/0452—Specially adapted for transcutaneous muscle stimulation [TMS]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0408—Use-related aspects
    • A61N1/0456—Specially adapted for transcutaneous electrical nerve stimulation [TENS]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36003—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of motor muscles, e.g. for walking assistance

Definitions

  • the invention relates to medicine, namely to neurology and can be used as a system and method of neurorehabilitation in motor rehabilitation of patients after a stroke in various phases, as well as in the rehabilitation of patients with other diseases of the central nervous system.
  • a functional biological control device RU2071723 is known from the prior art.
  • the device includes sensors of physiological parameters, a unit for converting these parameters into feedback signals and a unit for indicating these signals, and is characterized in that the unit for indicating feedback signals is made in the form of a generator of visual images that reproduce the game situation.
  • the method makes it possible to restore the movement of the hands and walking functions of patients against the background of lesions of the central or peripheral nervous system, as well as in the pathology of the musculoskeletal system through the use of virtual reality, taking into account the information obtained from the recording electroencephalographic and electromyographic sensors.
  • the disadvantage of this method is its insufficient effectiveness in the rehabilitation of patients in the acute phase of stroke, because it does not take into account the visual evoked potential signal.
  • the patient is presented with a task on the kinesthetic imagination of limb movement, and the patterns of the patient's brain activity arising from the imaginary movement are analyzed.
  • the data is transferred to a computer to extract signals responsible for imagining movement.
  • the patient is presented with the results of recognition of the task being performed in the form of a label on the screen. By changing the label, the correctness of the task is determined.
  • the results of recognition of the performed task by the kinesthetic imagination of the movement of the paretic limb are additionally presented by tactile and proprioceptive feedback by means of an exoskeleton worn on the patient's paretic limb.
  • the exoskeleton moves the limb in the direction of the imaginary movement, and if the result is incorrect, in the opposite direction.
  • the method allows to increase the effectiveness of treatment, which is achieved due to the additional involvement of tactile proprioceptive sensitivity in the restoration of motor functions.
  • the device contains: an exoskeleton adapted to support the user's body, articulated at its articulation points and equipped with small actuators (“microcylinders”), powered by compressed air, hydraulically or electrically, designed to move the articulated parts of the exoskeleton in accordance with a person's gait; a programmed control unit for controlling the operation of said actuators for moving the exoskeleton in accordance with a person's gait; a remote control unit for controlling a programmed control unit with commands to stop, start, or control the speed of a human gait; an electronic virtual reality unit for transmitting to the user through a virtual reality helmet pictures of virtual reality and stimulation, interactive with a human gait; a rail suspended at a distance from the ground higher than a person's height to support and guide the bearing, sliding on the rail; a metal frame supported by said bearing or slider and provided with two suspensions or rods to support the patient's exoskeleton.
  • microcylinders small actuators
  • the invention discloses a multimodal interactive system for training a robot for upper limb rehabilitation.
  • the system contains a module for collecting and processing electroencephalogram (EEG) signals, a robot module, a complex module for collecting and processing data on the muscles of the affected limbs, a training rehabilitation assessment module and a virtual reality module, in which the EEG signal collection and processing module reflects the patient's intention to move to start the rehabilitation training; a robotic module helps a diseased limb to perform rehabilitation exercises; an integrated module for collecting and processing data on the affected limb receives complex data indicators for the affected limb; the training rehabilitation evaluation module is used to process and analyze the complex data of the muscle indices of the affected limb in order to obtain quantitative parameters for evaluating the rehabilitation training of the patient's arms; the virtual reality module is used to display the virtual environment of rehabilitation teaching and interacts with the patient through scene display and dialogue.
  • EEG electroencephalogram
  • the training system for upper limb rehabilitation is aimed at rehabilitation and training of the upper limbs only and cannot be used in the rehabilitation of the lower limbs.
  • the invention discloses a method for upper limb rehabilitation based on a brain-computer interface and virtual reality technology.
  • An electrode helmet and VR glasses are put on the patient.
  • Computer, EEG amplifier and smartphone are connected into a single system.
  • VR glasses and a smartphone create a first-person upper-limb training scene.
  • the patient controls the movements of the upper limb in the virtual scene in real time in real time, the BCI module in the computer automatically adjusts the classifier in accordance with the patient's current training efficiency; After completing a training session, the BCI module in the computer automatically adjusts the classifier according to the patient's current training effect.
  • the simulator for restoring the mobility of the fingers contains the exoskeleton of the hand, drives for the movement of the fingers of the exoskeleton with their control unit; at the same time, it is equipped with an individual drive for moving each of the fingers, equipped with a means of attracting the patient's attention, and the input of the control unit for the drives of the fingers is connected to an electroencephalographic helmet worn on the patient's head, while the control unit contains a serially connected unit for recording an electroencephalogram, an analysis unit for an electroencephalogram and a formation unit commands to the actuators of the fingers.
  • the disadvantage of this simulator is the use of a light-emitting diode as a visual display device to attract the patient's attention, and as a result, insufficient involvement of the patient in the training process and, as a consequence, a decrease in the effectiveness of the simulator. Also, the disadvantages of this simulator can be attributed to the fact that it is intended for training and rehabilitation only of the upper limbs, namely the hands, and is not suitable for training and rehabilitation of the arm as a whole and the lower limbs. In addition, there is no possibility of activating mirror neurons, as well as the ability to display in the instant feedback mode, based on the registered signals of brain activity, the degree of completion of the assigned task. It is not possible to register signals of brain activity using magnetic resonance imaging and magnetic fields arising from the electrical activity of the brain.
  • Computer - a device or system capable of performing a predetermined, well-defined, variable sequence of operations, as well as any device or group of interconnected or adjacent devices, one or more of which, acting in accordance with the program, performs automated data processing.
  • a computer can be represented in the form and be located in a personal computer (which is the most preferable option), in a mobile device (phone, smartphone, etc.), in addition, it is possible to locate it remotely, for example, on a server , on a local network device or in the cloud, it is also possible to locate it on a microcomputer or several microcomputers built into one or more of the system elements.
  • Commands based on the interpretation of recorded signals of brain activity are commands that are received on the basis of computer-processed signals of brain activity for transmission to a robotic device, for example, an exoskeleton of a limb, to effect an effect on a trained object, for example, to move a limb or perform a certain movement. or other physical impact on the trained object using a robotic device; as well as commands transmitted to the visual display device to demonstrate to the rehabilitated patient the progress or degree of the task.
  • the Trained object is, as a rule, a limb (hand, leg), fingers, as well as individual parts of the limbs, for example, the foot, knee, ankle, shoulder, forearm or hand, fingers and other parts of the body, paralyzed or paresis, and which, as a result, requires motor (motor) rehabilitation.
  • motor motor rehabilitation.
  • an untrained object - a healthy limb or a part of it, symmetrical to the limb being rehabilitated relative to the longitudinal axis of the human body.
  • Database is a systematized collection of information necessary for the operation of the system, and including, among other things, a set of reference signals (characteristic patterns) of brain activity that arise during the execution of a mental task, including in response to commands and stimuli received during the execution tasks.
  • the database is filled with reference signals (patterns) based on the training results of the classifiers.
  • a classifier is a software algorithm that, after training, identifies patterns of brain activity that arise when performing a task.
  • Neuroplasticity is a process in the brain that restores neural connections to replace those lost or damaged by disease.
  • Brain recording is the process of reading and registering signals generated in the brain as a result of the electrochemical activity of neurons.
  • neurons interact with each other through special processes called axons. This kind of interaction has an electrochemical nature.
  • electrochemical activity When large groups of neurons (hundreds of thousands) interact at the same time, then as a result of electrochemical activity, an electric field is generated with sufficient power to be recorded from the outside of the head.
  • the object of the claimed invention is the motor (motor) rehabilitation of patients after stroke and other diseases of the central nervous system that cause motor deficits in the limbs.
  • the technical result of the invention is to increase the effectiveness of rehabilitation, including in the acute, subacute and chronic phases of stroke and other diseases of the central nervous system through the use of the system and method of neurorehabilitation and the methods of the present invention, which stimulate the restoration of mobility of paralyzed limbs by forming a neural biofeedback between the patient's intention to move the limb and its implementation.
  • the neurorehabilitation system of the present invention includes:
  • a visual display device a device for recording brain activity, a robotic device for influencing a trained object, a computer, a database, as well as software for recognizing and isolating a recorded signal of brain activity and interpreting the isolated recorded signal using the database, while the computer with the software, it is configured to transmit commands formed on the basis of the interpretation of the recorded signals of brain activity to the robotic device and / or to the visual display device according to the transmit-receive principle.
  • a neurorehabilitation system in which a virtual reality device is used as a visual display device.
  • a neurorehabilitation system in which an exoskeleton, such as an exoskeleton of a limb, is used as a robotic device.
  • an electroencephalograph is used as a device for recording signals of brain activity.
  • a neurorehabilitation system in which a device for recording magnetic fields arising from electrical activity of the brain is used as a device for recording signals of brain activity.
  • a neurorehabilitation system in which at least two different recording devices are used together to register brain activity.
  • a neurorehabilitation system which further comprises an electromyostimulator for stimulating the muscles that set the trained object in a predetermined movement.
  • a neurorehabilitation system which additionally contains an electromyograph for recording the electrical activity of the muscles driving the trainee object, as well as for recording the activity of the corresponding muscles of the untrained object, namely the muscles of the healthy opposite limb.
  • the technical result is achieved by a neurorehabilitation method using a neurorehabilitation system, including:
  • the visual display device visually providing a task for making a movement of the trainee object
  • a neurorehabilitation method using a neurorehabilitation system, in which the interpretation data of brain activity obtained during a task, including data obtained during a physical action by a robotic device on an object, is recorded into a database.
  • a neurorehabilitation method using a neurorehabilitation system in which a visual displays in the instant feedback mode based on the registered signals of brain activity show the degree of completion of the assigned task.
  • a neurorehabilitation method using a neurorehabilitation system in which the visual presentation on the visual display device of the task being performed is implemented in a manner that stimulates the activation of mirror neurons.
  • Figure 1 shows a block diagram of the interaction of the main components of the neurorehabilitation system.
  • Figure 2 depicts a set of elements of a neurorehabilitation system.
  • Figure 3 shows a general view of the neurorehabilitation system (an example of implementation for the rehabilitation of the upper limbs).
  • Figure 4 depicts a general incomplete view of the neurorehabilitation system (an example of an implementation for the rehabilitation of the lower extremities).
  • Figure 5 shows a flowchart of the sequence of actions when implementing the method of neurorehabilitation (in the basic version).
  • Figure 6 shows a flowchart of the sequence of actions when implementing the method of neurorehabilitation, in which at the stage of isolation and recognition of the registered signals of brain activity, the signal of visual evoked potential and motor imagination is extracted.
  • Figure 7 depicts a flowchart of a sequence of actions when implementing a method of neurorehabilitation, in which, in addition to signals of brain activity, signals of muscle activity are recorded.
  • Figure 8 depicts a flowchart of a sequence of actions when implementing a method of neurorehabilitation, in which the impact on a trained object by a robotic device in accordance with the recognized signals of brain activity is additionally accompanied by electrical stimulation of the muscles that set the trained object in a given movement.
  • Figure 9 depicts a flowchart of actions when implementing a method of neurorehabilitation, in which the visual presentation on a visual display device of the task being performed is implemented in a manner that stimulates the activation of mirror neurons.
  • Figure 10 depicts a flowchart of a sequence of actions when implementing a method of neurorehabilitation, which combines options for implementing a method of neurorehabilitation.
  • Item 1 is a visual display device
  • Position 2 - a device for recording brain activity
  • Item 11 registration of signals of brain activity by a device for recording brain activity
  • Item 12 transmitting brain activity signals to a computer with software and a database
  • Position 16 transmitting a digital signal to a display device;
  • Position 17 the selection of the signal of the visual evoked potential;
  • Position 19 registration by the electromyograph of the activity of the muscles that set the trained object in a given movement
  • Position 20 registration by the electromyograph of the activity of the muscles of the untrained object, corresponding to the set in motion of the training object
  • the neurorehabilitation system 23 (shown in Fig. 1 in the form of a block diagram of the interaction of system elements) includes a visual display device 1, which, as a rule, is a virtual reality device, which can be represented in the form of virtual reality glasses (Fig. . 2), as well as a virtual reality helmet.
  • the virtual reality helmet can be equipped with a device for playing and listening to an audio signal, which allows the patient to be more involved in an imaginary process.
  • the use of the visual display device 1 in the neurorehabilitation system allows you to visually present the task to the patient, as well as display its implementation.
  • the patient is involved in an imaginary process that makes the brain "believe” in the reality of the connection between the intention to make a movement and the real movement of the trained object, i.e. paralyzed limb, which contributes to an increase in the effectiveness of motor rehabilitation, including in the acute, subacute and chronic phases of stroke and in other diseases of the central nervous system.
  • the visual display device 1 including in the embodiment in the form devices of virtual reality, allows you to visually display an animated example of a task - for example, in the form of a virtual phantom, “performing” specified movements, while a really trained object - for example, a hand - is at rest. Observing a moving phantom facilitates the mental task of motor imagination.
  • the neurorehabilitation system 23 also includes a device for recording brain activity 2, which registers and transmits signals of brain activity to the computer 3, forming a brain-computer interface, the task of which is to register, process, isolate and interpret brain activity in order to determine the patient's intention to make a movement with a trained (or untrained) object.
  • a device for recording brain activity 2 an electroencephalograph (Fig. 2) or a similar device can be used that records the electrical and bioelectric activity of the brain from the surface of the scalp.
  • a near-infrared spectroscopy (NIRS) device can also be used to measure brain activity through hemodynamic responses associated with neuroactivity; in addition, a magnetic resonance imaging (MRI) device can be used that records nuclear magnetic resonance signals, as well as devices that read and register magnetic fields arising from the electrical activity of the brain.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the most preferred in practice options for use as a device for recording brain activity 2 are an electroencephalograph and a near infrared spectroscopy device.
  • the listed devices can be used in various combinations, but the most preferable variant of the combination of devices for recording brain activity 2 is the combined use of an electroencephalograph and a near infrared spectroscopy device.
  • the neurorehabilitation system 23 (Fig. 1) also includes a robotic device 4, which serves for physical interaction with a trained object, that is, a paralyzed, paretic, rehabilitated limb, including for moving the trained object in accordance with the recognized signals from the brain and ⁇ or muscle activity.
  • a robotic device 4 which serves for physical interaction with a trained object, that is, a paralyzed, paretic, rehabilitated limb, including for moving the trained object in accordance with the recognized signals from the brain and ⁇ or muscle activity.
  • various versions of the implementation of the robotic device 4 are possible, intended for training and rehabilitation of the upper (Fig. 3), lower (Fig.
  • limbs as well as individual parts of the limbs.
  • Including an exoskeleton, and in particular an exoskeleton of a limb can be used as a robotic device.
  • the robotic device 4 can be configured to transmit a digital signal to the visual display device 1 directly, as well as through the computer 3.
  • the biofeedback that arises as a result of the analysis of neurophysiological signals and the corresponding complex cognitive, proprioceptive and kinesthetic effects on the patient's body stimulates neuroplasticity and thus has a positive effect on the effectiveness of rehabilitation.
  • the neurorehabilitation system 23 also includes a computer 3, which contains software for recognizing and isolating the recorded signal and its interpretation using a database that can be located both on the computer 3 and on a separate device, as well as on a server or cloud storage.
  • the computer 3 transmits the commands formed on the basis of the interpretation of the registered signals of brain and / or muscle activity to the robotic device 4 and / or to the visual display device 1 according to the principle of reception and transmission.
  • Computer 3 (Fig. 1) in combination with a device for recording brain activity 2 form a brain-computer interface.
  • the signals of brain activity are sent from the brain activity recording device 2 to the computer 3, after which, using the software installed on it, patterns are recognized and identified in them, allowing to determine the activity that the patient intends to perform by performing a limb movement, that is, to determine the chosen goal or movement ...
  • computer 3 with software interprets the signals of brain activity using software classifiers that compare the incoming signals with the reference patterns of brain activity in the database.
  • Signal interpretation brain activity using software classifiers occurs using various mathematical devices, including the technology of artificial neural networks, by identifying characteristic features (patterns) of brain activity, for example, associated with external stimulation or cognitive activity, and then searching for similar patterns in the recognized, isolated, interpreted signal of brain activity.
  • the classifiers are adaptively reconfigured, that is, they are "trained”, both automatically and manually, adjusting to specific tasks and a specific patient. Automatic and manual selection of classifiers is possible, which makes it possible to increase the accuracy of their work and reduce the training time of the classifier.
  • Computer 3, on which the program classifiers are located, makes it possible to isolate and recognize both patterns of motor imagination and patterns of visual evoked potentials (an electric wave unconsciously arising in the cerebral cortex as a reaction to a "significant" visual stimulus - for example, to a change in brightness - "backlight »The object on the visual display device 1, on which the patient has focused his attention).
  • the computer 3 on which the software is located can be located in a personal computer - the most preferable option, also the computer 3 can be located in a mobile device, such as a smartphone, in addition, it is possible to locate the computer 3 remotely, for example on a server , on a local network device or in the cloud, it is also possible to locate computer 3 on a microcomputer or several microcomputers built into one or more of the system elements according to claim 1, for example, a visual display device 1 or a robotic device 4 or the like.
  • a neurorehabilitation system 23 (Fig. 1), which additionally contains an electrostimulator 5 for stimulating the muscles that set the object to be trained in a predetermined movement.
  • the electrostimulator 5 makes it possible to implement functional electrical stimulation in the neurorehabilitation system, which consists in the simultaneous movement of the trained object by the robotic device 4 with a specific electrical effect through the skin on certain muscles in order to enhance biofeedback and stimulate the muscle's own activity and the formation of patterns of neuronal activity corresponding to the implementation of target movements.
  • functional electrical stimulation the work of the locomotor centers is normalized at all vertical levels of motor activity regulation, and the maximum restructuring of the patient's neurodynamics is achieved.
  • the additional use of the electrostimulator 5 in the neurorehabilitation system increases its efficiency.
  • a neurorehabilitation system 23 which further comprises an electromyograph 6 for recording muscular activity setting in motion a trained object.
  • Electromyograph 6 with sensors placed on the skin over certain muscles is designed to register bioelectric potentials of muscle activity and allows you to register muscle activity, that is, to read and measure electrical and, indirectly, physical tension in the muscles. In this way, the patient's own muscle tension can be read and recorded. If the intrinsic activity of the muscles driving the trained object is high enough, an additional condition for the start of movement can be the creation by the patient's muscles of a certain intrinsic effort, measured by the electromyograph 6 with sensors placed on the muscles that set the trained object in motion, and the patient, in addition to imagination of movement, should try to perform such a movement.
  • a variant is possible when the movement of the trained object by the robotic device 4 in accordance with the recognized signals of brain activity occurs under the condition of a sufficient level of the activity of the muscles of the corresponding untrained object recorded by the electromyograph, corresponding to the training object setting in the given movement, that is, when the muscle tension of the healthy limb sets in motion the affected limb. Gradually building up the level of your own muscle effort required for activation of a robotic device, helps to restore the limb's own motor activity. Thus, the use of electromyograph 6 in the neurorehabilitation system increases the effectiveness of rehabilitation.
  • the patient is given tasks related to the execution of movements of the paralyzed (trained) limb.
  • the brain activity registration device 2 records the signals of brain activity.
  • it can be an electroencephalogram (EEG) of a patient, analyzing which a software classifier identifies patterns of electrical activity in the brain, allowing to determine the chosen target or movement.
  • EEG electroencephalogram
  • a command is issued to the robotic device 4 (for example, an exoskeleton) to act on the limb (for example, to move it) in accordance with the detected intention of the patient.
  • an additional condition for starting the movement can be the creation of a certain self-effort by the patient's muscles.
  • an electromyograph 6 is additionally used with sensors placed on the muscles that set the limb in motion, and the patient, in addition to imagining movement, should try to perform such a movement.
  • An option is also possible when the tension of the muscles of a healthy limb sets the affected limb in motion.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the interaction of elements of a neurorehabilitation system. Further, for clarity of the implementation of the system, a description of figures 2-4 is given. In this case, the above embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not limiting the scope of the invention.
  • figure 2 shows a variant of the set of elements of the neurorehabilitation system, which includes:
  • the visual display device presented in the form of virtual reality glasses, provides visual presentation 10 of a task for performing a movement by a trained object and contributes to a clearer and more entertaining presentation by the patient of the task being performed and, accordingly, enhancement of the manifestation of brain activity for performing the task, thereby increasing the efficiency of formation signals of brain activity;
  • a device for recording brain activity 2 presented in the form of an electroencephalograph, capable of recording electrical and bioelectrical activity of the brain from the surface of the scalp using sensors placed directly on the patient's head;
  • a computer 3 presented in the form of a laptop, which contains software for recognizing and extracting a recorded signal and interpreting the extracted recorded signal using a database.
  • the computer 3 transmits the commands formed on the basis of the interpretation of the registered signals of brain activity to the robotic device 4 and to the visual display device 1 according to the principle of reception and transmission;
  • the robotic device 4 presented in the form of one of the variants of the upper limb exoskeleton, serves for physical interaction with the trained object, that is, the paralyzed, paretic, rehabilitated limb, including for moving the trained object in accordance with the recognized signals from the brain and / or muscle activity;
  • a motion tracker 7 which can be used during the operation and functioning of the robotic device 4 and allows you to determine the position of the trained object in space, which is then transmitted to the visual display device 1, for more accurate and realistic visualization of the task being performed;
  • the controller unit 8, which controls the operation of the drives of the robotic device 4 is not an obligatory element of the system and is given only as an example of implementation.
  • the emergency stop button 9 is designed to urgently stop the operation of the robotic device 4 in the event of an emergency situation, and can be external and built-in.
  • the emergency stop button 9 contributes to an increase in the safety of operation of the neurorehabilitation system 23.
  • Figure 3 depicts a general view of the neurorehabilitation system in action (an example implementation for the rehabilitation of the upper limbs), which includes:
  • the electrostimulator 5 (Fig. 3 shows the electrode of the electrostimulator 5) for stimulating the muscles that set the object to be trained in a predetermined movement.
  • the electrostimulator 5 makes it possible to implement functional electrical stimulation in the neurorehabilitation system, which consists in simultaneous electrical action on the corresponding muscles with the movement of the trained object by the robotic device 4 in order to enhance biofeedback, stimulate their own muscle activity and the formation of patterns of neuronal activity corresponding to the implementation of target movements.
  • the work of the locomotor centers is normalized at all vertical levels of regulation of motor activity, and the maximum restructuring of the patient's neurodynamics is achieved;
  • the electromyograph 6 (the electrode of the electromyograph 6 is shown in FIG. 3) provides registration of the activity of the muscles that set the object in motion. Electromyograph 6 with sensors is designed to register bioelectric potentials of muscle activity and, indirectly, measure physical stress in them. Thus, the level of the patient's own muscular effort can be determined. Accordingly, one of the conditions for the movement of the trained object by the robotic device 4 in accordance with the recognized signals of brain activity can be the patient's tension of his own muscles up to a certain level measured by the electromyograph 6;
  • controller unit 8 the controller unit 8
  • FIG. 4 depicts a general incomplete view of the neurorehabilitation system (an example implementation for the rehabilitation of the lower extremities), including:
  • robotic device 4 presented in the form of one of the variants of the lower limb exoskeleton
  • the electrostimulator 5 ( Figure 4 shows the electrode of the electrostimulator 5).
  • the electrode of the electrostimulator 5 is located on the extensor muscle of the leg (quadriceps femoris) in the area of the knee joint, and stimulates its work;
  • an electromyograph 6 ( Figure 4 shows an electromyograph electrode 6).
  • the electromyograph sensor 6 is located in the region of the quadriceps femoris (quadriceps) muscle of the patient, which serves to extend the leg at the knee joint.
  • the claimed invention "brain-computer interface-based neurorehabilitation system” increases the effectiveness of rehabilitation after a stroke, including in the acute, subacute and chronic phases, and in other diseases of the central nervous system by stimulating the restoration of mobility paralyzed limb by forming a neural biofeedback between the patient's intention to make a movement and its implementation.
  • the neurorehabilitation system 23 (Fig. 1) allows registering, recognizing and isolating signals of brain activity, revealing the patient's intention to make a movement with a trained paralyzed or similar healthy object, and then helping to make this movement.
  • the resulting biofeedback stimulates neuroplasticity - a process in the brain that forms bypass neural pathways to replace those lost or damaged as a result of the disease, while the effectiveness of rehabilitation is increased, among other things, through the use of a visual display device.
  • the method of neurorehabilitation using a neurorehabilitation system is characterized by at least the following sequential actions, namely (see figure 5):
  • [00130] 10 is a visual presentation of a task by a visual display device
  • Neurorehabilitation using a neurorehabilitation system is carried out in the following way:
  • the patient is given visual and / or audible tasks related to the execution of movements of the paralyzed limb.
  • the visual presentation of the task can take place in a virtual reality environment using a virtual reality device that can be equipped with means of playing an audio signal, which allows the patient to be more involved in an imaginary process with the help of additional sound stimulation.
  • audio feedback can also be implemented to display the quality of the task - for example, using signals of different volume and tone; or in the case of performing the assigned task with high quality, a melodic melody may sound.
  • the visual presentation of task 10 in a virtual reality environment increases the manifestations of brain activity when performing the task, thereby positively affecting the effectiveness of rehabilitation;
  • the patient imagines performing the provided task of moving the trained object, that is, imagines the movement of the limb to the selected target, to the selected position or in the selected direction, thereby performing the specified brain activity, and the device for recording brain activity 2 registers and transmits to the computer 3 signals of brain activity;
  • NIRS - near-infrared spectroscopy measuring hemodynamic reactions as a device for recording brain activity 2, associated with neuroactivity
  • the most preferred option is the registration and subsequent transmission 12 to the computer 3 of signals of electrical and bioelectric activity of the brain using an electroencephalograph as a device for recording brain activity 2.
  • Another preferred option is the registration and subsequent transmission 12 to the computer 3 of signals brain activity using a near infrared spectroscopy device.
  • the registered signals of brain activity are sent from the brain activity recording device 2 to the computer 3, and with the help of the software installed on it (which can also be located on server, on a third-party device or in cloud storage, and calculations are performed by distributed computing by several devices located remotely, for example, on a server, on a third-party device or in a cloud storage), the signals are recognized and interpreted: patterns of brain activity are detected in them, allowing the software to determine the selected target or movement.
  • computer 4 with software interprets the signals of brain activity using software classifiers and a database containing reference signals of brain activity.
  • Interpretation of brain activity signals with the help of software classifiers occurs, among other things, on the basis of artificial neural network technologies that use various mathematical devices to identify characteristic features (patterns) of brain activity associated with external stimulation or cognitive activity and then search for such patterns in the interpreted signal.
  • the results of the interpretation of brain activity are recorded in the database for its expansion.
  • classifiers are adaptively reconfigurable, that is, they are “trained”, adjusting to specific tasks and a specific patient. Automatic and manual selection of the optimal classifiers and their parameters is possible, which improves the accuracy and speed of their work and reduces the training time of the classifier.
  • Computer 3 on which the software for recognition and extraction of the registered signal and interpretation of the extracted recorded signal using the database, can be located, allows the extraction and recognition of the signals of the visual evoked potential 17 and the signals of the motor imagination 18 (Fig. 6).
  • Motor imagery signals 18 are usually synchronization / desynchronization (i.e., increase / suppression) of various rhythms of brain activity in the area of limb representation in the motor cortex and other parts of the cortex.
  • the visual evoked potential signal 17 (Fig. 6) is an electrical wave that unconsciously arises in the cerebral cortex as a reaction to a “significant stimulus” - for example, to visual highlight (change in brightness - “backlighting”) of an object on which the patient focused his attention.
  • a command 14 is transmitted to the robotic device to act on the trained object 15, for example, to perform the intended movement.
  • an exoskeleton can be used as a robotic device 4, which allows for optimal anatomical parameterization.
  • the transmission of the command 14, formed on the basis of the interpretation of the registered signals of brain activity, to the robotic device, and the subsequent action of the robotic device on the trained object 15 stimulate the restoration of new neural connections in the brain instead of those lost by the formation of neural biofeedback between intention and movement.
  • the use of a robotic device in the system increases the effectiveness of rehabilitation.
  • a signal 16 is transmitted to the display device 1 and then visual presentation 10 on the visual display device 1 of the task execution process, including in accordance with the signal, received from a robotic device.
  • the patient is involved in an imaginary process that makes the brain "believe” in the reality of the connection between the intention to make a movement and the real movement of the trained object, i.e. paralyzed limb, which improves the effectiveness of rehabilitation.
  • the visual display device 1 makes it possible to visually display the performance of a task "from a third person", that is, to present the patient with a view of himself “from the side”, or to display a virtual a phantom that "makes" specified movements, while a really trained object, for example, a hand, is at rest.
  • Observing a moving phantom or observing the execution of a task "from a third person” facilitates the performance of a mental task and stimulates the activation of mirror neurons 22 (Fig. 9), facilitating the restoration of neural connections, which also increases the efficiency of rehabilitation.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which the command about the impact 15 on the object is sent from the computer 3 to the robotic device 4, and after the impact of the robotic device 4 on the object - to the visual display device 1.
  • the transmission of the command can occur both directly from the robotic device 4 to the visual display device 1 and via the computer 3.
  • Such an embodiment is necessary, for example, when a movement tracker 7 is used in the robotic device 4, which determines the position of the trained object in space.
  • Information about the spatial position of the trained object is transmitted to the visual display device 1 for a more accurate and realistic visualization of the task being performed.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which the impact on the trained object by the robotic device 4 is performed on the basis of the recognized signals of brain activity related to the healthy object.
  • This option is applicable especially in the case of severe damage to the motor ability in the acute phase of stroke, when it is difficult for the patient to perform controlled brain activity in relation to the trained object (affected limb). That is, if patients have difficulty in performing the task of motor imagination with the affected hemisphere of the brain, it is advisable to perform the exercise using both hands, when they have the opportunity to periodically perform the task for the healthy arm and then try to reproduce it with the paralyzed limb "by analogy", which increases the effectiveness of rehabilitation.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which the impact of the robotic device 4 on the trained object in accordance with the recognized signals of brain activity 15 occurs under the condition of the activity of the muscles that set the trained object in a given movement, recorded electromyograph, that is, after the isolation and recognition of (registered) signals of brain activity by the computer and interpretation 13 by comparing with the database, the electromyograph additionally records the activity of the muscles that set the trained object 19 in a given movement, and subject to the patient's tension of his own muscles to a certain level, measured by the electromyograph 6, the trainee object is moved by the robotic device in accordance with the recognized signals of brain activity 15.
  • the movement 15 of the trained object that is, the paralyzed limb
  • the robotic device 4 in accordance with the recognized signals of brain activity occurs under the condition sufficient activity of the muscles of the corresponding untrained object, that is, a healthy limb, corresponding to the training object setting in a given movement, i.e. when muscle tension in a healthy limb sets the affected limb in motion.
  • the patient "by analogy" tries to induce muscle activity of the affected limb.
  • the registration of the activity of the muscles 19 by the electromyograph and the movement 15 of the trained object by the robotic device 4, provided that the patient strains his own muscles to a certain level, measured by the electromyograph 6, increases the efficiency of rehabilitation.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which the movement 15 of the trained object by the robotic device 4 in accordance with the recognized signals of brain activity is accompanied by additional electrical stimulation of 21 muscles that set the trained object in a predetermined movement. Electrostimulation 21 is performed using an electrostimulator 5. In response to the performance of the mental and / or muscular task, a complex stimulation of the motor system occurs, which consists in the simultaneous functional electrical stimulation of the corresponding muscles when the 15 trained object is moved by a robotic device 4 in order to enhance biofeedback and stimulate its own activity muscles and the formation of patterns of neuronal activity corresponding to the implementation of targeted movements.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which on the visual display device 1 in the instant feedback mode, based on the registered signals of brain activity, the degree of completion of the assigned task is displayed, that is, when the task is completed, the patient is provided with information on how much it does the job correctly.
  • Information is provided in the form of a changing scale or indicator, where, if the task is performed correctly and correctly, the maximum value is displayed, and if the task is performed incorrectly or not close enough to the set value, then the value displayed on the scale or indicator decreases, in addition, instant feedback for display
  • the degree of completion of the assigned task can be performed using sound signals, for example, when a virtual reality helmet with built-in devices for listening to an audio signal is used as a visual display device 1.
  • Such an implementation allows the patient to determine and understand how correctly and efficiently he performs the task, thereby stimulating him to manifest the expected brain activity and increasing the effectiveness of rehabilitation.
  • a possible implementation of the neurorehabilitation method in which the task, registration of signals and commands to perform the task are divided into several stages, and each stage of the task can be fixed by a different device, performed by different parts of the trained object, and each stage is displayed on a visual display device 1 yourself.
  • the invention makes it possible to simulate the implementation of complex multi-stage movements, similar to those performed by the patient in real life, and thus to carry out complex rehabilitation of the limb: when in the same exercise, a more intact function is immediately restored, for example, the mobility of the entire arm as a whole - on based on the analysis of the electromyogram of the large muscles of the shoulder, and less preserved - for example, the mobility of the hand based on the analysis of the electroencephalogram.
  • neurorehabilitation system and the claimed invention “method of neurorehabilitation” increases the effectiveness of motor rehabilitation after stroke, including in the acute, subacute and chronic phases, and in other diseases of the central nervous system by stimulating the restoration of mobility a paralyzed limb by forming in various ways and their combinations neurobiological feedback between the patient's intention to make a movement and its implementation.
  • the neurorehabilitation system allows registering, recognizing and highlighting signals of brain activity, revealing the patient's intention to make a movement with the trained object, helping him to make this movement and immersing him in an atmosphere similar to ordinary life through the use of a visual display device, including a virtual reality device; at the same time, the resulting biofeedback stimulates neuroplasticity - a process in the brain that forms bypass neural pathways to replace those lost or damaged as a result of the disease.
  • An additional increase in the effectiveness of rehabilitation occurs with the use of electrical myostimulation and electromyography.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации относится к области медицины, а именно к неврологии и могут использоваться в качестве системы и способа нейрореабилитации при двигательной реабилитации пациентов после инсульта в различных фазах, а также при реабилитации пациентов при других заболеваниях центральной нервной системы. Задачей заявленного изобретения является двигательная (моторная) реабилитация пациентов после инсульта и других заболеваний центральной нервной системы, вызывающих двигательный дефицит в конечностях. Технический результат изобретения заключается в увеличении эффективности реабилитации, в том числе в острой, подострой и хронической фазах инсульта и при других заболеваниях центральной нервной системы за счет использования системы и способа нейрореабилитации и методов данного изобретения, которые стимулируют восстановление подвижности парализованных конечностей путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением пациента совершить движение конечностью и его реализацией.

Description

Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации
Область применения
[0001] Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии и может использоваться в качестве системы и способа нейрореабилитации при двигательной реабилитации пациентов после инсульта в различных фазах, а так же при реабилитации пациентов при других заболеваниях центральной нервной системы.
Уровень техники
[0002] Из уровня техники известно устройство функционального биологического управления RU2071723. Устройство включает датчики физиологических параметров, блок преобразования этих параметров в сигналы обратной связи и блок индикации этих сигналов, и отличается тем, что блок индикации сигналов обратной связи выполнен в виде генератора зрительных образов, воспроизводящих игровую ситуацию.
[0003] Недостатком данного устройства является то, что оно не эффективно при реабилитации пациентов с постинсультной нейросимпотоматикой.
[0004] Известен «способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности» RU2655200. Используют виртуальную среду с элементами управления и сенсорного взаимодействия с виртуальным объектом. С учетом информации полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков, установленных на голове и пораженной конечности соответственно, а также способности пациента к движениям, регулируют объем управляющих виртуальных движений таким образом, что возникает ощущение завершенности выполняемого движения при демонстрации заданий виртуальной реальности. Причем сенсорное взаимодействие с виртуальными объектами посредством использования зрительного, слухового канала, а также тактильной и проприорецептивной стимуляции рецепторов конечности проводят таким образом, чтобы обеспечить ассоциирование пациента с виртуальным аватаром, с очувствлением тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущением завершенности выполняемого движения. Способ позволяет обеспечить восстановление движения рук и функций ходьбы пациентов на фоне поражения центральной или периферической нервной системы, а также при патологии опорно- двигательного аппарата за счет использования виртуальной реальности с учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации. [0005] Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность при реабилитации пациентов в острой фазе инсульта, т.к. в нём не учитывается сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0006] Также известен «способ реабилитации постинсультных и посттравматических пациентов» RU2622206. Пациенту предъявляют задание по кинестетическому воображению движения конечности, и анализируют паттерны мозговой активности пациента, возникающие при воображаемом движении. Данные передают в компьютер для выделения сигналов, ответственных за воображение движения. Пациенту предъявляют по зрительной обратной связи результаты распознавания выполняемого задания в виде метки на экране. По изменению метки определяют правильность выполнения задания. При этом результаты распознавания выполняемого задания по кинестетическому воображению движения паретичной конечности дополнительно предъявляют по тактильной и проприоцептивной обратной связи посредством экзоскелета, надетого на паретичную конечность пациента. При правильном распознавании выполняемого задания экзоскелетом перемещают конечность в направлении воображаемого движения, а при неправильном результате - в противоположном направлении. Способ позволяет увеличить эффективность лечения, что достигается за счет дополнительного вовлечения тактильной проприоцептивной чувствительности в восстановление двигательных функций.
[0007] Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность при реабилитации пациентов в острой фазе инсульта, т.к. в нём не учитывается сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0008] Известен ЕР0911015 «ортопедический реабилитационный аппарат с использованием устройств виртуальной реальности». Устройство содержит: экзоскелет, приспособленный для поддержки тела пользователя, сочлененный в местах его сочленения и снабженный небольшими приводами («микроцилиндрами»), приводимыми в действие сжатым воздухом, гидравлически или электрически, предназначенными для перемещения сочлененных частей экзоскелета в соответствии с походкой человека; запрограммированный блок управления для управления работой указанных исполнительных механизмов для перемещения экзоскелета в соответствии с походкой человека; блок дистанционного управления для управления запрограммированным блоком управления с помощью команд для остановки, запуска или управления скоростью человеческой походки; электронный блок виртуальной реальности для передачи пользователю посредством шлема виртуальной реальности картин виртуальной реальности и стимуляции, интерактивных с человеческой походкой; рельс, подвешенный на расстоянии от земли выше роста человека, для поддержки и направления подшипника, скользящего по рельсу; металлический каркас, поддерживаемый указанным подшипником или ползуном и снабженный двумя подвесками или стержнями для поддержки экзоскелета пациента.
[0009] Недостаток такого устройства заключается в недостаточной эффективности при реабилитации пациентов с постинсульиной нейросимпотоматикой в связи с тем, что не учитываются намерения пациента совершить движение регистрируемое устройством регистрации мозговой активности.
[0010] Известна система тренировки для реабилитации верхних конечностей CN109568083 (опубл. 05.04.2019). Изобретение раскрывает мультимодальную интерактивную систему тренировки робота для реабилитации верхних конечностей. Система содержит модуль сбора и обработки сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ), модуль робота, комплексный модуль сбора и обработки данных о мышцах пораженных конечностей, модуль оценки тренировочной реабилитации и модуль виртуальной реальности, в котором модуль сбора и обработки сигналов ЭЭГ отражает намерение пациента двигаться чтобы запустить реабилитационную тренировку; робототехнический модуль помогает больной конечности выполнять реабилитационные упражнения; комплексный модуль сбора и обработки данных о пораженных конечностях получает комплексные показатели данных по пораженной конечности; модуль оценки тренировочной реабилитации используется для обработки и анализа комплексных данных индексов мышц пораженной конечности с тем, чтобы получить количественные параметры оценки реабилитационной тренировки рук пациента; модуль виртуальной реальности используется для отображения виртуальной среды обучения реабилитации и взаимодействует с пациентом посредством отображения сцены и диалога.
[ООН] Недостатки такой системы заключаются в отсутствии возможности работать с сигналами зрительного вызванного потенциала, т.к. она работает только с сигналами моторного воображения (the movement intention), что ведет к снижению эффективности реабилитации, особенно в острой фазе инсульта и в случаях, когда имеется высокая степень парализации конечности. Данная система тренировки для реабилитации работает с ЭЭГ- сигналами мозговой активности и не имеет возможности использовать сигналы функциональной ближней инфракрасной спектроскопии. Также в ней не реализована возможность регистрации мышечной активности и миостимуляции. Отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Нет возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга. Кроме того, система тренировки для реабилитации верхних конечностей направлена на реабилитацию и тренировку только верхних конечностей и не может использоваться при реабилитации нижних конечностей.
[0012] Также известен способ реабилитации верхних конечностей CN106621287 (опубл 10.05.2017). Изобретение раскрывает способ реабилитации верхних конечностей на основе интерфейса мозга-компьютера и технологии виртуальной реальности. На пациента надевают электродный шлем и VR-очки. Компьютер, усилитель ЭЭГ и смартфон соединены в единую систему. В процессе тренировки VR-очки и смартфон формируют сцену тренировочного действия с верхней конечностью от первого лица. Пациент управляет движениями верхней конечности в виртуальной сцене в реальном времени в режиме реального времени, модуль BCI в компьютере автоматически настраивает классификатор в соответствии с текущей тренировочной эффективностью пациента; после завершения тренировки, модуль BCI в компьютере автоматически регулирует классификатор в соответствии с текущим тренировочным эффектом пациента.
[0013] Недостатки данного способа заключаются в том, что он не позволяет работать с сигналами зрительного вызванного потенциала и работает только с сигналом моторного воображения, что ведет к снижению эффективности реабилитации особенно в острой фазе инсульта и в случаях, когда имеется высока степень парализации конечности. Также данный способ направлен на работу с электрическим сигналом мозговой активности и не использует сигналы функциональной ближней инфракрасной спектроскопии, не предусмотрено возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга. Отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Не реализованы электромиостимуляция и электромиография. Кроме того, данный способ направлен на реабилитацию и тренировку только верхних конечностей и не может использоваться при реабилитации нижних конечностей.
[0014] Известен тренажер для восстановления подвижности пальцев рук RU147759 (опубл. 20.11.2014). Полезная модель относится к медицине, предназначена для реабилитации пациентов с параличами верхних конечностей и направлена на обеспечение возможности движения каждым пальцем руки по мысленным командам пациента. Указанный результат достигается тем, что тренажер для восстановления подвижности пальцев рук содержит экзоскелет кисти руки, приводы перемещения пальцев экзоскелета с блоком их управления; при этом он снабжен индивидуальным приводом перемещения каждого из пальцев, снабженных средством привлечения внимания пациента, а вход блока управления приводами пальцев соединен с электроэнцефалографическим шлемом, надеваемым на голову пациента, при этом блок управления содержит последовательно соединенные блок регистрации электроэнцефалограммы, блок анализа электроэнцефалограммы и блок формирования команд на приводы пальцев.
[0015] Недостатком данного тренажёра является использование в качестве устройства визуального отображения светодиода для привлечения внимания пациента, и вследствие этого недостаточная вовлеченность пациента в процесс тренировки и как следствие понижение эффективности тренажёра. Также к недостаткам данного тренажёра можно отнести то, что он предназначен для тренировки и реабилитации только верхних конечностей, а именно кистей рук и не подходит для тренировки и реабилитации руки в целом и нижних конечностей. Помимо этого, отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Нет возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга.
Раскрытие терминов
[0016] Компьютер - устройство или система, способная выполнять заданную, чётко определённую, изменяемую последовательность операций, а также любое устройство или группа взаимосвязанных или смежных устройств, одно или более из которых, действуя в соответствии с программой, осуществляет автоматизированную обработку данных. В рамках приведенного ниже описания, компьютер может быть представлен в виде и быть расположен в персональном компьютере (является наиболее предпочтительным вариантом), в мобильном устройстве (телефон, смартфон и т.п.), кроме того возможен вариант расположения удаленно, например, на сервере, на устройстве локальной сети или в облаке, также возможен вариант расположения на микрокомпьютере или нескольких микрокомпьютерах, встроенном в один или несколько из элементов системы.
[0017] Команды на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности - это команды которые получены на основе обработанных компьютером сигналов мозговой активности для передачи их на роботизированное устройство, например экзоскелет конечности, для совершения воздействия на тренируемый объект, например для перемещения конечности или совершения определённого движения, или иного физического воздействия на тренируемый объект с использованием роботизированного устройства; а также команды, передаваемые на устройство визуального отображения для демонстрации реабилитируемому пациенту хода или степени выполнения задания.
[0018] Тренируемый объект - это, как правило, конечность (рука, нога), пальцы, а также отдельные части конечностей, например, стопа, коленный, голеностопный сустав, плечо, предплечье или кисть, пальцы и прочие части тела, пораженные параличом или парезом, и которым вследствие этого требуется двигательная (моторная) реабилитация. Различают также нетренируемый объект - здоровую конечность или ее часть, симметричную реабилитируемой относительно продольной оси тела человека.
[0019] База данных - систематизированная совокупность информации, необходимой для работы системы, и включающая в том числе набор эталонных сигналов (характерных паттернов) мозговой активности, возникающих в ходе выполнения ментального задания, в том числе в ответ на команды и стимулы поступающие в ходе выполнения задания. База данных наполняется эталонными сигналами (паттернами) на основе результатов обучения классификаторов.
[0020] Классификатор - программный алгоритм, который после обучения выявляет паттерны мозговой активности возникающие при выполнении задания.
[0021] Нейропластичность - процесс в мозге, восстанавливающий нейронные связи взамен утраченных или пораженных в результате заболевания.
[0022] Регистрация мозговой активности - процесс считывания и регистрации сигналов, возникающих в головном мозге в результате электрохимической активности нейронов. Во время мышления либо испытывания разнообразных эмоций и чувств, происходит взаимодействие нейронов между собой через специальные отростки называемые аксонами. Данного рода взаимодействие имеет электрохимическую природу. Когда взаимодействуют большие группы нейронов (сотни тысяч) единовременно, то в результате электрохимической активности генерируется электрическое поле достаточной мощности для того, чтобы быть зарегистрированным с внешней стороны головы.
Краткое описание изобретения
[0023] Задачей заявленного изобретения является двигательная (моторная) реабилитация пациентов после инсульта и других заболеваний центральной нервной системы, вызывающих двигательный дефицит в конечностях.
[0024] Технический результат изобретения заключается в увеличении эффективности реабилитации, в том числе в острой, подострой и хронической фазах инсульта и при других заболеваниях центральной нервной системы за счёт использования системы и способа нейрореабилитации и методов данного изобретения, которые стимулируют восстановление подвижности парализованных конечностей путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением пациента совершить движение конечностью и его реализацией.
[0025] Система нейрореабилитации данного изобретения включает:
[0026] устройство визуального отображения, устройство регистрации мозговой активности, роботизированное устройство для воздействия на тренируемый объект, компьютер, базу данных, а также программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала мозговой активности и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных, при этом компьютер с программным обеспечением выполнен с возможностью передавать команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, на роботизированное устройство и/или на устройство визуального отображения по принципу приема-передачи.
[0027] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства визуального отображения используется устройство виртуальной реальности. [0028] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве роботизированного устройства используется экзоскелет, например экзоскелет конечности. [0029] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется электроэнцефалограф.
[0030] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство функциональной ближней инфракрасной спектроскопии.
[0031] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство магнитно-резонансной томографии.
[0032] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство регистрации магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга. [0033] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой для регистрации мозговой активности применяются совместно по крайней мере два различных устройства регистрации. [0034] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, которая дополнительно содержит электромиостимулятор для стимуляции мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект.
[0035] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, которая дополнительно содержит электромиограф для регистрации электрической активности мышц, приводящих в движение тренируемый объект, а также для регистрации активности соответствующих мышц нетренируемого объекта, а именно мышц здоровой противоположной конечности. [0036] Технический результат достигается способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, включающим:
[0037] визуальное предоставление устройством визуального отображения задания по совершению движения тренируемым объектом,
[0038] регистрацию сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности,
[0039] передачу зарегистрированных сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением, связанный с базой данных,
[0040] выделение необходимых для интерпретации сигналов мозговой активности компьютером с программным обеспечением,
[0041] интерпретацию выделенных сигналов путем сопоставления с базой данных,
[0042] передачу команды, сформированной на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект,
[0043] воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности и полученной командой,
[0044] передачу сигнала устройству визуального отображения,
[0045] визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания.
[0046] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0047] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал моторного воображения. [0048] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигналы зрительного вызванного потенциала и моторного воображения.
[0049] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором для воздействия на тренируемый объект роботизированным устройством регистрируют сигналы мозговой активности, относящейся к здоровому объекту.
[0050] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором дополнительно к сигналам мозговой активности регистрируют сигналы мышечной активности.
[0051] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством производят в соответствии с мышечной активностью здорового объекта.
[0052] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором передачу сигнала устройству визуального отображения осуществляют от роботизированного устройства.
[0053] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект.
[0054] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором выбор и/или настройка программного классификатора, используемого для формирования базы данных, осуществляется автоматически.
[0055] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором данные интерпретации мозговой активности полученные в ходе выполнения задания, в том числе данные полученные во время физического воздействия роботизированным устройством на объект, записывают в базу данных.
[0056] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на устройстве визуального отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности отображают степень выполнения поставленного задания. [0057] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания реализовано образом, стимулирующим активацию зеркальных нейронов.
[0058] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации в котором предоставление задания, регистрация сигналов и выполнение задания разделены на несколько этапов, при этом на каждом этапе выполнения задания биоэлектрическая активность может фиксироваться различными устройствами, а действия выполняться с разными частями тренируемого объекта, при этом каждый этап отображается на устройстве визуального отображения самостоятельно.
Описание иллюстраций
[0059] На фигуре 1 изображена блок-схема взаимодействия основных компонентов системы нейрореабилитации.
[0060] На фигуре 2 изображён набор элементов системы нейрореабилитации.
[0061] На фигуре 3 изображён общий вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации верхних конечностей).
[0062] На фигуре 4 изображён общий неполный вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации нижних конечностей).
[0063] На фигуре 5 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации (в базовом варианте).
[0064] На фигуре 6 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал зрительного вызванного потенциала и моторного воображения.
[0065] На фигуре 7 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором дополнительно к сигналам мозговой активности регистрируют сигналы мышечной активности.
[0066] На фигуре 8 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект. [0067] На фигуре 9 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания реализовано образом, стимулирующим активацию зеркальных нейронов.
[0068] На фигуре 10 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором объединены варианты реализации способа нейрореабилитации.
[0069] Позиция 1 - устройство визуального отображения;
[0070] Позиция 2 - устройство регистрации мозговой активности;
[0071] Позиция 3 - компьютер;
[0072] Позиция 4 - роботизированное устройство;
[0073] Позиция 5 - электростимулятор;
[0074] Позиция 6 - электромиограф;
[0075] Позиция 7 - трекер движения;
[0076] Позиция 8 - контроллерный блок;
[0077] Позиция 9 - кнопка экстренной остановки движения;
[0078] Позиция 10 - визуальное предоставление задания устройством визуального отображения;
[0079] Позиция 11 - регистрация сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности;
[0080] Позиция 12 - передача сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением и базой данных;
[0081] Позиция 13 - выделение и распознавание зарегистрированных сигналов мозговой активности компьютером и интерпретация путем сопоставления с базой данных;
[0082] Позиция 14 - передача команды, на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект;
[0083] Позиция 15 - воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности;
[0084] Позиция 16 - передача цифрового сигнала на устройство визуального отображения; [0085] Позиция 17 - выделение сигнала зрительного вызванного потенциала;
[0086] Позиция 18 - выделение сигнала моторного воображения;
[0087] Позиция 19 - регистрация электромиографом активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект; [0088] Позиция 20 - регистрация электромиографом активности мышц нетренируемого объекта, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект;
[0089] Позиция 21 - электростимуляция мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект;
[0090] Позиция 22 - стимуляция активации зеркальных нейронов.
[0091] Позиция 23 - система нейрореабилитации в целом.
Подробное описание
[0092] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
[0093] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[0094] Система нейрореабилитации 23 (изображена на фиг.1 в виде блок-схемы взаимодействия элементов системы) включает устройство визуального отображения 1, в качестве которого, как правило, используется устройство виртуальной реальности, которое может быть представлено в виде очков виртуальной реальности (фиг. 2), а также шлема виртуальной реальности. При этом, шлем виртуальной реальности может быть оснащён устройством для воспроизведения и прослушивания аудиосигнала, что позволяет в большей степени вовлечь пациента в воображаемый процесс. Использование устройства визуального отображения 1 в системе нейрореабилитации позволяет визуально предоставить пациенту задание, а также отобразить его выполнение. Таким образом, пациент вовлекается в воображаемый процесс, заставляющий мозг «поверить» в реальность связи между намерением совершить движение и реальным движением тренируемого объекта, т.е. парализованной конечности, что способствует повышению эффективности моторной реабилитации в том числе в острой, подострой и хронической фазах инсульта и при других заболеваниях центральной нервной системы. Кроме того, устройство визуального отображения 1, в том числе в варианте реализации в виде устройства виртуальной реальности, позволяет визуально отобразить анимированный пример выполнения задания - например в форме виртуального фантома, “совершающего” заданные движения, в то время как реально тренируемый объект - например, рука - находится в покое. Наблюдение за движущимся фантомом облегчает выполнение ментальной задачи моторного воображения. Предусмотрена также возможность отобразить ход выполнения задания «от третьего лица» - то есть пациенту в ходе перемещения конечности предъявляется вид на себя “со стороны”, Наблюдение за выполнением задания «от третьего лица» стимулирует активацию зеркальных нейронов, облегчающую восстановление нейронных связей. Таким образом, эти режимы отображения задачи и хода ее выполнения повышают эффективность двигательной реабилитации.
[0095] Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) также включает устройство регистрации мозговой активности 2, которое регистрирует и передаёт в компьютер 3 сигналы мозговой активности, образуя при этом интерфейс мозг-компьютер, задачей которого является регистрация, обработка, выделение и интерпретация активности мозга с целью определить намерение пациента совершить движение тренируемым (или нетренируемым) объектом. В качестве устройства регистрации мозговой активности 2 может использоваться электроэнцефалограф (фиг.2) или аналогичное устройство, регистрирующее электрическую и биоэлектрическую активности мозга с поверхности кожи головы. Также может использоваться устройство ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS - near- infrared spectroscopy, спектроскопия в ближней инфракрасной области, или БИК- спектроскопия), измеряющее мозговую активность через гемодинамические реакции, связанные с нейроактивностью; кроме того может использоваться устройство магнитно- резонансной томографии (МРТ) регистрирующее сигналы ядерного магнитного резонанса, а также устройства, считывающие и регистрирующие магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. Наиболее предпочтительными на практике вариантами использования в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 являются электроэнцефалограф и устройство ближней инфракрасной спектроскопии. Кроме того, перечисленные устройства могут быть использованы в различных комбинациях, но наиболее предпочтительным вариантом комбинации устройств регистрации мозговой активности 2 является совместное использование электроэнцефалографа и устройства ближней инфракрасной спектроскопии. Совместное использование электроэнцефалографа и устройства ближней инфракрасной спектроскопии позволяет повысить точность считывания и регистрации сигналов мозговой активности, более качественно распознать намерение пациента и, следовательно, положительно влияет на повышение эффективности реабилитации. Комбинация этих технологий может быть реализована в едином компактном устройстве. [0096] Система нейрореабилитации 23 (фиг.1) также включает роботизированное устройство 4, которое служит для физического взаимодействия с тренируемым объектом, то есть парализованной, паретичной, реабилитируемой конечностью, в том числе для перемещения тренируемого объекта в соответствии с распознанными сигналами мозговой и\или мышечной активности. При этом возможны различные варианты реализации роботизированного устройства 4, предназначенные для тренировки и реабилитации верхних (фиг.З), нижних (фиг.4) конечностей, а также отдельных частей конечностей. В том числе в качестве роботизированного устройства может использоваться экзоскелет, и в частности экзоскелет конечности (фиг. 4). При этом, роботизированное устройство 4 может быть выполнено с возможностью передавать цифровой сигнал на устройство визуального отображения 1 напрямую, а также через компьютер 3. Возникающая в результате анализа нейрофизиологических сигналов и соответствующего комплексного когнитивного, проприоцептивного и кинестетического воздействия на организм пациента биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность и таким образом положительно влияет на эффективность реабилитации.
[0097] Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) также включает компьютер 3, на котором расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и его интерпретации с использованием базы данных, которая может быть расположена как на компьютере 3, так и на отдельном устройстве, а также на сервере или в облачном хранилище. В системе нейрореабилитации 23 (фиг.1) компьютер 3 передает команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой и\или мышечной активности, на роботизированное устройство 4 и/или на устройство визуального отображения 1 по принципу приема-передачи. Компьютер 3 (фиг. 1) в совокупности с устройством регистрации мозговой активности 2 образуют интерфейс мозг-компьютер. Сигналы мозговой активности поступают с устройства регистрации мозговой активности 2 в компьютер 3, после чего при помощи установленного на нём программного обеспечения в них распознаются и выявляются паттерны, позволяющие определить активность, которую намеревается выполнить пациент по совершению движения конечностью, то есть определить выбранную цель или движение. При этом, компьютер 3 с программным обеспечением интерпретирует сигналы мозговой активности с использованием программных классификаторов, сравнивающих поступающие сигналы с находящимися в базе данных эталонными паттернами мозговой активности. Интерпретация сигналов мозговой активности с помощью программных классификаторов происходит с использованием различных математических аппаратов, в том числе технологии искусственных нейронных сетей, путем выявления характерных особенностей (паттернов) активности головного мозга, например, связанных с внешней стимуляцией или когнитивной активностью, и далее поиска сходных паттернов в распознанном, выделенном, интерпретируемом сигнале мозговой активности. При этом классификаторы адаптивно перенастраиваются, то есть «обучаются», как автоматически, так и вручную, подстраиваясь под конкретные задачи и конкретного пациента. Возможен автоматический и ручной подбор классификаторов, что позволяет повысить точность их работы и снизить время обучения классификатора. Компьютер 3, на котором расположены программные классификаторы, позволяет выделить и распознать как паттерны моторного воображения, так и паттерны зрительных вызванных потенциалов (электрической волны бессознательно возникающая в коре головного мозга как реакция на «значимый» зрительный стимул - например, на изменение яркости - «подсветку» объекта на устройстве визуального отображения 1, на котором пациент сконцентрировал своё внимание). За счет «бессознательного» возникновения и характерных особенностей паттерна зрительного вызванного потенциала, позволяющих с высокой точностью выявлять его в сигналах мозговой активности, такая парадигма требует меньшего ментального напряжения от пациента и может быть применена при пониженном когнитивном уровне, характерном для острой фазы инсульта. При этом возможно выделение, распознавание и дальнейшая работа как по отдельности сигнала моторного воображения и сигнала зрительного вызванного потенциала, так и совместное выделение, распознавание и дальнейшая работа с этими двумя типа сигналов. Таким образом, применение компьютера 3, на котором может быть расположена база данных, а также программного обеспечения для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных способствует повышению эффективности реабилитации.
[0098] Следует отметить, что компьютер 3, на котором расположено программное обеспечение может располагаться в персональном компьютере - наиболее предпочтительный вариант, также компьютер 3 может быть расположен в мобильном устройстве, например смартфоне, кроме того возможен вариант расположения компьютера 3 удаленно, например на сервере, на устройстве локальной сети или в облаке, также возможен вариант расположения компьютера 3 на микрокомпьютере или нескольких микрокомпьютерах, встроенном в один или несколько из элементов системы по п.1, например в устройство визуального отображения 1 или в роботизированное устройство 4 и т.п.
[0099] Возможно выполнение системы нейрореабилитации 23 (фиг.1), которая дополнительно содержит электростимулятор 5 для стимуляции мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимулятор 5 позволяет реализовать в системе нейрореабилитации функциональную электростимуляцию, заключающуюся в одновременном с перемещением тренируемого объекта роботизированным устройством 4 специфическим электрическим воздействием через кожу на определенные мышцы с целью усилить биологическую обратную связь и стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейродинамики пациента. Таким образом, дополнительное использование электростимулятора 5 в системе нейрореабилитации повышает её эффективность.
[00100] Возможно выполнение системы нейрореабилитации 23 (фиг.1), которая дополнительно содержит электромиограф 6 для регистрации мышечной активности приводящих в движение тренируемый объект. Электромиограф 6 с датчиками, размещенными на коже над определенными мышцами, предназначен для регистрации биоэлектрических потенциалов активности мышц и позволяет регистрировать мышечную активность, то есть считывать и измерять электрическое, и, опосредованно, физическое напряжение в мышцах. Таким образом, может быть считан и зарегистрирован уровень напряжения пациентом собственной мускулатуры. Если собственная активность мышц, приводящих в движение тренируемый объект достаточно высока, дополнительным условием для начала движения может быть установлено создание мышцами пациента определенного собственного усилия, измеряемого электромиографом 6 с датчиками, размещенными на мышцах, приводящих тренируемый объект в движение, а пациент, в дополнение к воображению перемещения, должен стараться такое перемещение выполнить. Возможен вариант, когда перемещение тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности происходит при условии достаточного уровня зарегистрированной электромиографом активности мышц соответствующего нетренируемого объекта, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект, , то есть, когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность. Постепенное наращивание уровня собственного мышечного усилия, необходимого для активации роботизированного устройства, способствует восстановлению собственной двигательной активности конечности. Таким образом, использование электромиографа 6 в системе нейрореабилитации повышает эффективность реабилитации.
[00101] Для понимания работы и функционирования системы нейрореабилитации 23 изображенной на фигуре 1, ниже приведён пример реализации её работы и функционирования её элементов. Данный пример приведён с целью обеспечить возможность понимания специалистом в данной области техники принципов взаимодействия элементов системы и принципов работы и функционирования системы 23 в целом и должен рассматриваться как иллюстративный, а не ограничивающий объем изобретения:
[00102] Пациенту при помощи устройства визуального отображения 1 (например, устройства виртуальной реальности), выдаются задания, связанные с выполнением движений парализованной (тренируемой) конечностью. В ходе выполнения задания пациент должен представить себе движение конечности к выбранной цели, в выбранное положение или в выбранном направлении. Одновременно устройством регистрации мозговой активности 2 регистрируются сигналы мозговой активности. Например, это может быть электроэнцефалограмма (ЭЭГ) пациента, анализируя которую программный классификатор выявляет паттерны электрической активности головного мозга, позволяющие определить выбранную цель или движение. После этого роботизированному устройству 4 (например, экзоскелету) выдается команда о воздействии на конечность (например, ее перемещение) в соответствии с распознанным намерением пациента.
[00103] Если собственная активность мышц пациента, приводящих в движение реабилитируемую конечность достаточно высока, дополнительным условием для начала движения может быть установлено создание мускулами пациента определенного собственного усилия. В этом случае дополнительно используется электромиограф 6 с датчиками, размещенными на мышцах, приводящих конечность в движение, а пациент, в дополнение к воображению перемещения, должен стараться такое перемещение выполнить. Возможна также опция, когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность.
[00104] Приведённое выше описание касается и опирается в основном на фиг.1, на которой показана блок-схема взаимодействия элементов системы нейрореабилитации. Далее для наглядности реализации системы приведено описание фигур 2-4. При этом, приведённые варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничивающие объем изобретения. [00105] Так, на фигуре 2 изображён вариант набора элементов системы нейрореабилитации в который входят:
[00106] устройство визуального отображения 1, представленное в виде очков виртуальной реальности, обеспечивает визуальное предоставление 10 задания по совершению движения тренируемым объектом и способствует более чёткому и образному представлению пациентом выполняемого задания и соответственно усилению проявления мозговой активности для выполнения задания, тем самым увеличивая эффективность формирования сигналов мозговой активности;
[00107] устройство регистрации мозговой активности 2, представленное в виде электроэнцефалографа, способного регистрировать электрическую и биоэлектрическую активности мозга с поверхности кожи головы при помощи датчиков, размещаемых непосредственно на голове пациента;
[00108] компьютер 3, представленный в виде ноутбука, на котором расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных. Компьютер 3 передает команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, на роботизированное устройство 4 и на устройство визуального отображения 1 по принципу приема-передачи;
[00109] роботизированное устройство 4, представленное в виде одного из вариантов экзоскелета верхней конечности, служит для физического взаимодействия с тренируемым объектом, то есть парализованной, паретичной, реабилитируемой конечностью, в том числе для перемещения тренируемого объекта в соответствии с распознанными сигналами мозговой и\или мышечной активности;
[00110] трекер движения 7, который может использоваться при работе и функционировании роботизированного устройства 4 и позволяет определить позицию тренируемого объекта в пространстве которая далее передаётся на устройство визуального отображения 1, для более точной и реалистичной визуализации выполняемого задания;
[00111] контроллерный блок 8, который обеспечивает управление работой приводов роботизированного устройства 4, не является обязательным элементом системы и приведён только лишь в качестве примера реализации. Например, на сегодняшний день производятся такие варианты экзоскелетов, то есть роботизированных устройств, для работы которых не нужен выделенный контроллерный блок, либо они имеют встроенный контроллерный блок; [00112] кнопка экстренной остановки движения 9 предназначена для экстренной остановки работы роботизированного устройства 4 в случае нештатной ситуации, и может быть вынесенной и встроенной. Таким образом, кнопка экстренной остановки движения 9 способствует повышению безопасности эксплуатации системы нейрореабилитации 23. Наряду с кнопкой возможно применение и других систем обеспечения безопасности эксплуатации системы.
[00113] На фигуре 3 изображён общий вид системы нейрореабилитации в действии (пример реализации для реабилитации верхних конечностей), который включает:
[00114] устройство визуального отображения 1;
[00115] устройство регистрации мозговой активности 2;
[00116] компьютер 3;
[00117] роботизированное устройство 4;
[00118] электростимулятор 5 (на фиг. 3 показан электрод электростимулятора 5) для стимуляции мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимулятор 5 позволяет реализовать в системе нейрореабилитации функциональную электростимуляцию, заключающуюся в одновременном с перемещением тренируемого объекта роботизированным устройством 4 электрическим воздействием на соответствующие мышцы с целью усилить биологическую обратную связь, стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейродинамики пациента;
[00119] электромиограф 6 (на фиг.З показан электрод электромиографа 6) обеспечивает регистрацию активности мышц приводящих в движение тренируемый объект. Электромиограф 6 с датчикамипредназначен для регистрации биоэлектрических потенциалов активности мышц и, опосредованно, измерения физического напряжения в них. Таким образом, может быть определен уровень создаваемого пациентом собственного усилия мускулатуры. Соответственно, одним из условий для перемещение тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности может быть напряжение пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6;
[00120] контроллерный блок 8;
[00121] кнопка экстренной остановки движения 9. [00122] На фигуре 4 изображён общий неполный вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации нижних конечностей), включающий:
[00123] устройство визуального отображения 1 ;
[00124] устройство регистрации мозговой активности 2;
[00125] роботизированное устройство 4, представленное в виде одного из вариантов экзоскелета нижней конечности;
[00126] электростимулятор 5 (на фигуре 4 показан электрод электростимулятора 5). В данном примере, электрод электростимулятора 5 расположен на мышце-разгибателе ноги (четырёхглавой мышце бедра) в районе коленного сустава, и стимулирует ее работу; [00127] электромиограф 6 (на фигуре 4 показан электрод электромиографа 6). В данном случае датчик электромиографа 6 расположен в районе четырёхглавой мышцы бедра (квадрицепса ) пациента, которая служит для разгибания ноги в коленном суставе. [00128] За счет использования описанных выше элементов заявленное изобретение «система нейрореабилитации на основе интерфейса мозг-компьютер» увеличивает эффективность реабилитации после инсульта, в том числе в острой, подострой и хронической фазах, и при других заболеваниях центральной нервной системы за счёт стимуляции восстановления подвижности парализованной конечности путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением пациента совершить движение и его реализацией. Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) позволяет регистрировать, распознавать и выделять сигналы мозговой активности, выявляя намерение пациента совершить движение тренируемым парализованным или аналогичным ему здоровым объектом, и далее помогая совершить это движение. Возникающая в результате биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность - процесс в мозге, формирующий обходные нейронные пути взамен утраченных или пораженных в результате заболевания, при этом повышение эффективности реабилитации происходит в том числе за счёт использования устройства визуального отображения. Таким образом, решается задача, заключающаяся в нейрореабилитации пациентов с постинсультной нейросимпотоматикой .
[00129] Способ нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации (в базовом варианте) характеризуется, по крайней мере, следующими последовательными действиями, а именно (см. фиг.5):
[00130] 10 - визуальное предоставление задания устройством визуального отображения;
[00131] 11 - регистрация сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности; [00132] 12 - передача сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением, связанным с базой данных;
[00133] 13 - выделение необходимых для интерпретации сигналов мозговой активности компьютером и их интерпретацию путем сопоставления с базой данных; [00134] 14 - передачу команды, сформированной на основе интерпретации регистрации сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект;
[00135] - воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности;
[00136] - передачу цифрового управляющего сигнала устройству визуального отображения.
[00137] . Нейрореабилитация с использованием системы нейрореабилитации осуществляется по следующему способу:
[00138] Пациенту в визуальной и\или звуковой форме выдаются задания, связанные с выполнением движений парализованной конечностью. Визуальное предоставление задания может происходить в среде виртуальной реальности с использованием устройства виртуальной реальности которое может быть оснащено средствами воспроизведения аудиосигнала, что позволяет в большей степени вовлечь пациента в воображаемый процесс с помощью дополнительной звуковой стимуляции. При этом может быть реализована и звуковая обратная связь для отображения качества выполнения задания - например с помощью сигналов разной громкости и тональности; или в случае выполнения поставленного задания с высоким качеством может звучать благозвучная мелодия. Визуальное предоставление задания 10 в среде виртуальной реальности увеличивает проявления мозговой активности при выполнении задания, тем самым положительно влияя на эффективность реабилитации;
[00139] Далее, пациент в ходе выполнения задания представляет себе выполнение предоставленного задания по перемещению тренируемого объекта, то есть представляет себе движение конечности к выбранной цели, в выбранное положение или в выбранном направлении, тем самым выполняя заданную мозговую активность, а устройство регистрации мозговой активности 2 регистрирует и передаёт в компьютер 3 сигналы мозговой активности;
[00140] возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 сигналов активности мозга с использованием в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 электроэнцефалографа; [00141] возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 сигналов активности мозга с использованием в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 устройства ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS - near-infrared spectroscopy, - спектроскопия в ближней инфракрасной области или БИК-спектроскопия) измеряющей гемодинамические реакции, связанные с нейроактивностью;
[00142] кроме того, возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 информации о мозговой активности в виде информации об уровне индуцированного ядерного магнитного резонанса в клетках мозга зарегистрированного устройством магнитно-резонансной томографии (МРТ);
[00143] также возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 информации о мозговой активности путем регистрации уровня магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга, устройством магнитной энцефалографии (МЭГ) или подобным ему.
[00144] В предлагаемом способе наиболее предпочтительным вариантом является регистрация и последующая передача 12 в компьютер 3 сигналов электрической и биоэлектрической активности мозга с применением электроэнцефалографа в качестве устройства регистрации мозговой активности 2. Еще одним из предпочтительных вариантов является регистрация и последующая передача 12 в компьютер 3 сигналов мозговой активности с использованием устройства ближней инфракрасной спектроскопии.
[00145] При этом возможны различные комбинация приведённых выше вариантов регистрации биоэлектрических сигналов; наиболее предпочтительной комбинацией является совместное использование регистрации и последующей передачи 12 в компьютер 3 сигналов электрической и биоэлектрической активности мозга с применением электроэнцефалографа в качестве устройства регистрации мозговой активности 2, совместно со регистрацией и последующей передачей 12 в компьютер 3 сигналов NIRS. Комбинация вариантов позволяет повысить точность регистрации сигналов мозговой активности, и таким образом более качественно их интерпретировать и увеличить эффективность реабилитации;
[00146] Далее происходит выделение и распознавание зарегистрированных сигналов мозговой активности и их интерпретация 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных для выявления паттернов активности головного мозга, позволяющих определить выбранную цель или движение. Зарегистрированные сигналы мозговой активности поступают с устройства регистрации мозговой активности 2 в компьютер 3, и при помощи установленного на нем программного обеспечения (которое также может располагаться на сервере, на стороннем устройстве или в облачном хранилище, а вычисления производиться путём распределённого вычисления несколькими устройствами, расположенными удалённо, например на сервере, на стороннем устройстве или в облачном хранилище), сигналы распознаются, и интерпретируются: в них выявляются паттерны активности головного мозга, позволяющие программному обеспечению определить выбранную цель или движение. При этом, компьютер 4 с программным обеспечением интерпретирует сигналы мозговой активности с использованием программных классификаторов и базы данных, содержащей эталонные сигналы мозговой активности. Интерпретация сигналов мозговой активности с помощью программных классификаторов происходит в том числе на основе технологий искусственных нейронных сетей, использующих различные математические аппараты для выявления характерных особенностей (паттернов) активности головного мозга, связанных с внешней стимуляцией или когнитивной активностью и далее поиска таких паттернов в интерпретируемом сигнале. При этом, результаты интерпретации мозговой активности записывают в базу данных для ее расширения. Кроме того, классификаторы адаптивно перенастраиваются, то есть «обучаются», подстраиваясь под конкретные задачи и конкретного пациента. Возможен автоматический и ручной подбор оптимальных классификаторов и их параметров, что позволяет повысить точность и скорость их работы и снизить время обучения классификатора. Компьютер 3, на котором может быть расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных, позволяет выделить и распознать сигналы зрительного вызванного потенциала 17 и сигналы моторного воображения 18 (фиг. 6). Сигналы моторного воображения 18 - это как правило синхронизация/десинхронизация (то есть возрастание/подавление) различных ритмов мозговой активности в зоне представительства конечности в моторной коре и других участках коры. Сигнал зрительного вызванного потенциала 17 (фиг. 6) - это электрическая волна, бессознательно возникающая в коре головного мозга как реакция на «значимый стимул» - например, на визуальное выделение (изменение яркости - «подсветку») объекта на котором пациент сконцентрировал своё внимание. За счет «бессознательной» природы возникновения и характерных особенностей паттернов зрительного вызванного потенциала, позволяющих с высокой точностью выявлять их в сигналах мозговой активности, использование парадигмы выделения зрительных вызванных потенциалов 17 требует меньшего ментального напряжения от пациента и может быть применено при пониженном когнитивном уровне, характерном для острой фазы инсульта. При этом возможно выделение, распознавание и дальнейшая работа как по отдельности сигнала моторного 18 воображения и сигнала 17 зрительного вызванного потенциала, так и совместное выделение, распознавание и дальнейшая работа с этими сигналами. Также, для облегчения тренировки моторного воображения и для облегчения обучения классификатора может применяться кинестетическая тренировка, когда тренируемый объект перемещается роботизированным устройством 4, а пациенту дается задание во время перемещения конечности воображать соответствующую мышечную активность. Таким образом, выделение и распознавание (зарегистрированных) сигналов мозговой активности и интерпретация 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных способствует повышению эффективности реабилитации.
[00147] После выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности и интерпретации 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных происходит передача команды 14 роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект 15, например, для совершения задуманного движения. При этом, в качестве роботизированного устройства 4 может использоваться экзоскелет, позволяющий обеспечить оптимальную анатомическую параметризацию. Таким образом, передача команды 14, сформированной на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству, и последующее воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект 15 стимулируют восстановление новых нейронных связей в головном мозге взамен утраченных путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением и движением. Тем самым, применение в системе роботизированного устройства увеличивает эффективность реабилитации.
[00148] Во время воздействия роботизированного устройства пациент наблюдает в устройстве визуального отображения 1 процесс выполнения задания: происходит передача сигнала 16 на устройство визуального отображения 1 и далее визуальное предоставление 10 на устройстве визуального отображения 1 процесса выполнения задания, в том числе в соответствии с сигналом, поступившим от роботизированного устройства. Таким образом, пациент вовлекается в воображаемый процесс, который заставляет мозг «поверить» в реальность связи между намерением совершить движение и реальным движением тренируемого объекта, т.е. парализованной конечности, что способствует повышению эффективности реабилитации. Кроме того, устройство визуального отображения 1, в том числе реализованное в виде устройства виртуальной реальности, позволяет визуально отобразить выполнение задания «от третьего лица», то есть предъявить пациенту вид на себя «со стороны», либо отобразить виртуальный фантом, «совершающий» заданные движения, в то время как реально тренируемый объект, например, рука, находится в покое. Наблюдение за движущимся фантомом или наблюдение за выполнением задания «от третьего лица» облегчает выполнение ментальной задачи и стимулирует активацию зеркальных нейронов 22 (фиг.9), облегчающую восстановление нейронных связей, что также повышает эффективность реабилитации.
[00149] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в которой команда о воздействии 15 на объект подается от компьютера 3 на роботизированное устройство 4, а после воздействия роботизированного устройства 4 на объект - на устройство визуального отображения 1. При этом передача команды может происходить как напрямую от роботизированного устройства 4 на устройство визуального отображения 1, так и через компьютер 3. Такой вариант исполнения необходим, например, когда в роботизированном устройстве 4 используется трекер движения 7, который определяет позицию тренируемого объекта в пространстве. Информация о пространственном положении тренируемого объекта передаётся на устройство визуального отображения 1 для более точной и реалистичной визуализации выполняемого задания. При этом, возможна передача цифрового сигнала от роботизированного устройства 4 на устройство визуального отображения 1 через компьютер 3 для предварительной его обработки, трансформации и конвертации в нужный формат, воспринимаемый устройством визуального отображения 1.
[00150] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в которой воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством 4 производят на основании распознанных сигналов мозговой активности, относящейся к здоровому объекту. Такой вариант применим особенно в случае тяжелого поражения двигательной способности в острой фазе инсульта, когда пациенту сложно выполнять контролируемую мозговую активность в отношении тренируемого объекта (пораженнной конечности). То есть, в случае если пациенты испытывают затруднения с выполнением задачи моторного воображения пораженным полушарием мозга, целесообразно выполнение упражнения с использованием обеих рук, когда они имеют возможность периодически выполнять задание для здоровой руки и затем пытаться воспроизводить его парализованной конечностью «по аналогии», что повышает эффективность реабилитации.
[00151] Возможна реализация способа нейрореабилитации (фиг. 7) в которой воздействие роботизированного устройства 4 на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности 15 происходит при условии активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект, регистрируемой электромиографом, то есть после выделения и распознавания (зарегистрированных) сигналов мозговой активности компьютером и интерпретации 13 путем сопоставления с базой данных, дополнительно происходит регистрация электромиографом активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект 19, и при условии напряжения пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6, происходит перемещение тренируемого объекта роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности 15. Кроме того, возможна реализация способа в которой перемещение 15 тренируемого объекта, то есть парализованной конечности, роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности происходит при условии регистрируемой электромиографом достаточной активности мышц соответствующего нетренируемого объекта, то есть здоровой конечности, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект, , т.е. когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность. В дальнейшем пациент «по аналогии» пытается вызвать мышечную активность пораженной конечности. Таким образом, регистрация электромиографом активности мышц 19 и перемещение 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 при условии напряжения пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6, повышает эффективность реабилитации.
[00152] Возможна реализация способа нейрореабилитации (фиг. 8) в которой перемещение 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией 21 мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимуляция 21 производится с использованием электростимулятора 5. В ответ на выполнение ментальной и\или мышечной задачи происходит комплексная стимуляция моторной системы, заключающаяся в одновременной функциональной электрической стимуляции соответствующих мышц при перемещении 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 с целью усилить биологическую обратную связь и стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейро динамики пациента. Таким образом, использование электростимуляции 21 способствует увеличению эффективности реабилитации. [00153] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в котором на устройстве визуального отображения 1 в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности отображают степень выполнения поставленного задания, то есть при выполнении задания пациенту при помощи устройства визуального отображения 1 предоставляется информация о том, насколько правильно он выполняет задание. Информация предоставляется в виде меняющейся шкалы или индикатора, где при качественном и правильном выполнении задания отображается максимальное значение, а если же задание выполняется неверно или недостаточно близко к заданному значению, то происходит уменьшение значения отображаемого на шкале или индикаторе, кроме того моментальная обратная связь для отображения степени выполнения поставленного задания может производиться при помощи звуковых сигналов, например когда в качестве устройства визуального отображения 1 используется шлем виртуальной реальности с встроенными устройствами для прослушивания аудиосигнала. Такая реализация позволяет пациенту определить и понять, насколько правильно и качественно он выполняет задание, стимулируя его тем самым к проявлению ожидаемой мозговой активности и повышая эффективность реабилитации. Кроме того, когда происходит правильное выполнения задания и пациент видит на шкале или индикаторе высокую оценку качества выполняемого задания, это способствует выработке в организме пациента нейромедиаторов, который способствуют восстановлению нейронных связей в мозге.
[00154] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в котором задание, регистрация сигналов и команды на выполнение задания разделены на несколько этапов, при этом каждый этап выполнения задания может фиксироваться различным устройством, выполняться разными частями тренируемого объекта, при этом каждый этап отображается на устройстве визуального отображения 1 самостоятельно. Таким образом, изобретение делает возможным симулировать выполнение сложных многоэтапных движений, подобных выполняемым пациентом в реальной жизни, и таким образом осуществлять комплексную реабилитацию конечности: когда в одном и том же упражнении сразу восстанавливается и более сохранная функция, например, подвижность всей руки в целом - на основе анализа электромиограммы крупных мышц плеча, и менее сохранная - например подвижность кисти на основе анализа электроэнцефалограммы. Примером может служить задание "протянуть руку и взять стакан". Пациент должен сначала напрячь мышцы плеча, чтобы роботизированное устройство переместило всю руку в направлении виртуального стакана, и затем вообразить сокращение мышц предплечья, чтобы роботизированное устройство физически сжало его кисть, помогая "взять" стакан. [00155] Кроме того, все перечисленные варианты реализации способа нейрореабилитации могут быть объединены, как все вместе (фиг.10), так и в различных комбинациях и применяться отдельно друг от друга.
[00156] Таким образом, использование заявленного изобретения «система нейрореабилитации» и заявленного изобретения «способ нейрореабилитации» увеличивает эффективность моторной реабилитации после инсульта, в том числе в острой, подострой и хронической фазах, и при других заболеваниях центральной нервной системы за счёт стимуляции восстановления подвижности парализованной конечности путем формирования различными способами и их комбинациями нейробиологической обратной связи между намерением пациента совершить движение и его реализацией. Система нейрореабилитации позволяет регистрировать, распознавать и выделять сигналы мозговой активности, выявляя намерение пациента совершить движение тренируемым объектом, помогая ему совершить это движение и погружая в сходную с обычной жизнью атмосферу за счёт использования устройства визуального отображения, в том числе устройства виртуальной реальности; при этом возникающая биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность - процесс в мозге, формирующий обходные нейронные пути взамен утраченных или пораженных в результате заболевания. Дополнительное повышение эффективности реабилитации происходит с использованием электрической миостимуляции и электромиографии.
[00157] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Claims

Формула
1. Система нейрореабилитации включающая: устройство визуального отображения, устройство регистрации мозговой активности, роботизированное устройство для воздействия на тренируемый объект, компьютер с базой данных и программным обеспечением для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала мозговой активности и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных, при этом компьютер с программным обеспечением выполнен с возможностью передавать команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, на роботизированное устройство и/или на устройство визуального отображения по принципу приема- передачи.
2. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства визуального отображения используется устройство виртуальной реальности.
3. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве роботизированного устройства используется экзоскелет.
4. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства регистрации мозговой активности используется электроэнцефалограф.
5. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства регистрации мозговой активности используется устройство функциональной ближней инфракрасной спектроскопии.
6. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства регистрации мозговой активности используется устройство магнитно-резонансной томографии.
7. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства регистрации мозговой активности используется устройство регистрации магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга.
8. Система нейрореабилитации по п.1, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности применяются совместно, по крайней мере, два различных устройства регистрации.
9. Система нейрореабилитации по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электромиостимулятор.
10. Система нейрореабилитации по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электромиограф.
11. Способ нейрореабилитации включающий: визуальное предоставление устройством визуального отображения задания по совершению движения тренируемым объектом, регистрацию сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности, передачу зарегистрированных сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением, связанным с базой данных, выделение необходимых для интерпретации сигналов мозговой активности компьютером с программным обеспечением, интерпретацию выделенных сигналов путем сопоставления с базой данных, передачу сформированных на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности команд роботизированному устройству и/или устройству визуального отображения, воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект, передачу сигнала устройству визуального отображения, визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания.
12. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал зрительного вызванного потенциала.
13. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал моторного воображения.
14. Способ нейрореабилитации по п.11 , в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигналы зрительного вызванного потенциала и моторного воображения.
15. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором для воздействия на тренируемый объект роботизированным устройством регистрируют сигналы мозговой активности, относящейся к здоровому объекту.
16. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором дополнительно к сигналам мозговой активности регистрируют сигналы мышечной активности.
17. Способ нейрореабилитации по п.16, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством производят в соответствии с мышечной активностью здорового объекта.
18. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором команда устройству визуального отображения подается от компьютера через роботизированное устройство.
19. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект.
20. Способ нейрореабилитации по п.11 , в котором выбор и/или настройка программного классификатора, используемого для формирования базы данных, осуществляется автоматически.
21. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором данные интерпретации мозговой активности полученные в ходе выполнения задания, в том числе данные полученные во время физического воздействия роботизированным устройством на объект, записывают в базу данных.
22. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором на устройстве визуального отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности отображают степень выполнения поставленного задания.
23. Способ нейрореабилитации по п.11, в котором визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания реализовано образом, стимулирующим активацию зеркальных нейронов.
24. Способ нейрореабилитации по п.11 , в котором предоставление задания, регистрация сигналов и выполнение задания разделены на несколько этапов, при этом на каждом этапе выполнения задания биоэлектрическая активность может фиксироваться различными устройствами, а действия выполняться с разными частями тренируемого объекта, при этом каждый этап отображается на устройстве визуального отображения самостоятельно.
PCT/RU2020/000167 2020-02-07 2020-03-30 Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации WO2021158138A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/439,800 US20220187913A1 (en) 2020-02-07 2020-03-30 Neurorehabilitation system and neurorehabilitation method
EP20917812.8A EP4000578A4 (en) 2020-02-07 2020-03-30 NEUROLOGICAL REHABILITATION SYSTEM AND NEUROLOGICAL REHABILITATION METHOD
CN202080040956.8A CN114173663A (zh) 2020-02-07 2020-03-30 神经康复系统及神经康复方法
CA3141005A CA3141005A1 (en) 2020-02-07 2020-03-30 System and method for rehabilitation using visual evoked potential extraction

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105811 2020-02-07
RU2020105811A RU2741215C1 (ru) 2020-02-07 2020-02-07 Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021158138A1 true WO2021158138A1 (ru) 2021-08-12

Family

ID=74213202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000167 WO2021158138A1 (ru) 2020-02-07 2020-03-30 Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220187913A1 (ru)
EP (1) EP4000578A4 (ru)
CN (1) CN114173663A (ru)
CA (1) CA3141005A1 (ru)
RU (1) RU2741215C1 (ru)
WO (1) WO2021158138A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113712574A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 上海诺诚电气股份有限公司 一种脑电生物反馈得康复方法及系统
CN114767464A (zh) * 2022-03-29 2022-07-22 东北大学 一种基于单目视觉引导的多模式手部康复系统及方法
CN118356580A (zh) * 2024-05-14 2024-07-19 广州医科大学附属第二医院 单侧空间忽略康复训练方法及装置、设备、存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766044C1 (ru) * 2021-11-16 2022-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ формирования фантомной карты кисти у пациентов с ампутацией верхней конечности на основе активации нейропластичности

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2071723C1 (ru) 1994-07-26 1997-01-20 Владимир Валентинович Петраш Устройство функционального биологического управления
EP0911015A1 (en) 1997-10-27 1999-04-28 Benito Ferrati Orthopedic rehabilitation apparatus using virtual reality units
RU147759U1 (ru) 2014-06-11 2014-11-20 Александр Яковлевич Каплан Тренажер для восстановления подвижности пальцев рук
US20150012111A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 University Of Houston Methods for closed-loop neural-machine interface systems for the control of wearable exoskeletons and prosthetic devices
CN106621287A (zh) 2017-02-07 2017-05-10 西安交通大学 一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法
RU2622206C2 (ru) 2015-10-28 2017-06-13 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Способ реабилитации больных после инсульта или травмы с использованием роботизированного комплекса, включающего экзоскелет конечности человека, управляемый через интерфейс мозг-компьютер посредством воображения движений
US20170325705A1 (en) * 2014-11-14 2017-11-16 Fundacion Tecnalia Research & Innovation System for motor rehabilitation of a paretic limb in stroke patients
RU2655200C1 (ru) 2016-12-29 2018-05-24 Александр Владимирович Захаров Способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности
CN109568083A (zh) 2018-12-15 2019-04-05 华南理工大学 一种多模态交互的上肢康复机器人训练系统
US20200038653A1 (en) * 2015-12-22 2020-02-06 University Of Florida Research Foundation, Inc. Multimodal closed-loop brain-computer interface and peripheral stimulation for neuro-rehabilitation

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060189901A1 (en) * 2005-01-10 2006-08-24 Flaherty J C Biological interface system with surrogate controlled device
US20060189899A1 (en) * 2005-01-10 2006-08-24 Flaherty J Christopher Joint movement apparatus
RU2523349C1 (ru) * 2013-04-11 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научный центр неврологии" Российской академии медицинских наук (ФГБУ "НЦН" РАМН) Способ реабилитации больных, перенесших инсульт
CN105578954B (zh) * 2013-09-25 2019-03-29 迈恩德玛泽控股股份有限公司 生理参数测量和反馈系统
US10532000B1 (en) * 2013-11-13 2020-01-14 Hrl Laboratories, Llc Integrated platform to monitor and analyze individual progress in physical and cognitive tasks
EP3064130A1 (en) * 2015-03-02 2016-09-07 MindMaze SA Brain activity measurement and feedback system
JP6952056B2 (ja) * 2016-01-22 2021-10-20 オートレイシーズ, インク.Otraces, Inc. 疾患診断を改善するシステム及び方法
CN107626040A (zh) * 2017-10-24 2018-01-26 杭州易脑复苏科技有限公司 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复系统及方法
CN108304068B (zh) * 2018-01-30 2021-11-16 山东建筑大学 一种基于脑机接口的上肢康复训练机器人控制系统及方法
CN110236879B (zh) * 2019-06-10 2021-09-21 西北工业大学 外骨骼康复训练机械臂及其语音交互系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2071723C1 (ru) 1994-07-26 1997-01-20 Владимир Валентинович Петраш Устройство функционального биологического управления
EP0911015A1 (en) 1997-10-27 1999-04-28 Benito Ferrati Orthopedic rehabilitation apparatus using virtual reality units
US20150012111A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 University Of Houston Methods for closed-loop neural-machine interface systems for the control of wearable exoskeletons and prosthetic devices
RU147759U1 (ru) 2014-06-11 2014-11-20 Александр Яковлевич Каплан Тренажер для восстановления подвижности пальцев рук
US20170325705A1 (en) * 2014-11-14 2017-11-16 Fundacion Tecnalia Research & Innovation System for motor rehabilitation of a paretic limb in stroke patients
RU2622206C2 (ru) 2015-10-28 2017-06-13 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Способ реабилитации больных после инсульта или травмы с использованием роботизированного комплекса, включающего экзоскелет конечности человека, управляемый через интерфейс мозг-компьютер посредством воображения движений
US20200038653A1 (en) * 2015-12-22 2020-02-06 University Of Florida Research Foundation, Inc. Multimodal closed-loop brain-computer interface and peripheral stimulation for neuro-rehabilitation
RU2655200C1 (ru) 2016-12-29 2018-05-24 Александр Владимирович Захаров Способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности
CN106621287A (zh) 2017-02-07 2017-05-10 西安交通大学 一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法
CN109568083A (zh) 2018-12-15 2019-04-05 华南理工大学 一种多模态交互的上肢康复机器人训练系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4000578A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113712574A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 上海诺诚电气股份有限公司 一种脑电生物反馈得康复方法及系统
CN113712574B (zh) * 2021-09-03 2022-06-21 上海诺诚电气股份有限公司 一种脑电生物反馈得康复方法及系统
CN114767464A (zh) * 2022-03-29 2022-07-22 东北大学 一种基于单目视觉引导的多模式手部康复系统及方法
CN114767464B (zh) * 2022-03-29 2023-06-23 东北大学 一种基于单目视觉引导的多模式手部康复系统及方法
CN118356580A (zh) * 2024-05-14 2024-07-19 广州医科大学附属第二医院 单侧空间忽略康复训练方法及装置、设备、存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN114173663A (zh) 2022-03-11
CA3141005A1 (en) 2021-08-12
US20220187913A1 (en) 2022-06-16
EP4000578A4 (en) 2023-08-02
RU2741215C1 (ru) 2021-01-22
EP4000578A1 (en) 2022-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khan et al. Review on motor imagery based BCI systems for upper limb post-stroke neurorehabilitation: From designing to application
Chowdhury et al. Active physical practice followed by mental practice using BCI-driven hand exoskeleton: a pilot trial for clinical effectiveness and usability
RU2741215C1 (ru) Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации
Romero-Laiseca et al. A low-cost lower-limb brain-machine interface triggered by pedaling motor imagery for post-stroke patients rehabilitation
US11944446B2 (en) Apparatus, method, and system for pre-action therapy
He et al. Noninvasive brain-computer interfaces based on sensorimotor rhythms
Zhao et al. SSVEP-based brain–computer interface controlled functional electrical stimulation system for upper extremity rehabilitation
Buch et al. Think to move: a neuromagnetic brain-computer interface (BCI) system for chronic stroke
US8938289B2 (en) Motor training with brain plasticity
CN110993056A (zh) 基于镜像神经元和脑机接口的混合式主动康复方法、装置
Sethi et al. Advances in motion and electromyography based wearable technology for upper extremity function rehabilitation: A review
Aung et al. Augmented reality-based RehaBio system for shoulder rehabilitation
Singh et al. A Survey of EEG and Machine Learning based methods for Neural Rehabilitation
Li et al. Current status of robotic stroke rehabilitation and opportunities for a cyber-physically assisted upper limb stroke rehabilitation
Giuffrida et al. Upper-extremity stroke therapy task discrimination using motion sensors and electromyography
Kakkos et al. Human–machine interfaces for motor rehabilitation
Roman et al. A Novel Hardware and Software Interface for a Grip Force Tracking System
Marquez-Chin et al. Brain–Computer Interfaces: Neurorehabilitation of Voluntary Movement after Stroke and Spinal Cord Injury
Toepp et al. An EMG-Based Biofeedback System for Tailored Interventions Involving Distributed Muscles
Seáñez et al. Correction to: Spinal cord stimulation to enable leg motor control and walking in people with spinal cord injury
Tovar Suárez Integration of a BCI system for the control of the T-FLEX Ankle Exoskeleton
Angulo-Sherman et al. BCI applied to neurorehabilitation
Rodrigues et al. Physiological Self-regulation Using Biofeedback Training: From Concept to Clinical Applicability
Tang et al. A 4-DOF Exosuit Using a Hybrid EEG-Based Control Approach for Upper-Limb Rehabilitation
Тятюшкина et al. «Brain–Computer» interface (BCI). Pt I: Classical technology

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3141005

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020917812

Country of ref document: EP

Effective date: 20220217

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE