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

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

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

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

• Что-то это упражнение не очень выходит. Пальцы плохо сгибаются,  – сетует пациент, глядя в монитор.
• Нет-нет, у вас все хорошо получается, – успокаивает доктор.

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

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

Тренинг под присмотром компьютера

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

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

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

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

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

Фото из архива команды ООО «Визми»

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

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

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

Рис. 1. Так работает программа.** *Из архива команды ООО «Визми»

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

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

Рис. 3. Проба на смену поз руки. Александр Лурия. «Основы нейропсихологии» .[image] 

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

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

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

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

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

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

От студенческого проекта – к бизнесу

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

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

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

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

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

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

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

Фото из архива ООО «Визми»

Web-камера против кинекта

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

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

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

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

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

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

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

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