Robot pomaga pri hoji pacientu po možganski kapi

»Gre za tesno sodelovanje robota in človeka pri urjenju hoje pri ljudeh z nevrološkimi okvarami. Naša skupina v Soči je prispevala k zasnovi kinematike mehanizma eksoskeleta in različnih načinov delovanja robota. S senzorji smo merili odzivnost robota in človeka pri rehabilitaciji,« uvodoma pojasni dr. Zlatko Matjačić, vodja raziskovalne skupine na URI Soča.

Univerzitetni rehabilitacijski inštitut Soča je skupaj z desetimi partnerji iz šestih držav sodeloval v evropskem projektu CORBYS (Cognitive Control Framework for Robotic Systems), ki je obravnaval robotske sisteme za rehabilitacijo hoje. Glavni koordinator projekta je bila Univerza v Bremnu. V konzorciju iz šesterice držav, Nemčije, Norveške, Belgije, Španije, Velike Britanije in Slovenije, so poleg inštitutov in univerz sodelovali tudi trije veliki industrijski partnerji za izdelavo protetike in manjše podjetje, ki se ukvarja z zaznavanjem človekovih možganskih aktivnosti.

URI Soča je sodeloval pri razvoju naprave, natančneje pri določitvi, kakšen naj bo prototip robota z vidika pacientov, njegova glavna naloga pa je bila vrednotenje in klinična evalvacija robotskega sistema. Preizkusili so posamezne module in na tej podlagi dobili oceno, ali moduli dejansko delujejo tako, kot morajo. Ugotoviti, kako naj poteka interakcija med robotom in človekom, je bil namreč osrednji namen celotnega projekta.

»Cilj projekta ni bil razvoj naprave za hojo kot take, ampak razvoj generične platforme za kognitivno vodenje robotskih sistemov, kar pomeni, da ti sistemi sodelujejo s človekom. Pri takšnem sodelovanju je pomembno, da robot zaznava svoje gibanje in človekovo stanje oziroma njegove zmožnosti za hojo. Robot in človek sta tako v fizični interakciji,« povzema začetno izhodišče dr. Zlatko Matjačić, vodja delovne skupine na URI Soča. Sestavljali so jo še inženirji dr. Imre Cikajlo, dr. Andrej Olenšek in dr. Matjaž Zadravec ter dva klinična sodelavca, zdravnica dr. Nika Goljar in fizioterapevt Marko Rudolf.

Osrednja naloga raziskovalne skupine rehabilitacijskega inštituta Soča je bila eksperimentalno testiranje robota in prenos informacij razvijalcem posameznih sklopov.

Hoja po traku in meritve mišic

Robotski sistem za hojo so testirali tako, da so povabili pacienta, ki ga je pred 17 leti prizadela možganska kap. Razvil je sicer svoj vzorec hoje, ki pa zaradi možganske poškodbe ni pravilen. Pacienta so vpeli v eksoskelet in mu pritrdili senzorje EMG, s katerimi so nato merili elektromiografsko aktivnost mišic med njegovo hojo po tekočem traku. Hoja je seveda zelo počasna, ker trak ne preseže hitrosti 0,4 kilometra na uro. Zraven je fizioterapevt, ki pacientu med hojo po traku popravlja posamezne gibe, denimo, da ne stopa na prste, ampak na peto. Pacient, ki ga je prizadela možganska kap, namreč ne hodi tako kot zdrav človek, rehabilitacija pa naj bi mu pomagala izboljšati hojo. Pri tem je uspeh odvisen od anatomije poškodbe po kapi, zato pred začetkom rehabilitacije opravijo zdravniško triažo oziroma pregled pacientovega rehabilitacijskega potenciala. Kdor ima ta potencial, ga uvrstijo v program intenzivnega urjenja hoje.

Dr. Matjačić kot pomemben dosežek projekta poudarja tole: »Eksoskelet oziroma otoza je doslej najbolj izpopolnjen mehanizem za hojo, ker ima toliko stopenj hitrosti, da človeku omogoča normalno gibanje. Večina znanih komercialnih in eksperimentalnih eksoskeletov namreč v nekem pogledu človeka ovira, ne dovolijo mu recimo gibanja v levo in desno, kar je zelo pomembno pri prenosu teže. Ali pa mu ne dovolijo rotiranja okrog medenice, kar je prav tako pomemben vidik hoje. Naš eksoskelet pa omogoča vse omenjene aspekte hoje, od prenosa teže do cikličnega gibanja nog. Fiziološki senzorji, nameščeni na pacienta, določajo njegovo stanje, in sicer ali je utrujen in koliko sam sodeluje pri hoji. V senzorju so tudi podatki, ki določajo obnašanje robota.«

Primerjava med lokomatom in robotom

V čem se eksperimentalni robotski sistem za hojo razlikuje od komercialnega lokomata, naprave za urjenje hoje, ki jo uporabljajo tudi na inštitutu Soča za rehabilitacijo bolnikov? »Lokomat je omejen na gibanje v ravnini, kar pomeni, da pomaga pri gibanju kolka in kolena samo v smeri naprej. Ne omogoča gibanja v levo in desno, nima podpore v gležnjih in ne daje podpore pri odrivu in dostopu. Vse te funkcije pa omogoča naš robot, ki je zelo kompleksna naprava. Za zdaj ni še nobena tako dovršena, kot je naša,« razlaga dr. Matjačić prednosti robota pred lokomatom.

Odlična ocena evropske komisije

Projekt, ki je trajal od februarja 2011 do letošnjega januarja, je na sklepni predstavitvi rezultatov evropski komisiji dobil oceno »odlično«. Najvišjo oceno evropski ocenjevalci menda podelijo le izjemoma, ljubša jim je običajna ocena »zelo dobro«.

»Trem predstavnikom evropske komisije smo 21. in 22. januarja skupaj z vsemi partnerji v projektu CORBYS demonstrirali delovanje naprave in predstavili končne rezultate. Evropski ocenjevalci so spremljali, kako se je odzival pacient pri hoji po tekočem traku in kako se je njegovim reakcijam prilagajal robot. Tako smo demonstrirali vse vidike kognitivnega vodenja, kar je bil tudi glavni poudarek celotnega projekta,« dr. Zlatko Matjačić zadovoljno povzema zaključno revizijo projekta, ki je potekala na njihovem inštitutu v Ljubljani.

Celotna vrednost projekta je bila osem milijonov evrov, pri čemer je šest milijonov prispevala EU iz 7. okvirnega programa, dva milijona pa sodelujoči partnerji. Soča je iz naslova sofinanciranja prejela 290.000 evrov.