Виртуальная реальность в диагностике болезни Паркинсона и рассеянного склероза

virtualnaya_realnostУченые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) разрабатывают систему диагностики нейродегенеративных заболеваний на ранних стадиях. Речь идет о таких заболеваниях, как рассеянный склероз, болезнь Паркинсона и других. Основана диагностика на технологиях виртуальной реальности — человека погружают в виртуальную среду и проводят функциональные тесты, изменяя параметры виртуального окружения, а исследователи фиксируют изменения в движениях человека. Завершить техническую часть проекта ученые рассчитывают в 2017 году.

Система диагностики нейродегенеративных заболеваний — это совместный проект политехников и ученых СибГМУ. Всего над проектом работают восемь человек — это ученые, аспиранты и студенты вузов.

«За наше чувство равновесия и наши движения отвечает большое количество физиологических систем. Это вестибулярный аппарат  — внутренне ухо, полукружные каналы — определяющий наше положение в пространстве и направление силы тяжести. Это мышечная система, зрение — с его помощью мы постоянно отслеживаем линию горизонта. Например, если на карусели закрыть глаза, то станет плохо, так как мы не сможем следить за линией горизонта. Вся эта слаженная система работает автоматически. Она дает сбои, когда у человека начинают развиваться нейродегенеративные заболевания, например, болезнь Паркинсона», — рассказывает старший преподаватель кафедры промышленной и медицинской электроники ТПУ, доцент СибГМУ Иван Толмачев.

Болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз — это нейродегенеративные заболевания. Это группа медленно прогрессирующих, наследственных или приобретенных заболеваний нервной системы. Общим для этих заболеваний является прогрессирующая гибель нервных клеток — нейродегенерация, ведущая к различным неврологическим симптомам — прежде всего, к нарушению движений.

По словам ученых, например, в случае с болезнью Паркинсона процесс гибели клеток может начаться и в 30 лет, но симптомы заболевания станут заметными только в 50 лет.

Поэтому ученые по всему миру ищут эффективные и доступные для пациентов методы диагностики нейродегенеративных заболеваний именно на ранних стадиях.

«Чтобы человек почувствовал потерю функции, он должен потерять около 80% клеток, за нее отвечающих. Но тогда пути назад, к выздоровлению, уже нет. Поэтому так важно диагностировать заболевание на ранних стадиях, когда пациенту еще можно помочь. Сейчас врачи пользуются определенными тестами для выявления нейродегенеративных заболеваний, но они по большей части основаны на визуальной оценке, а с инструментальными и эффективными методами есть проблема. Например, чтобы сейчас пройти высокочувствительную диагностику, томичу нужно получить направление в ближайший центр позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ-центр) в Екатеринбурге. Да, это очень эффективный метод, но показанием на такую диагностику является наличие явной симптоматики заболевания», — отмечает Иван Толмачев.virtualnaya_realnost2

Система, разрабатываемая учеными Томского политеха и СибГМУ, состоит из очков дополненной реальности, бесконтактного датчика движений и подвижной платформы.
Разработчики используют уже существующие устройства, такие как очки дополненной реальности от компании Google и бесконтактный сенсорный контроллер Kinect. Диагностика проходит следующим образом: человек надевает очки и попадает в виртуальную реальность, где окружение меняет наклон. В это время датчик движений фиксирует изменения в положении человека в 20 точках. Человек без нарушений быстро адаптируется к виртуальной среде и сохраняет устойчивое положение, а человек с нарушениями не может адаптироваться и теряет равновесие.

«Мы используем уже существующие устройства, так как они хорошо подходят по своей функциональности, и нет смысла выдумывать что-то новое. Наша задача была интегрировать все эти устройства, разработать математический аппарат для анализа данных, здесь мы использовали метод интегральных оценок. Также мы создали модель человека в виде скелета, выделили на нем 20 важнейших точек, которые и отслеживает Kinect. После диагностики мы получаем результаты отклонений по этим 20 точкам», — поясняет молодой ученый ТПУ Давид Хачатурян, участвующий в разработке системы.

Работу системы на себе уже проверили около 50 добровольцев.

«В ходе эксперимента мы проверяли, как виртуальная среда воздействует на человека. Сама процедура длилась около 10 минут. В эксперименте приняли участие и здоровые люди, и те, у кого врачи уже выявили нарушения. Сейчас мы не можем сказать, болен или здоров человек, тем более поставить диагноз. Но благодаря системе можем сказать, насколько его текущее состояние отличается от здорового состояния. Также мы выяснили, что люди с разными нарушениями по-разному реагируют на виртуальную среду. Например, у людей с болезнью Паркинсона начинается тремор руки (быстрые, ритмичные движения конечностей — ред.), более выраженный со стороны поражения центральной нервной системы, — говорит Иван Толмачев.

По его словам, команде проекта потребуется еще около года, чтобы завершить техническую часть работы. Затем система должна будет пройти этап клинических испытаний и необходимую техническую и токсикологическую сертификацию.

«О конечной стоимости системы пока говорить рано. Но она однозначно будет стоить в разы дешевле зарубежных аналогов и будет доступной для российских больниц. В перспективе систему можно будет использовать не только для диагностики заболеваний, но и для реабилитации пациентов», — добавляет ученый.

Источник: Томский политехнический университет

Реклама