Что за экзоскелет создали волгоградские медики и почему пациенты сравнивают его с крыльями и кому он помогает?
Благодаря экзоскелету спортсменка Александра Агафонова может двигать руками.
Разработке волгоградских медиков-ученых Александра Воробьева и Федора Андрющенко — экзоскелет «ЭКЗАРЕ-34», который они создали для инвалидов, чтобы те могли двигать руками. Устройство хорошо себя показало, больные буквально выстраиваются в очередь за ним. Пару месяцев назад к волгоградским врачам обратились необычные пациенты — чемпионка мира по плаванию и полностью обездвиженный, но несмотря на это активный подросток. Подробнее о них, в нашем материале.
Справка
«ЭКЗАР-34» — это экзоскелет, разработанный волгоградскими учеными из ВолгГМУ в 2013 году для абилитации и реабилитации пациентов с болезнью верхних конечностей. Аппарат не имеет аналогов в России и Европе. За ним в Волгоград приезжают пациенты со всей страны и из-за рубежа. Для каждого человека он создается индивидуально. Весит устройство несколько килограмм.
Экзоскелет для чемпионки
Недавно к волгоградским ученым обратилась чемпионка мира и России по паралимпийскому плаванию Александра Агафонова из Москвы. Девушка с рождения страдает артрогрипозом. Страшное и редкое заболевание поражает суставы и мышцы конечностей. Молодая девушка из-за него не могла раньше двигать ногами, но, к счастью, сумела справиться с этой проблемой. Однако артрогрипоз «отобрал» у нее руки, которые восстановить пока невозможно. Девушка не может обойтись без помощи родных и друзей. Единственная ее надежда сейчас — экзоскелет, который может подарить ей билет в самостоятельную и активную жизнь. Кстати, о жизни: девушка не просто спортсменка, но и большая умница. Саша учится одновременно в двух вузах — на журналиста и режиссера монтажа. Хочет реализоваться как творческий человек и научиться водить машину, рисовать, играть на синтезаторе.
«Мечтать неправильно, нужно ставить цели. Мечты могут не сбыться, а цели достижимы, — серьезно рассуждает и не строит воздушных замков девушка. — Моя цель поднять руки самостоятельно, потом будет цель научиться водить машину самой».
Экзоскелет повторяет строение отдельных сегментов человеческого тела и восполняет утраченные функции либо усиливает мышечную силу человека за счет различных приспособлений – рычагов и специальных тяг. Главный секрет «ЭКЗАРА-34» в том, что он заставляет мозг отдавать сигналы конечностям, которые никогда не двигались.
«Дело в том, что ручка у Александры не поднималась с детства, головной мозг уже не отдает сигнала к мышцам, а тут вдруг ручка начинает сама подниматься, сама по себе, без использования электромоторчиков, и головной мозг начинает понимать, что, да, она работает, нужно отдавать сигналы к мышцам. И начинает отдавать сигналы к мышце, которая понимает, что раз мне отдается сигнал, значит нужно на него реагировать», — поясняет Александр Воробьев.
Спустя время тело может привыкнуть к экзоскелету, а потом и вовсе заработать без него. Многие пациенты Воробьева называют его разработку «крыльями», так как благодаря ей они буквально парят от счастья, что наконец-то могут двигаться.
Подарок сироте
А еще недавно к ученым приехал 17-летний Филипп Батенин из Московской области. Мальчик воспитывается в Дмитровском детском доме-интернате. У него, как и у Александры, артрогрипоз. Заболевание протекает в тяжелой форме — подросток практически обездвижен. Виной всему — деформация лучезапястных и голеностопных суставов. Филипп передвигается на кресле-коляске с электрическим приводом, которым управляет головой — нажатиями затылка на специальную сенсорную панель. Но, несмотря на сложный диагноз, он ведет активную жизнь: занимается в театральной студии, играет в бочча (паралимпийский вид спорта), увлекается футболом, хочет попробовать себя в роли спортивного комментатора. Подросток — призер всероссийских конкурсов «Лучший гид России» и «Лучший теле-радиоведущий».
Экзоскелет будет полностью приспособлен под его инвалидную коляску. Сейчас врачи решают первостепенную задачу — восстановить подвижность суставов, чтобы Филипп смог в полной мере пользоваться экзоскелетом: с пациентом работает мануальный терапевт. Ранее подросток прошел обследование в Волгоградской областной клинической больнице № 1.
В Волгограде его научат совершать простейшие движения, более тонкие он будет изучать самостоятельно после отъезда. В итоге Филипп сможет обслуживать себя: расчесывать волосы, пользоваться ложкой, вилкой, зубной щеткой, переворачивать страницы книги, работать на компьютере и заниматься творчеством.
«Ко всем проблемам надо относиться с холодной головой, во всем стараться видеть что-то положительное. Там, где большой минус, все равно надо найти маленький плюсик и от него «надувать шарик». Инвалидность — это не приговор. А, может, даже наоборот, в какой-то степени привилегия, потому что тебе помогают, вокруг проявляют заботу», — не унывает Филипп.
Кстати, в Волгограде сбылась мечта Филиппа — ему позволили побыть в роли комментатора на «Волгоград Арене» во время матча воспитанников школы «Ротора».
Экзоскелет для рук не единственная разработка волгоградских ученых. Подобное устройство они придумали и для нижней челюсти, правда, этот проект под названием «экзочел», пока еще не дошел до широкого выпуска. А недавно ученые получили патент на экзоскелет для эндохирурга, помогающий проводить операции. Кроме того, медики разработали экзоскелет шеи.
Крылья сделали для якутянки Ванессы Мутчупуковой экзоскелет. Аппарат позволяет вернуть утраченные функции рук.
У девочки диагноз «миелопатия шейного отдела спинного мозга и артрогрипоз с поражением рук». Она почти не может сгибать руки в локтях, у неё ограничены движения в плечевых суставах.
«Ванесса любит рисовать, играть в бочче (паралимпийский вид спорта) и фотографироваться. В будущем мечтает стать художником, инструктором по адаптивной физкультуре или фотомоделью», — говорят родные девочки.
Об аппарате «Экзар-34» — экзоскелете, который помогает людям вернуть утраченные функции рук, — близкие Ванессы узнали случайно. Они увидели в новостях сюжет о работе волгоградских исследователей и их изобретении. Для Ванессы это был шанс справиться с инвалидностью и начать жить так же, как и её сверстники. И чудо произошло. Аппарат «Экзар-34» разработали волгоградские ученые под руководством заведующего кафедрой оперативной хирургии и топографической анатомии Волгоградского государственного медицинского университета профессора Александра Воробьёва.
«Девочка действительно замечательная. Уверен, что будет результат. Экзоскелет для неё мы изготовили в подарок, используя для этого найденные мной средства. Семья тратила деньги только на дорогу и на проживание», — рассказал Александр Воробьёв.
Деньги на поездку и проживание собрали неравнодушные якуты. Теперь малышка уже осваивает радость свободы.
Новый экзоскелет примерил юный пациент из Латвии. Волгоградские хирурги сделали из авиационного алюминия «вторые руки» маленькому Андреасу.
Маленький Андреас с рождения страдает патологическим заболеванием, которое не позволят активно работать мышцам. Диагноз поставили, когда ему был всего лишь месяц. Руки ребенка практически не слушаются из-за болезни суставов. Ради полноценной жизни он приехал вместе со своими родителями в Волгоград из Риги.
За всю жизнь у него наконец-то появился шанс на полноценное функционирование рук. Узнать, что такое настоящие человеческие объятия собственными руками поможет уникальный экзоскелет ЭКЗАР-34. Специальное устройство помогает людям с проблемами опорно-двигательного аппарата разрабатывать мышцы и совершать необходимые в быту действия.
Андреас скоро сможет самостоятельно кушать.
— Теперь мне легко поднимать руки и двигать ими, — делится впечатлениями маленький Андреас. — Мне наоборот опускать немного тяжелее. Я сам смогу кушать свою любимую манную кашу. Скоро я смогу играть в игрушки и держать предметы.
Специалисты уверены — с таким настроем Андреас сможет самостоятельно двигать руками быстрее запланированного срока. Он подходил к реабилитации весьма творчески, воспринимая разработку рук как игру. То изображал из себя железного человека, то имитировал игру на барабанах. Старательно продемонстрировал, как пользоваться ложкой. На публику не постеснялся спеть песню про принцессу на латышском языке.
— Сегодня мы увидели реакцию Андреаса, и наша работа принесла огромное моральное удовлетворение, — рассказывает заведующий кафедрой оперативной хирургии и топографической анатомии ВолгГМУ Александр Воробьёв. — Я радуюсь, солнце на душе. Для семилетнего подростка он проявил себя очень мужественно. Ничего не боялся и не сопротивлялся, назад не отступал. Мы буквально на глазах видим прогресс в работе рук мальчика.
Первую модель медицинские изобретатели сконструировали три года назад. С того времени им удалось создать 28 разновидностей экзоскелетов.
— Нам удалось усовершенствовать аппарат. Одно из ведущих московских ортопедических предприятий заключило с нами договор на использование нашей интеллектуальной деятельности, — говорит Александр Воробьев. — Подобные аналоги есть и в Америке, но без скромности скажу, что наш лучше: прочнее, долговечнее, функциональнее.
Абсолютно все детали экзоскелета отечественного производства. Он изготовлен из авиационного алюминия. У первой вариации в составе были детали из дерева. Кстати, одну из наших моделей до сих пор использует пациент из Германии. В 2015 году возможность передвигаться без посторонней помощи волгоградские ученые подарили маленькой Илоне. Свой экзоскелет, с помощью которого девочка наконец самостоятельно смогла взять мел и подойти к школьной доске, она назвала «крылышками». По словам Фёдора Андрющенко, их разработка в первую очередь нацелена на оздоровление людей, а не на выманивание денег у пациентов.
Александр Александрович восхищен настойчивостью и харизмой юного Андреаса.
— Иностранные аналоги, как правило, одноразовые, — поясняет Фёдор Андрющенко. — Если мы говорим о ребёнке, то через пару-тройку месяцев он подрастёт, и аппарат уже на него не будет рассчитан. В нашем случае можно подкорректировать размер и продлить эксплуатацию экзоскелета. В работе ЭКЗАРа мы используем обычные канцелярские резинки, которые стоят копейки, и их можно купить где угодно, даже в Африке. У зарубежных же — авторские, которые можно приобрести только у производителя. Вообще я сравниваю наш экзоскелет с автоматом Калашникова, который работает и в песке и в воде.
Один из главных плюсов новейшей разработки — он примеряется на самого человека. Иностранные модели прикрепляются к инвалидной коляске или к креслу, на котором пациент проводит большую часть времени. Явно непоседливый Андреас может использовать экзоскелет без привязки к месту.
— Мой сын сам не верил, что он сам не сможет двигать руками, — рассказывает мама мальчика Саманта Агеева. — Когда я наблюдала за первыми его движениями, у меня внутри всё кипело. Мы даже не ожидали, что Андреас так высоко и правильно будет делать движения рук. Это действительно подарок от Бога. Надеюсь, что с помощью ЭКЗАРа сын со временем сам сможет работать руками. Думаю, что в следующем году он пойдет в школу, но не для особенных детей, а в обычную. Пару лет назад мы только краем уха узнали, что такое возможно. Поехали на очередную операцию в Санкт-Петербург, где нам сказали, что профессор Воробьёв разработал этот экзоскелет. Мы приехали в Волгоград, и вот за полторы недели нам сконструировали чудо-аппарат.
Уже завтра Андреаса и его родителей ждёт долгий путь до Риги. Теперь мальчик не сомневается, что сможет вести более полноценный образ жизни и быть наравне со своими сверстниками.
Илона с рождения страдает заболеванием, которое стало причиной парапареза рук. Она не может их поднять, как легко это делают здоровые дети. Для Илоны это тяжелое испытание, чтобы дотянуться до предмета, расположенного на уровне груди, ей приходится помогать себе всем телом — сначала встать на носочки, а затем выгнуть мостиком спину. Но даже после этого ей не удается самой причесаться, поесть, попить.
Четырехлетняя девочка стала первым пациентом, который испытал на себе чудо современной техники – ЭКЗАР (экзоскелет абилитирующий и реабилитирующий).
«Нам предложили участие в этом проекте врачи-неврологи, — рассказывает мама Илоны Екатерина. – Я согласилась, как только узнала, что уколов, которых моя девочка пережила множество, не будет».
Военные технологии
Экзоскелет в переводе с греческого означает «внешний скелет». Идее создания устройства, которое позволяет в разы увеличить мышечную силу человека, уже несколько десятков лет. Родоначальниками этого направления стали американские военные. На создание сверхсильного, быстрого, выносливого «механического» воина были нацелены интеллектуальные силы заокеанских изобретателей.
Были зафиксированы победные достижения биоинженеров: с помощью «механической руки» с минимальным усилием человек мог поднять груз весом до 340 кг. Но при этом основным недостатком «руки» была ее собственная масса – без малого 750 кг. Когда экзоскелеты стали достоянием гласности, гражданские специалисты принялись за разработку аналогичных устройств для реабилитации инвалидов.
Сегодня экзоскелет – это квинтэссенция достижений медицины, микроэлектроники, робототехники и компьютерных технологий. Но практически у всех экзоскелетов есть и недостатки. Как правило, аппарат – это громоздкая, тяжелая конструкция, какими бы миниатюрными не были электромоторы, сенсоры, гидравлические клапаны и прочие составляющие техники. Кроме того, экзоскелеты работают от источника питания, и отказаться от кабеля, обеспечивающего аппарат электричеством, инженерам не удавалось. Пока не удавалось…
«Экзоскелеты – замечательная идея, но из-за большой массы конструкции, зависимости от источников внешнего питания, и их фантастической стоимости они сегодня не могут найти массовое применение для реабилитации инвалидов, – говорит профессор Александр Воробьев. – Нашей задачей было создать принципиально новую модель для верхней конечности человека: легкую и вместе с тем прочную, не громоздкую, независимую от источников питания, и доступную по цене массовому потребителю».
«Крылышки ангела»
«Мы с Илоной много раз ездили на примерки и обследования в морфокорпус медуниверситета и с нетерпением ждали первого испытания нашего «корсета», которые Илона назвала «крылышки ангела», — рассказывает Екатерина. — Это случилось под новый год. Когда девочке надели «новогодний подарок» и попросили дотронуться пальчиком до носа, она по привычке стала выгибать спинку и подталкивать одну руку другой. «Нет, просто дотронься». И она спокойно сделала то, о чем ее попросили. Я едва сдерживалась, чтоб не заплакать от счастья.
У хирургов тоже вырастут крылья. Как врач провела операцию с экзоскелетом. В Волгограде впервые в мире врач-хирург провела операцию при помощи уникального изобретения — экзоскелета.
А чем медики хуже?
Эндохирургия — широко распространённый метод оперативного лечения заболеваний, когда радикальные вмешательства выполняют без широкого рассечения покровов, через точечные проколы тканей. Таких хирургов неспроста называют ювелирами врачевания — все манипуляции необходимо проводить с предельной точностью. Операции часто длятся часами, от их исхода зависит здоровье и жизнь. Издержки подобной работы — перенапряжение мышц рук, ног, плечевого пояса и спины. Как горько шутят в таких случаях медики, «оздоравливая других, угасаешь сам».
Чтобы подобной профессиональной амортизации не происходило, волгоградские хирурги разработали и уже провели операцию с использованием специального устройства в помощь хирургам — пассивного экзоскелета верхних конечностей. Он разработан коллективом учёных кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии ВолгГМУ.
— Лет пять назад мы презентовали общественности своё изобретение под названием ЭКЗАР — экзоскелет для пациентов с серьёзными патологиями опорно-двигательного аппарата, атрофией мышц, — напоминает один из авторов разработки, профессор, завкафедрой ВолгГМУ Александр Воробьёв. — Теперь наступила очередь следующего этапа использования нашей разработки.
Напомним: некоторое время назад научный коллектив под руководством Александра Воробьёва усовершенствовал «вторые руки» для малышей и взрослых. За это время хирурги создали около 30 вариантов «крылышек» — аппарата ЭКЗАР. Благодаря таким устройствам пациенты с поражёнными мышцами конечностей могут свободно двигать руками. Устанавливают аппараты в волгоградской клинике пациентам пока бесплатно. После успешной работы с пациентами решили помочь и хирургам.
Вместо da vinci
У экзоскелета для хирургов — свои особенности. «Он должен иметь опору, принимать на себя вес и напряжение рук, позвоночника, головы и шеи, — объясняет профессор Воробьёв. — Это достигается за счёт применения специальных эластичных конструкций из ортопедической пластмассы, магниево-алюминиевого сплава, тканевых материалов».
Первая операция в экзоскелете проведена в стенах волгоградской клиники в конце марта, устройство на себе испробовала врач — акушер-гинеколог ВОКБ № 1 Виктория Сейкина. «Операция длилась не меньше часа, — говорит врач. — Я пока единственный хирург, работающий с таким приспособлением, разработки проводились на мне, подгонялось оборудование тоже под меня».
Испытание прошло успешно. А раз так, изобретение скоро можно будет тиражировать. По словам Воробьёва, интерес к экзоскелету есть со стороны волгоградского производственного бизнеса, соответственно, мелкосерийное производство можно наладить примерно через год. Примерная себестоимость одного устройства серийного производства — в пределах 50 тысяч руб. Для сравнения — это в тысячи раз дешевле высокотехнологичных аналогов вроде медицинского робота-хирурга da Vinci, что иногда используют в особо сложных операциях.
«При кажущейся простоте экзоскелета каждая его деталь отличается высокой сложностью, — отмечает старший научный сотрудник лаборатории моделирования патологии Волгоградского медицинского научного центра Фёдор Андрющенко. — Для его изготовления используются высокоточные станки. Здесь нет ручной работы, исключая финальную стадию сборки».
Эксперты сходятся во мнении: использование экзоскелета, разработанного волгоградцами, поможет вывести медицину на новый уровень.
