Способ социально-бытовой адаптации пациентов с когнитивными и речевыми нарушениями Российский патент 2023 года по МПК A61H3/00 A61B5/369 G06F3/01 

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, неврологии и реабилитации. Получают данные о субъекте, которые являются объективным отражением его речевых, когнитивных и двигательных нарушений, а также позволяют проводить оценку динамики данных нарушений и обеспечивать управление процессом социально-бытовой реабилитации, путем сбора и анализа данных, поступающих с ЭЭГ прибора и стереокамеры. Изобретение реализовано в аппаратно-программном комплексе, включающем в себя в себя программное обеспечение для запуска и проведения процедуры при помощи технологий виртуальной реальности (BP) для социально-бытовой реабилитации пациентов с речевыми (афферентной и семантической афазией) и когнитивными нарушениями легкой и средней степени выраженности, на основе семантического, когнитивного и двигательного взаимодействия с BP объектами, созданного в рамках программы деятельности лидирующего исследовательского центра «Социально-бытовой адаптации пациентов с заболеваниями неврологического профиля с помощью технологий виртуальной реальности и захвата движений кисти рук ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России.

Из уровня техники известен способ оценки эффективности проводимой терапии когнитивных расстройств на этапе реабилитации у пациентов с вибрационной болезнью патент RU №2457779 с приоритетом от 12.01.2010 г. Осуществляют регистрацию ЭЭГ и проводят исследование спектральной мощности дельта-диапазона до и после лечения. Анализируют абсолютные значения мощности δ1-ритма и δ2-ритма во фронтальных отведениях обоих полушарий головного мозга. При уменьшении абсолютных значений мощности 51-ритма в правых отведениях более чем на 37%, а в левых отведениях более чем на 44% и δ2-ритма в левых отведениях более чем на 70%, по сравнению с этими показателями до лечения, оценивают проводимую терапию как эффективную. Данный способ лишь оценивает активность функционирования коры головного мозга, но не вызванные потенциалы, которые соответствую когнитивной и речевой функции.

Также известен способ обучения детей с расстройствами аутистического спектра разной степени выраженности с помощью модели полисенсорного виртуально-реального учебного пространства, патент RU №2722673 с приоритетом от 01.10.2019 г. Детям с расстройствами аутистического спектра с установленным диагнозом со степенями выраженности: F84.0, F84.1, F84.5, F84.8 с учетом возраста, особенностей здоровья и уровня развития ребенка педагог на первом этапе погружает его в виртуальное пространство с помощью аппаратно-программного комплекса для выполнения заданий на компьютере и пультом управляет программой, фиксирует результат, находясь вне пределов видимости ребенка, который находится перед экраном компьютера, с помощью клавиатуры, мыши, педалей под ногами, джойстика и микрофона выполняет задания на компьютере, которые он получает от виртуального персонажа. По реакции персонажа ребенок понимает, справился ли он с заданием. Изобретение обеспечивает создание полисенсорного виртуально-реального учебного пространства, облегчающего процесс обучения детям с расстройствами аутистического спектра разной степени выраженности путем поэтапного переноса умений ребенка в область реального пространства и повышения его интереса к реальной жизни, улучшения общего эмоционального состояния. Данный способ улучшает адаптацию, однако оценка действий ограничена двигательными реакциями без контроля когнитивных и языковых реакций, вызванными потенциалами.

Известен способ реабилитации пациентов с постинсультными нарушениями патент RU №2688723 с приоритетом от 25.05.2018 г. Занятия проводят на экзоскелете кисти, управляемом интерфейсом «мозг-компьютер», 3 цикла тренировок в день по 10 минут каждый цикл. На экране монитора задают ментальную задачу на воображение раскрытия правой, левой кистей и процесс расслабления. Для этого в центре монитора имеется круг для концентрации внимания и 3 стрелки, которые олицетворяют правую и левую кисти и отдых. При воображении движения кисти рук должны оставаться неподвижными. Навык кинестетического воображения движения кисти закрепляют на занятиях с логопедом, при которых пациент проговаривает оценку своих действия в динамике, подбирая слова, формируя фразы для характеристики своих действий. После проводят тренинг на стабилометрической платформе с биологической обратной связью в течение 3-5 минут, с использованием в процессе тренинга зрительных и слуховых каналов, для чего пациент, находясь на стабилометрической платформе перед монитором и перемещая свой корпус относительно стоп, должен совмещать свой центр давления (ЦД), демонстрируемый ему на экране в виде курсора с мишенью, удерживая ЦД в центре мишени или перемещая ее. Затем, продолжая занятия на стабилометрической платформе, одновременно проводят занятия с логопедом, при которых пациент сначала комментирует выполняемые им действия на стабилометрической платформе в течение 3-5 минут, а затем это же занятие продолжают в вопросно-ответной форме в течение 7-10 минут. После этого назначают вибротерапию при частоте 10-100 Гц в течение 10-15 минут, в виде чередования через день вибротерапии рук и ног. Через 1-2 часа проводят когнитивные тренинги с использованием компьютерных программ или настольного наглядного материала в виде решения задач на счет, память, конструктивно-пространственное мышление, внимание, в течение 15-30 минут. Нейрореабилитация происходит за счет потенцирующего воздействия процессов, происходящих в головном мозге при комплексной мультимодальной стимуляции, уменьшающей когнитивный и двигательный дефицит, сокращение длительности реабилитационного лечения. Основным недостатком данного способа является сложность осуществления и необходимость применения большого количества оборудования и персонала, что приводит к удорожанию и усложнению процесса реабилитации. Также недостатком является отсутствие возможности управления процессом реабилитации за счет объективных биологических сигналов функционирования головного мозга.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ реабилитации пациентов с использованием виртуальной среды патент RU №2654767 с приоритетом от 02.12.2016 г. В виртуальной среде создают ситуации, требующие от пациента принятия решений по выходу из них с максимальной концентрацией внимания на достижении поставленной цели. Одновременно от пациента требуют локальной концентрации внимания на виртуальном подвижном объекте. При этом на протяжении всего сеанса реабилитации осуществляют контроль состояния пациента по электрической активности мозга, миограмме, измерению частоты сердечных сокращений с возможностью обновления создаваемой ситуации по результатам проведенного контроля. Перед сеансом и после его окончания - осуществляют контроль состояния зрительной системы пациента по измерению ее временных и пространственно-частотно-контрастных характеристик с возможностью подбора в виртуальной среде полосы пространственных и временных частот, обеспечивающих компенсацию нарушений контрастной чувствительности пациента. В указанном способе проводится ЭЭГ на протяжении реабилитации и осуществляется контроль пациента, однако отсутствует возможность, как в заявленном способе, расширить использование ЭЭГ в части использования активности реакций и осуществления управлением процессом реабилитации.

Техническим результатом заявленного способа социально-бытовой адаптации пациентов с когнитивными и речевыми нарушениями является расширение арсенала средств, обеспечивающих управление реабилитацией, а именно смены реабилитационных задач, определение ее длительности и вида, на основании объективных методов регистрируемых физиологических параметров, получаемых посредством регистрации ЭЭГ и различных видов вызванных потенциалов после ее усреднения, а также стереокамеры, позволяющей проводить контроль выполняемого моторного акта реабилитационного занятия, предоставляя информацию для работы алгоритма визуализации движения, демонстрируемой реабилитируемому посредством технологии виртуальной реальности (BP).

Заявленный технический результат достигается за счет целевого взаимодействия пациента с объектом, определяющая смысловую последовательность данного взаимодействия на основе анализа ЭЭГ активности и регистрации на его основе когнитивного (Р300, с латентностью в диапазоне 250-350 мс., на фоне девиантного зрительного или слухового стимула) или языкового (семантического) вызванного потенциала (N400, в диапазоне 350-450 мс.), а также среднелатентных слуховых вызванных потенциалов (N1, с латентностью 85-95 мс), возникающих в ответ на повторяющиеся инструкции для реабилитируемого, звучащие в виртуальной среде. Данное количество вызванных потенциалов предоставляет возможности использования способа при различных видах афазий (афферентной, семантической) и степени когнитивных нарушений от легких до умеренных. Правильно понятая вербальная инструкция, на основе объективного контроля регистрируемых вызванных потенциалов, должна быть завершена имитацией взаимодействия, реабилитируемого с виртуальным объектом, которая будет контролироваться с помощью стереокамеры.

Данный способ не подразумевает быстрого взаимодействия с предметами виртуальной реальности, т.к. требует необходимости получения для успешного выполнения заданий регистрации вызванных потенциалов, что сопряжено с определенным количеством предъявления целевых стимулов на фоне нецелевых, идущих в соотношении 1:3 для когнитивного и семантического (языкового) вызванного потенциала. Минимальное количество целевых стимулов должно составлять 10. Когнитивный вызванный потенциал на визуальный стимул генерируется за счет изменения освещенности демонстрируемого бытового предмета длительность данной освещенности 100 мс, частота мерцания 5 Гц. Когнитивный вызванный потенциал на аудиальный стимул генерируется на предъявления девиантного стимула в частотном диапазоне 1000-2000 Гц., выбор которого может сделан на основе максимального соответствия частоте звука соответствующее демонстрируемой бытовой среде (например звук кипящего чайника), с периодичностью 1 Гц., длительностью сигнала 100 мс. Условием для получения семантического (языкового) вызванного потенциала является короткая, состоящая из трех слов высказывание инструкция, звучащая в семантическом контексте демонстрируемой виртуальной среды. Девиантным стимулом в данном предъявлении будет являться наличие в данной инструкции семантически неподходящего слова. Для среднелатентных слуховых вызванных потенциалов необходимо получить не менее 100 стимулов, предъявляемых с частотой 5-200 Гц, длительностью каждого стимула 0,1-1 мс.

Последовательность семантического взаимодействия с виртуальными объектами в виртуальной среде, демонтирующей социально-бытовую сцену (кухня: приготовление еды; общественный транспорт: оплата проезда, выход на определенной остановке; магазин: покупка и оплата товара на кассе и т.д.) определяется регистрацией различных видов вызванных потенциалов и при регистрации их должно быть подкреплено выполнением непосредственно движением верхней конечности.

Пациенту в начале реабилитации может быть дана инструкция устная или письменная о необходимости выполнить то или иное действие в демонстрируемой BP обстановке. В начале реабилитации пациент слышит звуковой сигнал, соответствующей работе того или иного объекта BP, происходит регистрация среднелатентного потенциала N1. Его регистрация соотвествует факту регистрации звука слуховой системой. В дальнейшем целевой предмет, с которым предстоит взаимодействие начинает изменять освещенность или появляются девиантные звуки, соответствующие его работе. Происходит регистрация когнитивного вызванного потенциала Р300 на зрительные и аудиальные целевые стимулы. Регистрация Р300 подтверждает способность реабилитируемого сосредотачиваться на целевом виртуальной объекте и делать данный выбор осознанно, преодолевая когнитивные и речевые нарушения. При регистрации данного сигнала реабилитируемый должен будет выполнить имитацию двигательного контакта с этим предметом, успешность которого визуализируется на основе данных получаемых с стереокамеры. Данный процесс может повторяться многократно, для множества объектов виртуальной реальности, последовательность взаимодействия с которыми обусловлена семантикой общего задания.

Наиболее высокоуровневое взаимодействие с виртуальными объектами будет осуществляться на основе регистрации вызванного потенциала N400, возникающего в ответ на семантически неверную вербальную инструкцию, что будет являться условием для правильного выполнения задания по двигательному взаимодействию с виртуальными объектами посредством соблюдения семантической последовательности. Регистрация данного вызванного потенциала является обоснованием для объективизации понимания вербальной инструкции реабилитируемым, являющееся необходимым условием для реабилитации семантической афазии и когнитивных нарушений умеренной степени выраженности.

Способ реализуется путем использования связанных между собой электроэнцефалографа [1] для регистрации скальповой электроэнцефалографической активности по 21 каналу, установленного на голове пациента в соответствии с системой «10-20», референтные электроды устанавливаются в проекции M1 и М2 (сосцевидные отростки); очков виртуальной реальности [2] для обеспечения демонстрации различных социально-бытовых сцен, взаимодействовать с объектами которых предстоит пациенту в ходе проведения реабилитационных занятий (например, виртуальная сцена кухня с процессом приготовления еды) [3]; стереокамеры расположенной напротив реабилитируемого для обеспечения захвата движений рук и непосредственно кисти с целью визуализации и определения корректности взаимодействия с объектами виртуальной реальности [4], компьютер, посредством которого происходит управление виртуальной сценой, сбором и анализом данных (получение вызванных потенциалов) поступающих с ЭЭГ прибора [5] фиг 1.

Реализация заявленного способа социально-бытовой адаптации пациентов с когнитивными и речевыми нарушениями отражена в клиническом примере.

Пациент К., 64 года. Поступил в реабилитационное отделение 17.02.2021 г. с диагнозом «Атеросклероз сосудов головного мозга. Острое нарушение мозгового кровообращения. Ишемический инсульт бассейне левой СМА. от 10.12.2021 г. ранний реабилитационный период. Умеренный правосторонний центральный гемипареза. Элементы сематической афазии» Пациент поступил в реабилитационный центр для проведения курса занятий по уменьшению выраженности двигательных и речевых нарушений. Проведен неврологический, логопедический осмотр, а также тестирование по когнитивным, двигательным шакалам для контроля эффективности выполняемой реабилитации. Согласно неврологическому осмотру у пациента наблюдается центральный парез лицевого нерва справа, легкой степени выраженности, правосторонний ассиметричный центральный парез конечностей с преимущественным поражением верхней конечности. Согласно шестибальной шкале оценки мышечной силы в правой руке в проксимальных отделах сила составляла 3 балла, в дистальных 2 балла. В нижней правой конечности сила составила 4 балла. Чувствительных нарушений не было. Речевые нарушения соответствовали семантической афазии умеренной степени выраженности, не позволяя пациенту понимать и пересказывать смысл прочитанного текста. Индекс мобильности Ривермид составил 8 баллов, балл по шкале Рэнкин соответствовал умеренному нарушению жизнедеятельности. По шкале FMA-UE согласно разделу «A-D» получено 41 балл, по шкале ARAT 35 баллов. Балл по шкале МОСА 24 баллов. Пациенту проводились логопедические занятия, занятия в рамках физической реабилитации. Дополнительно пациенту предложено пройти курс реабилитации с использованием АПК по социально-бытовой адаптации.

Занятия происходили в кабинете реабилитации в положении сидя. Пациент находился в кресле в течении всей процедуры обучения. Пациенту устанавливался шлем для регистрации ЭЭГ по 21 каналу. На голову пациенту также надевались очки виртуальной реальности. Напротив пациента устанавливалась стереокамера для оценки движений верхних конечностей. Затем производился запуск программы, демонстрирующей пациенту виртуальную среду соответствующей кухни в квартире пациента. Пациент мог двигатель руками, при этом посредством установленной стереокамеры проводилось сопоставление движений виртуальной и физических рук. После адаптации пациента к ощущениям начинался процесс реабилитации речевых, когнитивных нарушений, связанных с тренировкой семантического контекста предъявляемых инструкций взаимодействия с предметами виртуальной реальности. Пациенту давалась инструкция выполнить действие по приготовлению блюда, из предоставленных продуктов или другие действия, например, вымыть посуду, уборка посуды, которые подразумевали определенный выбор последовательности действий. Последовательность действий сопровождается 3-5 кратным повторением вербальной инструкции реабилогом, имеющей сложную семантическую конструкцию, которая является стимулом для формирования семантического вызванного потенциала, получаемого после суммации ЭЭГ записи, соответствующей 1 секундной эпохе после предъявленной вербальной инструкции. При этом регистрировалось негативное отклонение в латентности 350-450 мс. После получения данного семантического вызванного потенциала, что соответствовало, верно, понятой реабилитируемым вербальной инструкции, проводилось дальнейшее занятие с определением предмета взаимодействия, т.е. выбор предмета в соответствии с последовательностью выполняемой задачи. При этом демонстрировалось 3-5 бытовых предметов в контексте социально-бытовой задачи (заваривание чая, уборка, приготовление пищи). Данные предметы демонстрируются пациенту в его поле зрения, при этом их освещенность разного спектра увеличивается рандомно на 100 мс. Изменение освещенности и цвета подсветки являлось триггером для формирования когнитивного вызванного потенциала, появление которого, за счет регистрации ЭЭГ свидетельствовало о верном понимании последовательности взаимодействия, реабилитируемого с предметами виртуальной реальности.

Длительность занятий занимала от 20 минут в начале курса, до 50 минут по его окончании. В общей сложности с пациентом было проведено 12 занятий, проходивших ежедневно или через день. На протяжении всего курса реабилитации не наблюдалось каких-либо нежелательных явлений. К концу курса реабилитации пациенту повторно проведен неврологический осмотр и тестирование по основным двигательным шкалам. Согласно неврологическому осмотру у пациента уменьшилась выраженность правостороннего центрального гемипареза. Согласно шестибальной шкале оценки мышечной силы в правой руке в проксимальных отделах сила увеличилась до 4 баллов, в дистальных до 3 баллов. В нижней конечности сила не изменилась и составила 4 балла. Речевые нарушения продолжали соответствовать семантической афазии, однако их выраженность значительно уменьшилась, и пациент мог самостоятельно пересказывать прочитанные тексты, а также писать их изложение. Индекс мобильности Ривермид составил 12 баллов, балл по шкале Рэнкин соответствовал легким нарушениям жизнедеятельности. По шкале FMA-UE согласно разделу «А-D» получено 56 баллов, по шкале ARAT 47 баллов. Балл по шкале МОСА 27 баллов.

Таким образом, отмечено положительное влияние занятий с использованием, заявленного способа социально-бытовой адаптации пациентов на восстановление речевой и когнитивной функции, согласно логопедическому обследованию и результатов тестирования когнитивной функции. При этом также положительный эффект продемонстрирован в восстановлении двигательной функции, что способствовало повышению независимости пациента, уменьшению выраженности нарушений функционирования и как следствие повышение социально-бытовой адаптации.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, неврологии и реабилитации. Проводят оценку речевых, когнитивных и двигательных нарушений. Отслеживают их динамику. Управление процессом реабилитации проводят в аппаратно-программном комплексе, включающем в себя программное обеспечение, электроэнцефалограф (ЭЭГ), очки виртуальной реальности (ВР), стереокамеру, расположенную напротив реабилитируемого, компьютер. Пациенту демонстрируют социально-бытовую сцену в ВР. Правильность выполнения задания по двигательному взаимодействию с виртуальными объектами оценивают по регистрации семантического потенциала N400 в диапазоне 350-450 мс. Далее пациент слышит звуковой сигнал, соответствующий работе объекта BP. Регистрация при этом среднелатентного потенциала N1 с латентностью 85-95 мс соответствует факту регистрации звука слуховой системой. Далее целевой предмет, с которым предстоит взаимодействие, начинает изменять освещенность или появляются девиантные звуки, соответствующие его работе. Регистрация при этом когнитивного вызванного потенциала Р300 на зрительные и аудиальные целевые стимулы с латентностью в диапазоне 250-350 мс подтверждает способность пациента сосредотачиваться на целевом виртуальном объекте. Далее пациент выполняет имитацию двигательного контакта с предметом, успешность которого визуализируют на основе данных, получаемых со стереокамеры. Способ позволяет получать объективные данные о речевых, когнитивных и двигательных нарушениях, проводить оценку динамики данных нарушений и обеспечивать управление процессом социально-бытовой реабилитации путем сбора и анализа данных, поступающих с ЭЭГ прибора и стереокамеры, а также обеспечивает расширение арсенала средств по управлению реабилитацией пациентов. 1 ил., 1 пр.

Способ социально-бытовой адаптации пациентов с когнитивными и речевыми нарушениями, включающий оценку речевых, когнитивных и двигательных нарушений, отслеживание их динамики и управление процессом реабилитации, реализованные в аппаратно-программном комплексе, включающем в себя программное обеспечение для запуска и проведения процедуры реабилитации при помощи технологий виртуальной реальности (ВР); электроэнцефалограф (ЭЭГ) для регистрации скальповой электроэнцефалографической активности по 21 каналу, установленный на голове пациента в соответствии с системой 10-20; очки виртуальной реальности для обеспечения демонстрации виртуальных сцен; стереокамеру, расположенную напротив реабилитируемого, для обеспечения захвата движений кистей рук с целью определения корректности взаимодействия с объектами виртуальной реальности; компьютер для управления виртуальной сценой, сбора и анализа данных, поступающих с ЭЭГ, отличающийся тем, что пациенту демонстрируют социально-бытовую сцену в ВР, в начале реабилитации пациенту дают инструкцию о необходимости выполнить последовательность действий в демонстрируемой BP обстановке, при этом регистрация семантического потенциала N400 в диапазоне 350-450 мс будет являться условием для правильного выполнения задания по двигательному взаимодействию с виртуальными объектами посредством соблюдения семантической последовательности; далее пациент слышит звуковой сигнал, соответствующий работе объекта BP, происходит регистрация среднелатентного потенциала N1 с латентностью 85-95 мс, его регистрация соответствует факту регистрации звука слуховой системой, в дальнейшем целевой предмет, с которым предстоит взаимодействие, начинает изменять освещенность или появляются девиантные звуки, соответствующие его работе, и регистрация когнитивного вызванного потенциала Р300 на зрительные и аудиальные целевые стимулы с латентностью в диапазоне 250-350 мс подтверждает способность пациента сосредотачиваться на целевом виртуальном объекте, при регистрации данного сигнала пациент выполняет имитацию двигательного контакта с предметом, успешность которого визуализируют на основе данных, получаемых со стереокамеры.