Gra rehabilitacyjna, system wspomagania inhalacji dróg oddechowych oraz kamizelka oscylacyjna to przykłady nowatorskich rozwiązań z zakresu inżynierii biomedycznej zaprojektowanych przez naukowców z Instytutu Informatyki Uniwersytetu Śląskiego. Wynalazki zostały zaprezentowane m.in. podczas konferencji zorganizowanej w ramach Targów Rehabilitacji i Sprzętu Rehabilitacyjnego REHexpo, które odbywały się od 12 do 13 kwietnia 2019 roku.
O możliwościach zastosowania wynalazków oraz procesie ich tworzenia opowiadają dr Paweł Janik, dr Małgorzata Janik, doktorant mgr inż. Michał Pielka (pracownicy Zakładu Komputerowych Systemów Biomedycznych) oraz dr Grzegorz Machnik (z Zakładu Modelowania i Grafiki Komputerowej) – autorzy rozwiązań.
Gra rehabilitacyjna
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego stworzyli specjalną grę rehabilitacyjną z wykorzystaniem rzeczywistości wirtualnej adresowaną do pacjentów w każdym wieku, wymagających stałej lub czasowej rehabilitacji narządu ruchu, mających problemy pourazowe, a także schorzenia reumatologiczne i ortopedyczne.
Osoba rehabilitowana, dzięki założonemu czujnikowi, może wcielić się w wirtualną postać, na przykład w grach Misiobieg lub Misiolot, a następnie, starając się uniknąć licznych przeszkód, w zależności od fabuły, zbiera plastry miodu lub przemieszcza się między kolejnymi pomieszczeniami na statku kosmicznym.
Dr Małgorzata Janik prezentuje działanie dry rehabilitacyjnej Misiolot
fot. Sekcja Prasowa UŚ
– Pacjent musi wykonywać określone ruchy rękami lub tułowiem, aby osiągnąć cel gry, czyli w tym przypadku zebrać jak najwięcej plastrów miodu, jabłek lub przedostać się do określonej liczby pomieszczeń – mówi współautor rozwiązania, dr Paweł Janik.
Część opracowanych gier adresowana jest do młodszych odbiorców poniżej dziesiątego roku życia. Autorem grafiki jest dr Grzegorz Machnik.
fot. Sekcja Prasowa UŚ
– Scenerię Misiolota projektowałem po obejrzeniu serii filmów o Obcym, słynnym ósmym pasażerze Nostromo. Dodam od razu, że fabuła, opracowana jednak z myślą o młodszych pacjentach, nie ma w sobie prawie nic z horroru science fiction wyreżyserowanego przez Ridleya Scotta – zapewnia informatyk. – Scenariusz może być dowolnie zmieniany – z myślą o pacjentach w każdym wieku – w taki sposób, aby przyciągnąć ich uwagę i pozwolić skupić się na realizacji celu gry podczas wykonywania zaplanowanych ćwiczeń – dodaje.
W grze rehabilitacyjnej można również wykorzystać gogle VR pozwalające znaleźć się pacjentowi w wirtualnej rzeczywistości. Takie rozwiązania mogą być stosowane na przykład do fizjoterapii pacjentów wykonujących ćwiczenia w pozycji siedzącej lub leżącej.
– W przypadku opracowanych przez nas rozwiązań cel rehabilitacyjny znajduje się oczywiście na pierwszym miejscu, pacjent nie koncentruje się tylko na wykonywaniu określonych ruchów, lecz również na realizacji kolejnych zadań w grze – komentuje dr Małgorzata Janik. – Spodziewamy się osiągnięcia efektu odwrócenia uwagi na przykład od dolegliwości bólowych, które mogą osłabiać skuteczność rehabilitacji. Możemy przypuszczać, że skupienie się na celu gry pozwoli pacjentowi efektywniej wykonywać plan fizjoterapii, oczywiście pod czujnym okiem rehabilitanta kontrolującego czas i wykonywane ruchy – dodaje naukowiec.
Jedną z wielu zalet tego typu systemów rehabilitacyjnych jest możliwość personalizacji terapii ruchowej. Fizjoterapeuta ma możliwość wprowadzania do systemu nie tylko rodzaju wykonywanych ćwiczeń poszczególnych części ciała wymagających rehabilitacji, lecz również liczby powtórzeń, zakresu ruchów i czasu ich trwania. Co więcej, system może monitorować pracę rąk, nóg, tułowia czy całego ciała, wykonaną podczas jednej sesji gry przez osobę rehabilitowaną, aby można było ocenić jakość wykonania ćwiczenia.
– Projektując nasze wynalazki, staramy się uwzględniać także czynnik finansowy. W przypadku gry rehabilitacyjnej mówimy o trzech elementach: czujniku, routerze oraz dowolnym urządzeniu, które będzie odbierać i przetwarzać emitowane w systemie radiowe sygnały. Może to być na przykład dowolny komputer – mówi dr Paweł Janik. – Udoskonalamy także poszczególne rozwiązania, aby system działał coraz efektywniej i wydajniej.
Gry rehabilitacyjne konsultowane są m.in. ze specjalistami z Ośrodka Adaptacyjnego dla Dzieci Niepełnosprawnych w Rudzie Śląskiej oraz z pracownikami Wojewódzkiego Szpitala Specjalistycznego nr 3 z Rybnika we współpracy z ordynator oddziału rehabilitacji dr n. med. Bernadettą Wiśniowską.
Rehabilitacyjna kamizelka oscylacyjna
Zespół pracujący pod kierunkiem dr. Pawła Janika podejmuje również działania w obszarze tekstroniki, nowej dziedziny łączącej w sobie wiedzę z takich zakresów, jak np.: elektronika, włókiennictwo, automatyka. Wykorzystując nowoczesne maszyny do szycia, stworzyli rehabilitacyjną kamizelkę oscylacyjną służącą do udrażniania dróg oddechowych. Rozwiązanie powstało przede wszystkim z myślą o fizjoterapii osób zmagających się z chorobami, w wyniku których w drogach oddechowych gromadzi się i zalega wydzielina, a więc w przypadku np. występowania mukowiscydozy czy astmy oskrzelowej.
Kamizelka to zaawansowany technologicznie produkt, wymagający integracji techniki sterowania z elementami mechanicznym, ukrytymi w specjalnie zaprojektowanym materiale tekstylnym.
– Osiem wbudowanych silników wibracyjnych wywołuje drgania kamizelki na tyle silne, że pacjenci odruchowo odksztuszają wydzielinę z płuc. Dodatkowo znajduje się tam specjalna zawleczka, która natychmiast wyłącza urządzenie. Może się zdarzyć, że w wyniku drgań pacjent poczuje się gorzej, wówczas może od razu odłączyć wszystkie układy – wyjaśnia mgr inż. Michał Pielka, współautor rozwiązania prezentujący kamizelkę (fot. Sekcja Prasowa UŚ).
Urządzenie jest stosunkowo ciężkie, ponieważ zawiera elementy mechaniczne oraz zainstalowany akumulator umożliwiający kilkugodzinną ciągłą pracę urządzenia. Naukowcy zaznaczają jednak, że po założeniu ciężar kamizelki nie jest aż tak odczuwany. Poza tym, jak dodają, wielkość urządzenia może być dopasowywana do określonej grupy odbiorców, w tym dzieci.
Wspomaganie rehabilitacji dróg oddechowych
Kolejny pomysł naukowców z Uniwersytetu Śląskiego został zrealizowany w celu wspomagania jednej z metod leczenia, jaką jest inhalacja. Przedmiotem wynalazku jest gra, która z jednej strony pozwala monitorować, czy pacjent wykonuje inhalację poprawnie, z drugiej – sprawia, że proces ten, często trwający nawet kilkanaście minut, staje się dla dziecka mniej uciążliwy.
– Producenci inhalatorów dbają o to, aby wygląd urządzeń medycznych był przyjazny szczególnie dla małych pacjentów. Obudowy przyjmują więc najdziwniejsze kształty przypominające często bajkowe postaci. Pomyśleliśmy, że bohater gry mógłby nawiązywać do kształtu urządzenia, dlatego w naszym przypadku stał się nim elegancki wieloryb – mówi dr Paweł Janik, który prezentuje opracowane urządzenie
fot. Sekcja Prasowa UŚ
Dziecko, regulując tempo oddychania podczas inhalacji, steruje widoczną na ekranie postacią wieloryba, który pożera usytuowane na różnych poziomach pożywienie, dzięki czemu staje się coraz większy. W ten sposób mały pacjent bardzo szybko uczy się odpowiednio wdychać i wydychać powietrze i jednocześnie koncentruje swoją uwagę na niebieskim bohaterze zamiast na głośnym urządzeniu wymagającym założenia maski, budzącym często lęk u najmłodszych dzieci.
Monitorowanie oddechu możliwe jest dzięki czujnikowi zainstalowanemu w masce inhalatora. Tak jak w przypadku każdego opracowywanego przez naukowców urządzenia, można programować w systemie czas inhalacji i inne parametry, aby efekt leczniczy był możliwie najbardziej skuteczny.
Materiał filmowy przygotowany przez TV UŚ: