Реабилитация: не только модуль искусственного интеллекта!

Весомую творческую победу во Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ в интересах Вооружённых Сил Российской Федерации одержал авторский коллектив медиков и учёных из Смоленска в составе доктора технических наук, профессора Вадима Борисова (СФ МЭИ), кандидата медицинских наук, главного врача Федерального центра травматологии, ортопедии и эндопротезирования (ФГБУ «ФЦТОЭ» Минздрава России) Анатолия Овсянкина, доктора технических наук,  профессора Петра Лопашинова (ФГБУ «ФЦТОЭ» Минздрава России), кандидата медицинских наук Елены Гомжиной (ФГБУ «ФЦТОЭ» Минздрава России), а также кандидата технических наук Антона Мисника (Республика Беларусь, Могилёв, ООО «Мускулус»), специалиста по физической культуре и спорту Александра Велкова (Екатеринбург) и специалиста по инновациям Константина Пискунова (Москва, Российская ассоциация искусственного интеллекта (РАИИ). Эта команда получила первую премию за конкурсный проект «Разработка и внедрение комплексной системы персонализированной реабилитации на основе технологий компьютерного зрения и искусственного интеллекта для восстановления после травм опорно-двигательного аппарата, эндопротезирования суставов и протезирования конечностей».

Награждение победителей прошло в Москве на базе Конгрессно-выставочного центра Центрального парка «Патриот» в ходе заседания комиссии Министерства обороны РФ по инновационным проектам и технологиям, которую возглавляет руководитель Департамента инновационной деятельности Минобороны РФ генерал-майор Юрий Веселов (см. фото: церемония награждения; делегация победителей (слева направо): Анатолий Овсянкин, Антон Мисник, Елена Гомжина, Вадим Борисов, Пётр Лопашинов, в центре - генерал-майор Юрий Веселов).

Корреспондент «Медицинской газеты» Владимир Королёв попросил прокомментировать эту научно-творческую победу главного врача Федерального центра травматологии, ортопедии и эндопротезирования Минздрава РФ Анатолия Овсянкина.

- Наш научный поиск определяло стремление делом ответить на установки и смыслы стратегии научно-технологического развития страны. Напомню, она утверждена Указом Президента страны В.В. Путина от 28 февраля 2024 г. № 145 «О Стратегии научно-технологического развития РФ».

Цель нашего проекта – создание и внедрение инновационной комплексной системы реабилитации пациентов после тяжёлых травм, операций эндопротезирования суставов и полноценного протезирования конечностей на основе технологий компьютерного зрения, искусственного интеллекта, дополненной реальности и концепции «цифровой двойник» для повышения эффективности и персонализации восстановительного лечения. Система обеспечивает индивидуализированный подбор и контроль выполнения лечебных упражнений, непрерывный мониторинг прогресса восстановления, визуализацию динамики состояния опорно-двигательного аппарата пациента, что ускоряет реабилитацию и улучшает ее результаты в условиях: разнообразия травм и оперативных вмешательств, требующих индивидуального подхода; ограниченности ресурсов специалистов реабилитации на амбулаторном этапе; невозможности постоянного непосредственного наблюдения врача за пациентом вне стационара; сложности объективной оценки техники выполнения упражнений и прогресса без специальных инструментов; необходимости учета множества гетерогенных параметров состояния пациента и использования разных шкал оценки; неопределенности реакции каждого пациента на стандартные реабилитационные программы.

…То есть мы можем говорить о том, что в ходе выполнения проекта решена комплексная задача разработки и внедрения цифровой реабилитационной технологии для посттравматического и послеоперационного восстановительного лечения?

- Да, разработанная система сочетает компьютерное зрение (для анализа движений), искусственный интеллект (для поддержки принятия решений и персонализации терапии), дополненную реальность (для визуализации и контроля упражнений) и создание цифрового двойника пациента, что позволило реализовать новый подход к реабилитации, обеспечивающий объективный анализ двигательной активности и биомеханики пациента, автоматическое формирование индивидуального плана лечебной физкультуры, корректирующих и развивающих упражнений, а также двустороннюю связь врача, пациента и тренера на всех этапах восстановления.

…А каковы этапы восстановления пациента?

- Первый этап восстановления, как правило, происходит в стационаре и задачей системы является регулярная оценка и информирование врача об изменениях в состоянии здоровья пациента. На втором этапе обеспечивается удалённый мониторинг состояния пациента интеллектуальной системой, врачом и тренером, с выработкой персонализированных рекомендаций.

- Круто! А теперь назовите научно-технические и практические результаты реализации проекта.

- Самое главное - создана интеллектуальная система компьютерного зрения для анализа движений и построения цифрового двойника пациента. При этом реализована нейросетевая обработка видео с упражнениями: алгоритмы компьютерного зрения распознают 33 ключевых точки тела и анализируют более 600 параметров состояния опорно-двигательного аппарата. На основе этих данных формируется цифровой двойник пациента, отражающий его индивидуальные анатомические и функциональные особенности, с возможностью сравнения с нормативными показателями и выявления отклонений в работе суставов и мышц.

Подчеркну, что разработан модуль искусственного интеллекта для поддержки принятия решений и индивидуализированного планирования реабилитации. На базе цифрового двойника и методов машинного обучения система автоматически генерирует персонализированный комплекс лечебных, корректирующих и развивающих упражнений для каждого пациента. Учтены диагноз, тип протеза или эндопротеза, исходное функциональное состояние и динамика восстановления. Алгоритмы анализируют корректность выполнения упражнений и адаптируют план. Рекомендации по нагрузкам и технике обновляются по мере прогресса пациента. Каждый пациент получает персонализированную программу упражнений, постоянно актуализируемую под его возможности и потребности.

В итоге сформирована цифровая видеобиблиотека реабилитационных упражнений и обеспечена удалённая поддержка второго этапа реабилитации. Создана база данных из более чем 500 (!) видеоупражнений, раскрывающих суть и содержание восстановления. Разработано мобильное приложение, через которое пациент на амбулаторном этапе получает ежедневные задания из видеобиблиотеки, фиксирует свои упражнения на камеру мобильного телефона и отправляет на анализ. Система компьютерного зрения в приложении контролирует правильность выполнения каждого упражнения, а данные о результатах автоматически передаются лечащему врачу либо тренеру. Реализован механизм регулярного мониторинга: врач или тренер получает отчёты о прогрессе, а пациент – обратную связь и рекомендации через приложение, что обеспечивает эффект присутствия специалиста на дому.

- Итак, проведено пилотное внедрение. Каковы первые подтверждения эффективности технологии?

- Система апробирована в Федеральном центре травматологии, ортопедии и эндопротезирования у нас в  городе-герое и в компании ООО «Мускулус».

Результаты пилотного проекта показали улучшение качества реабилитации: технология обеспечила точность распознавания ключевых параметров движения свыше 90%, что позволило более объективно оценивать состояние пациента и корректность выполнения упражнений. Отмечено ускорение восстановления функций конечностей за счет своевременной коррекции программы занятий и высокой приверженности пациентов к реабилитации (благодаря игровым элементам дополненной реальности и постоянной обратной связи). По данным наблюдений врачей, применение системы позволило сократить средний срок стационарной реабилитации и улучшить функциональные показатели пациентов к окончанию курса по сравнению со стандартными методиками. Кроме того, технология доказала эффективность в персонализации лечения после эндопротезирования: опубликованные исследования подтверждают, что применение системы для пациентов после замены суставов позволяет составить индивидуальный и эффективный план реабилитации, повышающий качество восстановления.

- Анатолий Васильевич, разработка не осталась на бумаге и уже успешно внедрена в практику?

- Да, в ходе проекта решены сопутствующие научно-технические и организационные задачи: проведено обучение медицинского персонала работе с новой системой, подготовлены методические рекомендации для врачей и пациентов, отработана интеграция программного обеспечения с медицинскими информационными системами центра, а также выполнена оценка экономической эффективности технологии (предварительный анализ показал снижение нагрузки на врачей-реабилитологов и сокращение затрат за счет уменьшения длительности лечения).

В качестве основного результата от реализации проекта уверенно прогнозируем социально значимый эффект в виде повышения качества и скорости реабилитации пациентов после травм и операций. Это приведёт к сокращению сроков восстановления трудоспособности, снижению риска осложнений и инвалидизации, улучшению качества жизни пациентов.

Внедрение результатов проекта позволит решить важную задачу здравоохранения – обеспечить доступную, персонализированную и контролируемую реабилитацию на базе отечественных технологий, что посбствует развитию цифровой медицины и укреплению технологического суверенитета в сфере медицинской реабилитации.

* * *

Авторский коллектив проекта «Разработка и внедрение комплексной системы персонализированной реабилитации на основе технологий компьютерного зрения и искусственного интеллекта для восстановления после травм опорно-двигательного аппарата, эндопротезирования суставов и протезирования конечностей» единодушно принял решение - премию в размере 400 тыс. руб. перечислить в фонд поддержки участников специальной военной операции, – землякам, воюющим в составе легендарной Ельнинской гвардейской дивизии.

Владимир Королёв,

собкор «МГ»,

Смоленск