Jak roboty pomagają w rehabilitacji osób po udarach, urazach rdzenia kręgowego i z chorobami neurodegeneracyjnymi

Od Iron Mana Jako student Politechniki Śląskiej stworzył pan egzoszkielet kończyny górnej i dolnej. Czy to były te pierwsze kroki rozpoczynające drogę do stworzenia robota rehabilitacyjno-diagnostycznego Luna EMG?

Pierwotnie chciałem stworzyć całkowicie innego robota… Moim pierwszym kierunkiem studiów była automatyka i robotyka. W 2008 r., gdy przygotowywałem się do pracy magisterskiej, w kinach akurat pokazywano „Iron Mana”. A ja wówczas byłem zaangażowany w projekty dotyczące obronności i techniki wojskowej. Bardzo mi zależało, żeby moja praca była maksymalnie użyteczna. Tak właśnie pojawił się pomysł: „Zróbmy Iron Mana”. Tyle że już na samym początku powstał problem związany z systemami sterowania egzoszkieletami. Potrzebne były specjalne sześcioosiowe czujniki siły i momentu – coś, co byłoby w sam raz do konstrukcji Iron Mana. Były to jednak bardzo drogie urządzenia – jeden kosztował 10 tys. euro, a potrzebne były mi cztery. Jak wiadomo, budżet studenta jest raczej skromny, toteż wydatek ponad 160 tys. zł był poza moim zasięgiem. Musiałem więc znaleźć jakiś inny, tańszy, sposób sterowania egzoszkieletem.

I wtedy wpadł Pan na pomysł połączenia elektromiografii, czyli badania pobudliwości mięśni, z urządzeniem robotycznym?

Tak, właśnie pojawiła się elektromiografia, którą można obrazowo opisać jako odczytywanie intencji ruchu powstającej w mózgu z powierzchni skóry; odczytywanie i interpretacja aktywności elektrycznej naszych mięśni. Jakkolwiek elektromiografia nie byłaby wystarczająco silnym sygnałem do sterowania Iron Manem, ale do oceny unerwienia, intencji ruchu, wzmacniania połączeń nerwowo-mięśniowych czy siły mięśniowej okazała się idealna. I wtedy też zmieniło się nasze nastawienie. Przestaliśmy dążyć do zrobienia projektu związanego z wojskowością, ponieważ okazało się, że mamy sygnał, który może być efektywnie wykorzystywany w rehabilitacji, fizjoterapii i do pomocy osobom niepełnosprawnym.

Moment, w którym podpiąłem do egzoszkieletu pierwszych pacjentów, tj. np. z dystrofią mięśniową Duchenne’a; osoby niepełnosprawne, które nie były w stanie podnieść kończyn, a które dzięki elektromiografii mogą znów zacząć się ruszać i, co za tym idzie, prowadzić rehabilitację ruchową z pomocą robota, był przełomowy w moim życiu. Zdałem sobie sprawę, że trzeba temu zagadnieniu w pełni się poświęcić i sprawić, aby ta technologia była pomocna dla jak największej liczby ludzi.

Dla jakich pacjentów są przeznaczone wytwarzane przez EGZOTech roboty?

Dla osób po udarach – stanowią największą grupą pacjentów rehabilitujących się na naszych robotach; osób po urazach rdzenia kręgowego; osób z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak np. stwardnienie rozsiane, rdzeniowy zanik mięśni. Generalnie nasze roboty sprawdzają się w rehabilitacji pacjentów ze schorzeniami bądź po urazach powodujących zmniejszenie siły mięśniowej lub osłabienie unerwienia.

Co daje pacjentowi elektromiografia? Jakie korzyści z jej wykorzystania w robocie rehabilitacyjnym płyną dla pacjenta?

Przykładowy pacjent z tymi schorzeniami, czyli po udarze, urazie rdzenia kręgowego czy z chorobami neurodegeneracyjnymi, ma w większości przypadków na tyle niską siłę mięśniową, że nie jest w stanie samodzielnie wykonać ruchu. Jest wiotki, czasem leży na łóżku, czasem siedzi na wózku inwalidzkim, i nie jest w stanie samodzielnie wyzwolić ruchu. Bardzo często tacy pacjenci są błędnie diagnozowani jako odnerwieni. Czyli jeśli manualnie sprawdzamy, czy dochodzi do skurczu mięśniowego, i go nie wyczuwamy – to pacjent jest poddawany biernej rehabilitacji. Bierzemy kończynę pacjenta i wykonujemy za niego ruch. Takie działanie nie jest jednak skuteczne, nie przybliża do powrotu do zdrowia, nie stymuluje budowania połączeń nerwowych ani odbudowy siły mięśniowej. Po prostu taka terapia jest nieefektywna.

Natomiast dobry fizjoterapeuta, wykorzystując urządzenia z elektromiografią, może wykryć – i w tym jest właśnie ta przełomowość – intencję ruchu pacjenta. Elektromiografia wykrywa najdrobniejszą depolaryzację włókien mięśniowych przez potencjał czynnościowy motoneuronu. Czyli jest to sygnał, który biegnie z naszej kory mózgowej poprzez nerwy do rdzenia kręgowego i następnie do mięśni. I właśnie ten sygnał elektryczny, trafiając do mięśnia, może zostać bardzo precyzyjnie odczytany z powierzchni skóry bardzo czułym miernikiem napięcia elektrycznego. W efekcie jesteśmy w stanie odczytać intencję ruchu znacznie wcześniej, niż gdybyśmy próbowali zrobić to manualnie. I w momencie, w którym ta intencja ruchu się pojawia, nasz robot rehabilitacyjny wykonuje ruch pacjenta. Co bardzo istotne, robi to wyłącznie wtedy, gdy pacjent jest zaangażowany, czyli gdy jego mózg wysyła sygnał ruchu. Dlaczego to jest kluczowe? Jeśli pacjent angażuje się, napina mięśnie, wówczas możemy być pewni, że dochodzi do czynności mięśnia, która przy ruchu manualnym, biernym nie zachodzi.

Dlaczego zaangażowanie pacjenta jest tak ważne?

Ludzki układ nerwowy jest bardzo neuroplastyczny, ma wręcz niesamowite możliwości odbudowy. Czyli nawet po urazie rdzenia kręgowego czy po udarze pacjent naprawdę może wracać do zdrowia. Tyle że neuroplastyczność zachodzi wyłącznie wtedy, gdy pacjent ją samodzielnie wyzwala, kiedy się angażuje w proces rehabilitacji.

Aby powrót utraconej funkcji był możliwy, a rehabilitacja skuteczna, musi zostać spełnionych kilka warunków: dochodzić do skurczu mięśniowego, do dużej liczby powtórzeń ruchu i do zmiany pozycji kończyny podczas wyzwalanego skurczu mięśniowego. Czyli nie wystarczy napinać mięśnie – one muszą poruszać kończyną. To daje najlepsze wyniki we wspomaganiu neuroplastyczności i odbudowy układu nerwowego.

Jak działa Luna? Proszę opisać działanie tego robota.

Luna EMG jest urządzeniem, które wspomaga kończynę pacjenta. Kiedy za pomocą elektromiografii wykrywany jest sygnał nerwowo-mięśniowy, robot dzięki wbudowanemu silnikowi elektrycznemu wykonuje ruch razem z pacjentem, wspomaga go. Stopniowo w trakcie rehabilitacji można dodawać obciążenia, zwiększać trudność wykonywania ruchu, przez co pacjent musi coraz mocniej angażować się w rehabilitację, dawać z siebie coraz więcej – a dzięki temu wracać do zdrowia, budując siłę mięśniową.

Jak działają i w jakich schorzeniach są pomocne roboty?

W EGZOTech opracowaliśmy trzy roboty rehabilitacyjne: Luna EMG, Sidra LEG i Meissa OT oraz elektromiograf z elektrostymulacją o nazwie Stella BIO.

Luna EMG ma wymienne końcówki – to te elementy, do których pacjent jest przypinany. Dzięki temu Luna może służyć do rehabilitacji kończyn górnych: barku, łokcia, nadgarstka, a także dolnych: biodra, kolana, kostki. Można też dodać kierownicę – wówczas realizujemy ruch obiema kończynami. Luna to nasze najbardziej uniwersalne urządzenie – jest przeznaczone dla ośrodków rehabilitacyjnych, w których lekarze czy fizjoterapeuci chcą mieć możliwość pracy z dowolnym stawem. Jest przeznaczona dla każdego typu pacjenta i jednocześnie jest naszym flagowym produktem. To najpopularniejszy robot rehabilitacyjny w Polsce. Tych robotów jest w kraju ponad 200 i ponad 400 na świecie.

Sidra LEG to bardzo podobny robot, jeżeli chodzi o funkcjonalność, de facto dodatkowo można nim przeprowadzać elektrostymulację, czyli pobudzać aktywację mięśni elektrycznie. Jest przeznaczony tylko do kończyny dolnej – czyli jest szyną, która generuje ruch zginania i prostowania nogi, z osobnym silnikiem sterującym ruchem kostki, kolana bądź biodra.

Meissa OT – to urządzenie przeznaczone do terapii zajęciowej kończyny górnej, w szczególności ręki, do ćwiczenia różnego rodzaju chwytów oraz ruchów funkcjonalnych ręki.

Z kolei Stella BIO to sam elektromiograf z elektrostymulacją, czyli niewielkich rozmiarów urządzenie, które możemy włożyć do kieszeni spodni. Można z niego korzystać w domu i ma szerokie zastosowanie: rehabilitacja po udarach, urazach rdzenia kręgowego czy też pacjentów z neurodegeneracją. Jednym z wskazań są również schorzenia urologiczne, takie jak nietrzymanie moczu lub kału.

Problem nietrzymanie moczu dotyczy kobiet, a także ogólnie osób starszych, w znacznym stopniu obniżając jakość życia. Jak może pomóc im Stella?

Ten problem dotyczy ponad 50 proc. społeczeństwa powyżej 55 r. ż., w szczególności kobiet, ale również mężczyzn np. po prostatektomii. Urządzenie można stosować zarówno w wysiłkowym nietrzymaniu moczu, jak i nietrzymaniem związanym z rozluźnieniem mięśni spowodowanym starzeniem się organizmu. Jest wyposażone w elektrody wewnętrzne – dopochwowe bądź doodbytnicze, które wprowadza się do ciała. Elektrody te monitorują skurcz mięśnia wewnętrznego – w ten sposób można zdiagnozować intencję bądź rzeczywisty skurcz mięśniowy dna miednicy. Podobnie jak w przypadku pozostałych grup pacjentów, zwiększając intensywność ćwiczeń, wymagając od nich większego zaangażowania – dłuższego napięcia mięśni lub napięcia ich z większą siłą, można za pomocą urządzenia budować siłę mięśniową dna miednicy oraz siłę i objętość mięśniową zwieraczy: cewki moczowej czy odbytu.

Co o Pana urządzeniach mówią lekarze medycyny fizykalnej i fizjoterapeuci?

Opinie są bardzo przychylne. Mamy dziś ponad 200 pozytywnych referencji od naszych klientów z całego świata. Otrzymaliśmy 38 nagród oraz wyróżnień, krajowych i międzynarodowych – ostatnio np. odebraliśmy nagrodę Polskiego Towarzystwa Rehabilitacji za najbardziej innowacyjny sprzęt do rehabilitacji (tytuł dla robota Sidra LEG). Wielu klientów do nas wraca z zamiarem zakupienia drugiego i kolejnego urządzenia lub rozszerzenia swojego portfolio o pozostałe urządzenia. Mamy pacjentów, którzy po 15 latach od urazu rdzenia kręgowego, po latach bezskutecznej terapii, rozpoczynają rehabilitację na Lunie EMG. Wkrótce okazuje się, że są w stanie budować neuroplastyczność, zwiększają siłę mięśniową, koordynację ruchową kończyny, z pełnej wiotkości zaczynają dochodzić do sztywności i stopniowo do ruchu. To zasługa fizjoterapeutów i lekarzy, którzy posiłkują się naszymi urządzeniami w walce o jeszcze lepsze rezultaty kliniczne rehabilitacji.

Z raportu „Barometr Zawodów 2023” wynika, że fizjoterapeuci to jeden z najbardziej deficytowych zawodów w Polsce. Kolejki do świadczeń „na NFZ” są bardzo długie. Jak do Pana robotów podchodzą fizjoterapeuci? Czy traktują je jako pomocne narzędzie, czy też uważają, że te urządzenia – przynajmniej częściowo – odbierają im chleb?

Nasze urządzenia nie zastępują i nigdy nie zastąpią fizjoterapeutów lub lekarzy. To, co im umożliwiają, to osiągnięcie lepszych rezultatów pracy w krótszym czasie. Wielu fizjoterapeutów obawiało się, że jeśli ich placówka kupi robota, to w rezultacie może zwolnić część personelu, by zmniejszyć koszty. Nic takiego się nie wydarzyło. Łącznie naszych urządzeń jest już ponad 800 na całym świecie – osobiście nie spotkałem się z przypadkiem zwolnienia osoby w wyniku zakupu urządzenia. Nie tędy droga. Ci fizjoterapeuci, którzy pracują z naszymi urządzeniami, nie są w jakikolwiek sposób zagrożeni utratą pracy, a wręcz przeciwnie – zyskują lepsze możliwości pomocy pacjentom, a w rezultacie, lepsze perspektywy zarobkowe.

Są ośrodki, które posiadają wiele naszych urządzeń – np. Szpital w Rybniku czy Szpital im. Grucy pod Warszawą. To świetne przykłady na to, że fizjoterapeuta, który pracował w systemie jeden na jeden z pacjentem, mając więcej dostępnych zrobotyzowanych urządzeń do rehabilitacji, jest w stanie pracować z kilkoma pacjentami jednocześnie. Może nadzorować ich terapię, wyznaczać jej przebieg, dobierać optymalne parametry, czyli w skrócie: zapewniać pacjentom najlepszą możliwą opiekę. Fizjoterapeuta czy lekarz rehabilitacji pracuje wtedy intelektualnie, merytorycznie, a nie fizycznie.

Na całym świecie roboty coraz bardziej wkraczają do medycyny. Gorzej jest z komercjalizacją. Dlaczego polskich robotów medycznych jest tak mało?

Roboty medyczne, w tym roboty rehabilitacyjne i de facto sprzęt medyczny, są znacznie trudniejsze w realizacji komercyjnej, biznesowej niż np. oprogramowanie; znacznie trudniej stworzyć start-up czy firmę, która je opracowuje, produkuje i serwisuje i zarazem jest dochodowa. W przypadku oprogramowania nie ma ścisłych wymagań formalnych i prawnych, które muszą zostać spełnione, aby wdrożyć i wprowadzić produkt na rynek. Tymczasem w branży medycznej uzyskanie certyfikacji medycznej (innej w każdym kraju) jest warunkiem wstępnym i koniecznym do dalszej działalności.

W samej Europie należy spełnić wymagania określone w rozporządzeniu MBR, co może kosztować 50-200 tys. zł. Są wyśrubowane wymogi bezpieczeństwa – w przypadku sprzętu mechanicznego jest ich bardzo dużo, tak więc testy laboratoryjne i testy bezpieczeństwa mogą kosztować kolejne 20-70 tys. zł. Ponadto obowiązują wymogi biozgodności (np. badanie reakcji alergicznych, kiedy pacjent jest np. podpinany do sprzętu), co może kosztować jeszcze więcej, nawet 160 tys. zł. Dodatkowo, cały proces certyfikacji pochłania ogromną ilość czasu – badania biozgodności mogą trwać 8-12 miesięcy, certyfikacja 12-24 miesiące. Badania bezpieczeństwa elektrycznego, kompatybilności elektromagnetycznej, mechanicznej trwają najkrócej, bo od 1,5 miesiąca do 9 miesięcy. To wszystko trzeba wykonać, zanim zaczniemy jakiekolwiek działania marketingowe, ofertowanie i zanim zaczniemy pracować z pacjentami. Nie powinniśmy pracować z nimi i sprawdzać, czy dana terapia będzie działać, na sprzęcie demonstracyjnym, niecertyfikowanym, potencjalnie niebezpiecznym, potencjalnie niebiozgodnym. Wiele start-upów medycznych ma problem ze znalezieniem finansowania na ten okres kilku lat, zanim dojdzie do skonfrontowania produktu z rynkiem.

Sam proces handlowy jest bardzo skomplikowany. Trzeba wiedzieć, jak handluje się sprzętem medycznym, jakie są sposoby refundacji, kto to będzie kupował – fizjoterapeuta, lekarz, szpital, Ministerstwo Zdrowia, czy też ubezpieczyciel. Tak więc nawet jeżeli są naukowcy, którzy posiadają wiedzę techniczną lub medyczną, niezbędną, aby opracować dane urządzenie, to zawsze pojawia się pytanie, czy mają oni też odpowiednią wiedzę sprzedażową, która pozwoli im przewidzieć, czy po trzech latach badań i rozwoju oraz wydaniu kilku milionów złotych wprowadzą na rynek coś, co klienci zechcą w ogóle zakupić.

Biorąc pod uwagę wszystkie wymienione czynniki, okazuje się, że jest to bardzo wąska i trudna branża, znacznie trudniejsza niż oprogramowanie, czy budowa sprzętu, a przecież w funduszach inwestycyjnych mówi się „Hardware is hard” („sprzęt jest trudny”). A dodatkowo jest to medyczny hardware, który ma trudności certyfikacyjne, handlowe – trzeba być naprawdę ekspertem niejako od wszystkiego, żeby mieć szansę na samo pojawienie się na rynku. Pamiętajmy, że szansa na przetrwanie start-upu jest niska – szacuje się, że założyciele start-upów mają 17 proc. szans na sukces w wehikule Google Ventures, który zajmuje się start-upami związanymi z oprogramowaniem. Jeśli więc mamy 17 proc. szans na sukces w dziedzinie produkcji oprogramowania, to o ile mniej mamy szans, jeśli jest to certyfikowany sprzęt medyczny ze specyficznym modelem handlowym?!

Panu się udało…

Jestem ekspertem Komisji Europejskiej, pracuję ze start-upami, którym przyznajemy finansowanie. Tłumaczę im, że sukces trzeba przygotować, że aby za trzy lata go osiągnąć, już na starcie trzeba rozmawiać z klientami, poznawać ich potrzeby, poznawać rynek. Produkt musi odpowiadać na potrzeby jego odbiorców – to nie może być produkt dla samego produktu, wszystko musi spinać się finansowo.