В 2018 году Южно-Уральский государственный университет празднует 75-летний юбилей. Этот год также является значимым для Института спорта, туризма и сервиса ЮУрГУ, научная школа которого отмечает свое 20-летие.
Начало научного направления ?Перспективный инжиниринг в спорте и медицине? было заложено в 1998 году, когда в Челябинском государственном техническом университете (ныне ЮУрГУ) был создан факультет валеологии, физической культуры и спорта. Основоположником научной школы является Александр Исаев, доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры теории и методики физической культуры и спорта. В числе научных интересов Александра Петровича адаптация человека к экстремальным условиям среды, экологические и демографические проблемы Южно-Уральского региона, а также вопросы укрепления здоровья дошкольников и учащейся молодежи, моделирование адаптивных состояний человека в спорте, индивидуализация подготовки спортсменов и др. Особое внимание ученый уделяет физиологии и двигательной активности в экстремальных условиях, включающих как занятия спортом, так и различные заболевания. Теоретические разработки Александра Петровича стали фундаментальной основой развития научной школы. Под научным руководством профессора Александра Исаева было защищено более 70 кандидатских и докторских диссертаций.
Яркими представителями данной научной школы также являются директор Института спорта, туризма и сервиса, доктор биологических наук, доцент Вадим Эрлих; зав. кафедрой теории и методики физической культуры и спорта, доктор биологических наук, профессор Анна Ненашева, зав. кафедрой спортивного совершенствования, кандидат биологических наук, доцент Альберт Аминов, директор Научно-исследовательского центра спортивной науки, кандидат биологических наук, доцент Виталий Епишев.
?В рамках научной школы развиваются следующие направления: "Устройства для диагностики и коррекции биомеханики", "Роботизированные реабилитационные комплексы", "Перспективные разработки для ЭКГ-мониторинга", а также "Методики повышения работоспособности с использованием виртуальной реальности". Они направлены, в первую очередь, на создание конечного научно-технического продукта. Наличие в Институте спорта, туризма и сервиса обширной приборной базы позволяет идеям перерастать в исследования, продуктом которых в конечном итоге становится прототип определенного прибора или устройства?,?― отмечает директор Научно-исследовательского центра спортивной науки Виталий Епишев.
Бесконтактная регистрация ЭКГ сигнала может проводиться круглые сутки
За все время представителями научной школы было реализовано значительное количество уникальных проектов. Среди них?― системы непрерывной, бесконтактной или псевдоконтактной регистрации ЭКГ. Учеными разработана технология регистрации ЭКГ-сигнала бесконтактным способом при помощи медных электродов, расположенных в обшивке кресла, и псевконтактным способом при помощи токопроводящей ткани и нитей, вшитых в изделие (футболки, подушки, матрацы, ортопедические средства).
В настоящее время разработаны прототипы регистраторов ЭКГ, проводится сравнительная оценка качества и точности сигнала ЭКГ-футболки из уникальной токопроводящей ткани. С ее помощью осуществляется съем сигнала, а через токопроводящие нитки он передается в ЭКГ-регистратор. Также создан прототип ЭКГ-кресла (например, водителя грузовика) где сигнал снимается бесконтактным способом: медные пластины, расположенные особым образом и вшитые в обшивку, позволяют передавать сигнал ЭКГ на регистратор. Кроме того, созданы прототипы ЭКГ-ортопедических средств, ЭКГ-подушек и матрацев, которые могут контролировать ЭКГ во сне у пожилых людей, больных и младенцев.
Сегодня становится возможным регистрировать ЭКГ круглые сутки в течение долгового времени, что определило дальнейшее фундаментальное направление исследований?― создание теории о существовании для каждого человека оптимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС) с точностью до 1–2 уд/мин. Оно будет вестись совместно с учеными из Германии.
.jpg)
Фото: Подушки для бесконтактного мониторинга ЭКГ и сердечного ритма
Система диагностики плоскостопия и разработка ?умных? стелек
Также ЮУрГУ запатентована первая в мире технология изготовления индивидуальных силиконовых ортопедических стелек, находящаяся на стадии коммерциализации. Сегодня FizioStep продается более чем в 20 городах России, а также в Казахстане и Кыргызстане. Ключевое преимущество FizioStep заключается в материале и конструкции стелек: силикон и ламели не ограничивают естественную подвижность стопы и при этом позволяют восстанавливать амортизационную функцию. Плюсом является также процедура изготовления: стелька вставляется в корректирующее устройство, человек наступает, формируется ?слепок? стопы под нагрузкой. Время изготовления составляет около 20 минут.
FizioStep?― это также система диагностики плоскостопия и оценка нарушений биомеханики движения: фактически оценивается стопа, а также степень ее влияния на травматизм и эффективность физической активности (например, бега). В отличие от аналогичных продуктов, FizioStep позволяет не только снижать ударную нагрузку на стопу, но и лечить плоскостопие.
Фото: FizioStep
Кроме того, сегодня учеными разрабатывается стелька с ?умными? датчиками, или smart-стелька. Она будет регистрировать положение стопы при ходьбе или беге и посылать информацию на смартфон, корректируя ошибки. С помощью датчиков станет возможным диагностирование и прогнозирование смещения коленного и тазобедренного суставов, изменений физиологических изгибов позвоночника, которые зачастую являются следствием нарушения биомеханики ходьбы и бега. Исключение патологических поз с помощью ?умной? стельки позволит предупредить многие заболевания. Продукт станет средство лечения с обратной связью.
Роботизированные реабилитационные устройства с функцией ?зеркальной терапии? и голосовые протезы
Следующим важным проектом является создание роботизированных реабилитационных устройств, обладающих функцией ?зеркальной терапии?. Уже сегодня созданы прототипы для верхних и нижних конечностей. Суть методики заключается в следующем: например, после инсульта у человека парализована одна рука. На здоровой руке размещаются датчики, а парализованная помещается в устройство. Сигнал о движении здоровой руки передается на устройство, которое в точности копирует это движение. Также есть возможность программирования движений.
Уникальность реабилитационного устройства для нижних конечностей заключается в том, что оно позволяет задействовать в процессе восстановления все суставы: тазобедренный, коленный и голеностопный. Устройство применимо не только для реабилитации после серьезных травм, но также в обучении ходьбе детей с диагнозом ДЦП. Кроме того, оно может найти применение в оптимизации техники спортсменов и, как следствие, в улучшении спортивных результатов за счет использования инновационных методов тренировок.
Направление ?Перспективный инжиниринг в спорте и медицине? включает еще один интересный проект, целью которого стало решение проблемы восстановления голоса после удаления гортани. Сегодня в ЮУрГУ создаются отечественные трахеостомы и голосовые протезы, стоимость которых значительно меньше зарубежных аналогов. В рамках проекта уже созданы 3D-модели конечных изделий и формы для заливки пищевого силикона. На стереолитографическом 3D-принтере Научно-исследовательского центра спортивной науки ЮУрГУ изготовлен прототип изделия, который будет проходить клинические испытания в Челябинском областном центре онкологии и ядерной медицины.
.jpg)
.jpg)
Фото: Устройство для реабилитации пациентов с травмами ног; модель голосового протеза из силикона
Прогнозирование заболеваний по термографической карте и виртуальные технологии в спорте
С появлением в центре спортивной науки ЮУрГУ специального оборудования?― тепловизора, создающего термографическую карту тела человека, и анализатора состава тела?― стартовал проект ?Разработка устройств и методов неинвазивной диагностики состояния человека на основе термографических параметров?. Сопоставление термографической карты тела и данных его компонентного состава, а также использование методов математического анализа позволят определять компонентный состав при помощи измерения температуры в определенных сегментах тела (верхние, нижние конечности и туловище). Методика позволит определить соотношение тканей в организме и определять, что человек потенциально подвержен определенным заболеваниям. С помощью такого прибора, как тепловизор, можно выявить различные отклонения в здоровье на ранней стадии.
Фото: Тепловизор Baltech, создающий термографическую карту тела человека
?Нами также исследуется взаимосвязь физической работоспособности, максимального потребления кислорода и температуры в области грудной клетки и головы. Мы хотим ответить на вопрос: если температура тела является интегральным параметром скорости обмена веществ, можно ли дозировать физическую нагрузку по температуре тела, а не по данным пульса? В случае успешных исследований будет создан прибор и методика тренировок с использованием данных о температуре тела?,?― рассказывает Виталий Епишев.
Одно из новых направлений деятельности представителей научной школы ИСТиС?― ?Виртуальные технологии в спорте?. Сейчас проводятся исследования о влиянии определенного видеоряда на психофункциональное состоянием спортсменов и их работоспособность. В дальнейшем, помимо разработки модели управления состоянием спортсменов при помощи VR-технологий, планируется установка локализации тех участков головного мозга, на которые необходимо воздействовать, например, для формирования оптимального стартового состояния.
За время существования научной школы ?Перспективный инжиниринг в спорте и медицине? было создано значительное число уникальных продуктов, применимых для диагностирования и прогнозирования различных заболеваний, а также для улучшения спортивных результатов; в настоящее время реализуются новые проекты. Сегодня научная школа Института спорта, туризма и сервиса успешно развивает новые направления исследований.