Интеграция виртуальной реальности на основе 3D-игровой среды с роботизированным экзоскелетом для когнитивно-моторной реабилитации: Архитектура и реализация 3D VR системы
DOI:
https://doi.org/10.52889/1684-9280-2026-77-1-jto036Ключевые слова:
виртуальная реальность, двигательные навыки, реабилитация, ходьба, экзоскелетыАннотация
Цель исследования: техническая валидация иммерсивной платформы реабилитации на основе виртуальной реальности, интегрирующей трехмерные игровые среды с роботизированным экзоскелетом нижних конечностей и системой беговой дорожки для педиатрической когнитивно-моторной реабилитации.
Методы. Иммерсивная виртуальная среда на основе носимого дисплея была разработана по модульному принципу. Платформа включает несколько культурно адаптированных интерактивных реабилитационных сред со стандартизированными механизмами взаимодействия и синхронизацией движения с беговой дорожкой. Реализован двусторонний интерфейс связи между виртуальной системой и роботизированным экзоскелетом нижних конечностей, обеспечивающий согласованность механически ассистированного шага с виртуальными задачами. Реабилитационные сценарии построены по принципу двойной задачи, сочетающей непрерывную ходьбу с когнитивными заданиями на принятие решений. Система включает механизмы мониторинга безопасности, адаптивные режимы поддержки и регистрацию параметров шага, точности выполнения заданий, навигационных ошибок и показателей завершения задач. Все данные сохраняются в стандартизированном формате для последующего статистического анализа и клинических исследований.
Результаты. Были реализованы 5 интерактивных реабилитационных сред и более пятидесяти интерактивных объектов. Обеспечена стабильная синхронизация скорости беговой дорожки и виртуального движения в диапазоне от ноль целых одна десятая до двух метров в секунду. Режимы поддержки экзоскелета функционировали стабильно в зависимости от условий движения. Мониторинг безопасности позволил осуществлять непрерывный контроль процесса реабилитации. Платформа формирует стандартизированные массивы данных, включающие параметры походки, точность выполнения заданий, количество ошибок и время выполнения.
Выводы. Разработанная платформа виртуальной реальности представляет собой структурированную и масштабируемую основу для исследований в области когнитивно-моторной реабилитации детей с ортопедической и нейро-ортопедической патологией. Модульная архитектура обеспечивает безопасную интеграцию с роботизированными устройствами, индивидуальную адаптацию задач и стандартизированный сбор клинических данных. Система готова к проведению пилотных и рандомизированных контролируемых клинических исследований.
Библиографические ссылки
1. Winter, C., Kern, F., Gall, D., Latoschik, M. E., Pauli, P., & Käthner, I. (2021). Immersive virtual reality during gait rehabilitation increases walking speed and motivation: A usability evaluation with healthy participants and patients with multiple sclerosis and stroke. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 18(1), 68. https://doi.org/10.1186/s12984-021-00848-w
2. Fung, J., Richards, C. L., Malouin, F., McFadyen, B. J., & Lamontagne, A. (2006). A treadmill and motion coupled virtual reality system for gait training post-stroke. CyberPsychology & Behavior, 9(2), 157–162. https://doi.org/10.1089/cpb.2006.9.157
3. Cano Porras, D., Siemonsma, P., Inzelberg, R., Zeilig, G., & Plotnik, M. (2018). Advantages of virtual reality in the rehabilitation of balance and gait: Systematic review. Neurology, 90(22), 1017–1025. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000005603
4. Laver KE, Lange B, George S, Deutsch JE, Saposnik G, Crotty M. Virtual reality for stroke rehabilitation. Cochrane Database Syst Rev. 2025;6:CD008349. https://doi.org/10.1002/14651858.CD008349.pub5
5. Levin MF, Weiss PL, Keshner EA. Emergence of virtual reality as a tool for upper limb rehabilitation. Phys Ther. 2015;95(3):415–425. https://doi.org/10.2522/ptj.20130579
6. Howard MC. A meta-analysis and systematic review of virtual reality rehabilitation programs. Comput Human Behav. 2017;70:317–327. https://doi.org/10.1016/j.chb.2017.01.013
7. Lefeber N, Swinnen E, Kerckhofs E. Virtual reality applications in clinical gait rehabilitation: systematic review. Gait Posture. 2021;86:45–55. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2021.02.028
8. Shah SH, Karlsen AS, Solberg M, Hameed IA. A social VR-based collaborative exergame for rehabilitation. Virtual Reality. 2023;27(4):3403–3420. https://doi.org/10.1007/s10055-022-00721-8
Trauma & Ortho Kaz, 2026, 77 (1)
https://doi.org/10.52889/1684-9280-2026-77-1-jto036
9. Schalbetter L, Grêt-Regamey A, Gutscher F, Wissen Hayek U. High-fidelity immersive VR environments for gait rehabilitation exergames. Front Virtual Real. 2025;5:1502802. https://doi.org/10.3389/frvir.2024.1502802
10. Lee MC, Chen CC, Pan CT. Multimodal sensor-integrated lower limb exoskeleton with digital twin framework for real-time gait rehabilitation. IEEE Trans Instrum Meas. 2026. https://doi.org/10.1109/TIM.2026.3654715
11. Gil-Agudo Á, Megía-García Á, Pons JL, Sinovas-Alonso I, Comino-Suárez N, Lozano-Berrio V, Del-Ama AJ. Exoskeleton-based training improves walking independence in incomplete spinal cord injury patients: results from a randomized controlled trial. Journal of neuroengineering and rehabilitation. 2023 Mar 24;20(1):36. https://doi.org/10.1186/s12984-023-01158-z
12. Mehrholz J, Thomas S, Werner C. Electromechanical-assisted training for walking after stroke. Cochrane Database Syst Rev. 2020;10:CD006185. https://doi.org/10.1002/14651858.CD006185.pub5
13. Decker G, Hunt D. Proximal iliotibial band syndrome in a runner: a case report. PM&R. 2019 Feb;11(2):206-9. https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2018.06.017
14. Gil-Gómez JA, Lloréns R, Alcañiz M, Colomer C. Effectiveness of a Wii balance board-based system (eBaViR) for balance rehabilitation: a pilot randomized clinical trial in patients with acquired brain injury. Journal of neuroengineering and rehabilitation. 2011 May 23;8(1):30. https://doi.org/10.1186/1743-0003-8-30
15. Dollar AM, Herr H. Lower extremity exoskeletons and active orthoses: challenges and state of the art. IEEE Trans Robot. 2008;24(1):144–158. https://doi.org/10.1109/TRO.2008.915453
16. De Rooij IJM, van de Port IGL, Meijer JWG. Effect of virtual reality training on balance and gait ability in stroke patients: systematic review. Phys Ther. 2016;96(12):1905–1918. https://doi.org/10.2522/ptj.20160054
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
