Любое вмешательство в организм человека всегда сопровождается определенной долей риска, ведь даже самая, казалось бы, простая манипуляция может привести к осложнениям. Современные научные разработки позволяют существенно минимизировать возможные негативные последствия. Одну из таких новинок – «Систему предоперационного планирования с биомеханической поддержкой SmartPlan Orto» – создали ученые лаборатории системы поддержки принятия врачебных решений при образовательно-научном институте наноструктур и биосистем СГУ.
Она должна стать незаменимым помощником хирургов, травматологов и ортопедов.
Вернуть позвонкам зелёный цвет
Программный продукт «Система предоперационного планирования с биомеханической поддержкой SmartPlan Orto» родился на стыке сразу нескольких научных направлений: это и медицина, и кибернетика, и сопромат в применении к живым организмам. Разработка софта заняла три года, в проекте были задействованы все сотрудники лаборатории, а их более 20 человек. Соисполнителем проекта выступил Саратовский медуниверситет в лице института травматологии и ортопедии нейрохирургии, специалисты которого консультировали коллег из СГУ и помогали с реализацией медицинской части платформы. Реализация проекта осуществлялась при поддержке федерального Фонда перспективных исследований. Отметим, что достижение значимых результатов научно-технического развития и повышение привлекательности отечественной науки относятся к целям национального проекта «Наука и университеты».
– В стране более 400 крупных клиник, где выполняют операции на позвоночнике и операции по эндопротезированию суставов, – рассказала заведующая лаборатории систем поддержки принятия врачебных решений Ирина Кириллова. – Все они – наши потенциальные потребители. Для успешного продвижения на рынок мы предложим более привлекательные ценовые условия, нежели у иностранного продукта. При этом наш функционал значительно богаче, плюс понятный интерфейс и русский язык.
Уже сегодня функционал программы, созданной в СГУ, поражает воображение, ведь благодаря ей план будущей операции можно увидеть даже в смартфоне, если в нем, конечно, установлен саратовский софт. А начинается планирование хирургического вмешательства с того, что пациенту делают рентгенограмму или компьютерную томограмму, которая загружается в программу. –
Хирург корректирует изображение в удобном для себя ракурсе, – разъясняет Дмитрий Иванов, доцент кафедры математической упругости и биомеханики СГУ, руководитель направления биомеханического моделирования лаборатории систем поддержки принятия врачебных решений. – Затем, чтобы понять уровень патологии, проводится анализ степени повреждения. То есть необходимо установить, например, как перелом того или иного позвонка повлиял на анатомию позвоночника, насколько геометрические параметры отклонились от нормы.
В каждом случае планирование персонифицировано, поскольку для конкретного пациента все значения рассчитываются индивидуально, в чем опять-таки помогает софт Саратовского госуниверситета. –
Один параметр у человека не меняется в течение всей его жизни, он характеризует наклон крестца, – сообщает Дмитрий Валерьевич. – Через него пересчитываются все остальные значения, уникальные для каждого пациента. Не отклоняющиеся от нормы параметры программа высвечивает зеленым цветом. Измененные участки окрашиваются в зависимости от степени повреждения в желтые и красные цвета, при этом рядом указываются оптимальные значения, которые должны быть у человека. Таким образом врач сразу видит, на каком уровне и какого объема коррекцию необходимо провести при операции.
На следующем этапе хирург может непосредственно в программе скорректировать приобретенную деформацию, разрезав с помощью определенных инструментов рентгенограмму, а также повернув или подвинув ее элементы. То есть специалист проводит своего рода виртуальную операцию, добиваясь, чтобы измененные параметры пришли в норму и «позеленели».
Продолжить планирование операции врач может с использованием шаблонов имплантатов, расставляя их на изображении. В соответствии с анатомией данного пациента он изучает, какого производителя и какого количества ему требуются инородные устройства, фиксирующие конструкции, а также имплантаты какой длины подойдут лучше, под каким углом их оптимальнее разместить.
– По завершении планирования хирург сохраняет в базу данных отчет о проведенной виртуальной операции и приступает к подготовке реального вмешательства: заказывает нужные имплантаты, заносит всю информацию в историю болезни и так далее, – добавляет Дмитрий Иванов.
Индивидуальная проверка на прочность
Все вышеперечисленные манипуляции относятся к геометрическому планированию, которое могут выполнять и другие системы. Данный этап известен и в России, и за рубежом. Уникальность данного продукта в том, что впервые в мире предоперационное планирование дополнено биомеханической поддержкой решения врача и прогнозированием результатов лечения. –
Известно, что перед изготовлением любой конструкции проводится ее расчет на прочность, – анонсирует разработку саратовский ученый. – Например, при производстве автомобиля рассчитывается прочность различных узлов и агрегатов, насколько они способны выдерживать нагрузки. Очевидно, что для металлических или композитных конструкций, имплантируемых в человека, тоже необходимо рассчитывать прочность.
У каждого человека кости имеют различную степень жесткости: у кого-то скелет пребывает в отличном состоянии, у других его разрушают болезни, такие как остеопороз.
Соответственно, заранее неизвестно, как тот или иной имплантат может повести себя в организме. Понятно, что устанавливаемые конструкции скрепляют обломки, дают требуемую стабилизацию. Тем не менее, для корректировки одной и той же деформации возможны несколько вариантов лечения: например, можно поставить четыре винта или шесть. К тому же бывают сложные случаи, когда с ходу нельзя определить, какая стратегия вмешательства с точки зрения прочности конструкции будет наилучшей. – Соответственно, мы разработали модуль биомеханического моделирования, позволяющий оценить стабильность фиксации, срок службы имплантатов, прочность конструкции, – добавляет Дмитрий Валерьевич. – Пациенту делается компьютерная томография, система с помощью нейросети автоматически распознает тела позвонков. Врачу достаточно загрузить снимки, и он может в эти позвонки установить имплантаты из той же базы данных: штанги, винты и другие. И затем с учетом прочности конструкции хирург сравнивает варианты лечения и выбирает наиболее подходящий для конкретного пациента. То есть мы предлагаем дополнительный инструмент количественной оценки вариантов лечения для обоснования выбора успешной операции.
Программа разработана таким образом, чтобы с ней могли работать врачи, она не требует присутствия программиста.
– К каждому хирургу инженера не поставишь, – улыбается доцент СГУ. – Инструмент должен быть простым и понятным, чтобы врач мог самостоятельно провести планирование и моделирование. Естественно, в каждом случае это не требуется, только в нестандартных ситуациях, при наличии сочетанных патологий такое моделирование позволяет выбрать наиболее оптимальное вмешательство.
Апробация, то есть тестовое внедрение платформы, прошла на базе ведущих клиник страны. Проект завершился успешно, что подтвердила государственная комиссия. Сейчас коллектив находится на этапе внедрения своего продукта в клиническую практику.
– Созданный софт представляет собой универсальную платформу, – сообщил Дмитрий Иванов. – На ее базе в дальнейшем будут разрабатываться системы поддержки принятия врачебных решений для конкретных клиник с учетом их потребностей.
