Як лікувати хребет на довгі роки?

Опубліковано: 01.02.2022

Дегенеративне захворювання хребців вражає близько 40 відсотків людей віком від 40 років та збільшується до 80 відсотків серед людей віком від 80 років та старших. Це захворювання, яке руйнує один або декілька міжхребцевих дисків, часто лікується хірургічним шляхом за допомогою імплантатів шийних дисків.

Щоб визначити, чи є пацієнт кандидатом на імплантацію шийного диска, хірургам доводиться покладатися в основному на результати діагностичних досліджень без урахування біомеханічних даних для оптимізації типу протеза. Іноді це може призвести до ускладнень та неправильного вибору імплантату.

Для вирішення цих проблем Ерік Енгеберг (Erik Engeberg), старший автор дослідження та його колеги з Коледжу інженерії та комп'ютерних наук Флоридського Атлантичного університету (Florida Atlantic University) у співпраці з Франком Вріонісом (Frank Vrionis), доктором медицини, старшим автором дослідження та директором Інституту нейронаук Маркуса (Marcus Neuroscience Institute) створили нову роботизовану копію людського хребта, яка дозволить хірургам попередньо оцінити наслідки хірургічного втручання ще до операції.


Дослідники розробили 3D-друкарську копію хребта, модифіковану для встановлення імплантату штучного диска та оснащену м'яким магнітним датчиком. Роботизована модель хребта для конкретного пацієнта створюється з урахуванням комп'ютерної томографії його хребта. Модифікований штучний диск «імплантується» у копію шийного відділу хребта, а м'який магніт вбудовується у копію хребця.

Роботизована рука потім згинає і розгинає репліку шийного відділу хребта, тоді як міжхребцеві навантаження відстежуються з допомогою масиву магнітних датчиків, положення хребта у процесі фіксується з допомогою чотирьох різних алгоритмів машинного навчання. Алгоритми класифікують амплітуду та місця застосування навантажень. Потім дослідники порівняли показання алгоритмів у п'яти різних позах роботизованої копії хребта та можуть прогнозувати наслідки хірургічного втручання для конкретного пацієнта.

Результати дослідження, опубліковані у журналі Sensors, показали, що система магнітних датчиків може класифікувати п'ять різних позицій хребта зі стовідсотковою точністю. Це робить її добрим засобом прогнозування різних проблем хребта, з якими стикаються пацієнти. Результати показують, що інтеграція м'якої магнітної сенсорної системи в штучний диск, імплантований у штучний хребет з роботизованим механізмом, допомагає отримувати важливі прогнози ще до інвазивних операцій. На основі таких прогнозів лікарі вже мали можливість оцінити, наскільки те чи інше втручання показано для конкретних пацієнтів.

Крім передопераційної оцінки того чи іншого втручання для конкретних пацієнтів новий підхід може потенційно допомогти в післяопераційному догляді за людьми з імплантатами шийних дисків. В даний час післяопераційні інструкції для пацієнтів з імплантатами елементів хребта орієнтуються на загальні середні показники і носять характер порад типу "зробіть стільки вправ, скільки зможете, поки не відчуєте біль".

Такий підхід часто викликає побоювання як у пацієнтів, так і у хірургів. Питання про те, наскільки допустимі ті чи інші фізичні навантаження та вправи після операції зі встановлення шийного дискового імплантату можна вирішити за допомогою біомеханічних даних, одержаних на сенсорній роботизованій копії. Це дозволило б індивідуально підбирати післяопераційний догляд кожного конкретного пацієнта.

У майбутньому, за словами дослідників, подібний датчик у поєднанні з даними комп'ютерної томографії можна використовувати також для вирішення проблеми зміщення хребців.