В России оценили риск поражения артерий при лечении переломов голени
При лечении сложных переломов голени врачи часто используют специальные металлические конструкции — аппараты, которые крепятся к кости через мягкие ткани с помощью спиц. Главная опасность в том, что при неправильной фиксации они могут задеть или сдавить артерию, что часто приводит к кислородному голоданию тканей или к отмиранию мышц. Сейчас хирурги ориентируются на стандартные медицинские схемы, где отмечены безопасные зоны для ввода спиц. Однако эти данные усредненные и не учитывают индивидуальные анатомические особенности, а значит, риск неправильной фиксации конструкции до сих пор сохраняется. Ученые Пермского Политеха впервые создали компьютерную модель, которая позволяет заранее рассчитать, как фиксация конструкции повлияет на кровоток в голени. На ее основе разработали алгоритм, который поможет хирургу еще до операции рассчитать безопасные зоны для ввода спиц и избежать повреждения сосудов.
Травмы нижних конечностей (бедра, голени, коленных и голеностопных суставов) представляют собой одну из самых масштабных проблем современности. Ежегодно в мире регистрируются миллионы переломов костей, причем значительная их часть приходится на сложные и открытые повреждения голени — результат дорожно-транспортных происшествий, производственных аварий и природных катастроф. Каждый такой случай оказывается не только медицинской, но и экономической проблемой: длительная утрата трудоспособности, многомесячная реабилитация, риск инвалидизации среди людей молодого возраста.
При обширных дефектах нижних конечностей хирурги используют аппараты наружной фиксации. Они представляют собой металлическую конструкцию, которая крепится к кости через мягкие ткани с помощью спиц или стержней. Эти устройства берут на себя нагрузку по удержанию ее в правильном положении, позволяя пациенту двигаться и обслуживать рану уже в раннем послеоперационном периоде. Самый известный из них — аппарат Илизарова. В отличие от аналогов, которые используют толстые стержни и часто бывают громоздкими, он обеспечивает сверхжесткую фиксацию костных отломков при минимальной травме мягких тканей.
Эффективность аппарата Илизарова подтверждена клинической практикой и тысячами успешных операций. Однако опасность при использовании конструкции связана с тем, что голень — это анатомически сложная зона: плотный массив мышц, минимум свободного пространства и три главные артерии, которые расположены очень близко к костям. Неправильный ввод фиксатора, отклонение всего на несколько миллиметров или недооценка индивидуальных анатомических особенностей пациента приводят к повышенному риску сосудистых осложнений. Подобное повреждение может вызывать острое кровотечение, которое не всегда удается вовремя диагностировать под конструкцией.
Еще более опасный сценарий — постепенное сдавление артерии окружающими тканями после монтажа аппарата, когда фиксатор смещает сосуд. Результатом становится прогрессирующее кислородное голодание тканей: от болей при ходьбе до бледности и похолодания стопы, а затем — отмирание мышц и кожи. В самых тяжелых случаях развивается гангрена, которая оставляет врачу единственный выход — ампутацию конечности.
В настоящее время, чтобы не задеть сосуды при установке аппарата, хирурги используют стандартные медицинские атласы и инструкции. В них нарисованы «безопасные зоны» — места, куда можно вводить спицы, и «запретные зоны», куда нельзя. Эти схемы составлены на основе усредненных данных о том, как у большинства людей проходят сосуды. Однако анатомия каждого человека уникальна, а стандартные изображения не могут учесть всех индивидуальных особенностей. В таких случаях хирург полагается в основном на свой опыт, а значит, риск ошибки сохраняется.
Более того, существующие подходы не позволяют количественно оценить, насколько именно изменится кровоток, если фиксатор все же окажется в нежелательной зоне и вызовет сужение артерии. Тем не менее, знать это необходимо, поскольку при одних значениях кровоток снижается незначительно, а при других может начаться кислородное голодание тканей или некроз мышц. Без точных цифр хирург не может оценить реальную опасность: приведет ли конкретное отклонение к тяжелым последствиям или нет.
Особенно важно это понимать потому, что проблемы с кровоснабжением не возникают мгновенно. Если хирург случайно задел или сдавил сосуд, пациент может чувствовать себя нормально несколько часов или даже сутки. Когда же появляются явные признаки, процесс зачастую уже необратим, но инструментов, которые помогли бы обеспечить точность расчетов и спрогнозировать риски, до сих пор не существовало.
Ученые Пермского Политеха впервые в мире получили конкретные количественные данные о том, как меняется кровоток в голени при неправильной установке фиксаторов аппарата Илизарова. Результаты исследования дают хирургам возможность заранее рассчитывать безопасные зоны для введения спиц и предотвращать повреждение артерий для конкретного пациента. Статья опубликована в сборнике материалов конференции «Механика биомедицинских материалов и устройств».
На первом этапе исследователи взяли снимки компьютерной томографии пациентов. На их основе они построили 3D-модель голени, включающую все артерии с ответвлениями, а также расположение соседних нервов, сосудов и подкожных вен. Их также важно учитывать, поскольку такие повреждения могут ухудшить результат операции и потребовать дополнительного лечения.
Далее на созданную модель голени, опираясь на существующие медицинские атласы, ученые нанесли три типа зон: безопасные, нежелательные и запретные для ввода фиксаторов.
Исследователи также создали виртуальную копию реального аппарата наружной фиксации и объединили ее с 3D-моделью голени. Получилась цифровая конструкция, где видно, как именно располагаются спицы и стержни относительно сосудов. Это значит, что, меняя положение фиксаторов в модели, можно подобрать такие точки ввода аппарата, при которых сосуды не повреждаются.
— Чтобы проверить, к чему приведет установка фиксатора в нежелательной зоне, мы запустили компьютерное моделирование кровотока. Особое внимание уделили ситуации, когда аппарат оказывается в неположенном месте и сдавливает артерию, сужая ее на 50%. В процессе мы также оценивали несколько ключевых показателей: объем проходящей крови, ее скорость в зоне сужения и участки, где возникает завихрение. Эти данные помогут оценить, насколько серьезно нарушено кровоснабжение и нет ли риска повреждения сосуда изнутри, — отметила Марина Шмурак, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Моделирование показало, что при сужении артерии на 50%, когда фиксатор проходит в опасной близости или слегка сдавливает ее, скорость кровотока в голени падает на 30–40%. Это значит, что даже неполное, частичное сдавление способно вызвать тяжелое кислородное голодание тканей. А если такое состояние будет сохраняться долго, это может привести к необратимому отмиранию мышц.
— Помимо этого, мы смогли точно определить, какие именно сосуды становятся самыми уязвимыми для разных участков голени. Это те анатомические структуры, которые при неправильном монтаже травмируются в первую очередь, — рассказал Леонид Бионышев-Абрамов, аспирант кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.
На основе полученных данных ученые создали алгоритм оценки рисков сосудистых осложнений при установке аппарата наружной фиксации на голень. В отличие от статичных схем в медицинских атласах, он позволяет врачу еще до операции, с учетом конкретного места повреждения, точно определить, куда можно вводить фиксаторы, а куда — категорически нельзя.
В результате хирург, имея данные конкретного пациента (снимки КТ), настраивает модель под него. Врач может указать локализацию перелома и какой тип аппарата наружной фиксации планирует использовать. После этого модель автоматически оценивает, какие зоны наиболее безопасные, а какие — нежелательные. Хирург видит это еще до операции и может спланировать траекторию фиксатора, чтобы избежать сосудистых повреждений.
Разработка открывает путь к персонализированному лечению, где решения врача подкрепляются точным расчетом. Это означает снижение количества осложнений, уменьшение числа повторных операций и, в конечном счете, повышение качества жизни пациентов с тяжелыми переломами и заболеваниями ног.
Telegram 
Дзен 
VK Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
В рамках общей теории относительности и квантовой физики у исследователей не получается объяснить все данные наблюдений за космическими объектами. В этот раз ученые попытались описать Вселенную с точки зрения превращения энергии, и этот выбор позволил им составить стройное описание гравитации.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали технологию изменения структуры молекул нефти с помощью энергии кавитационных полей, которые создаются при воздействии ультразвука. Технология позволяет облагораживать нефть, меняя ее физико-химические характеристики и снижая долю нежелательных составляющих веществ. Для проведения полевых испытаний ее реализовали в мобильном исполнении с применением управляемых ультразвуковых полей. Разработанное исследовательское оборудование может применяться на любом месторождении, включая удаленные и труднодоступные.
Группа ученых из МФТИ, Российского квантового центра, ФИАН, МГТУ имени Баумана и НИЯУ МИФИ экспериментально определила длину волны, при которой поляризуемость атома тулия в основном состоянии равна нулю. Лазер с таким излучением практически не взаимодействует с атомами тулия в решетке. Результаты работы могут найти применение в квантовых симуляторах, оптических ловушках и прецизионных измерениях.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно