Модель также позволит изучить последствия операций. В частности, то, как хирургическое вмешательство может глобально повлиять на биомеханику шеи пациента.
В ЛЭТИ разработали «цифровую шею» для планирования операций на щитовидной железе / ©Getty images
Традиционно понимание строения и функционирования тела человека строится на изучении трупных материалов. Однако уже сегодня цифровизация и развитие технологий визуализации открывает для ученых перспективы по переходу от материальных объектов к искусственным цифровым моделям, которые несут в себе больший объем информации.
С точки зрения биомеханики шея – одна из наиболее сложных частей человеческого организма. Она крайне компактна, обладает большой подвижностью и выполняет множество жизненно важных функций. Несмотря на значительный прогресс в изучении биомеханики шеи при помощи цифровых моделей, остаются открытыми вопросы их точности и корректности (валидации).
«Цель нашего исследования — с помощью этой разработки воспроизвести биомеханику шеи в нормальном и послеоперационном состояниях с использованием метода конечных элементов, чтобы прогнозировать последствия различных операций. Мы создали виртуальную антропоморфную модель шеи человека, и, в настоящее время, исследуем ее биомеханику после различных вариантов удаления щитовидной железы», – рассказывает один из авторов проекта, биомедицинский инженер СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артур Овсепьян.
В состав исследовательской группы вошли ученые Научного центра мирового уровня (НЦМУ) Павловский центр «Интегративная физиология – медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости», который был создан в 2020 году по нацпроекту «Наука и университеты». В состав НЦМУ входят СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и три учреждения РАН – Институт физиологии имени И. П. Павлова, Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова и Институт медико-биологических проблем.
Из данных компьютерной и магнитно-резонансной томографии учеными была сгенерирована компьютерная модель, которая содержит более 80 анатомических структур шеи, включая опорно-двигательный аппарат, органы и фасции. Сегментация данных проводилась совместно с опытными экспертами в области медицинской визуализации и топографической анатомии.
Антропоморфность достигалась с помощью технологий обратного проектирования.
Разработка создана с помощью программного обеспечения SolidWorks, HyperMesh. Моделирование материалов и анализ методом конечных элементов выполнялись с использованием программного обеспечения Abaqus CAE. Для наглядности и удобства цифровая модель имеет визуальный интерфейс. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Annals of Anatomy.
«Наша модель показала довольно хорошую точность – 81,3 процента совпадения с результатами, полученными при операции на трупном материале. С ее помощью мы можем количественно оценить эффективность той или иной операции на щитовидной железе, можем понять, какие существуют риски для возникновения дефектов при хирургическом вмешательстве. А также какова вероятность рецидивов», – рассказывает старший научный сотрудник НМИЦ имени В. А. Алмазова, ведущий научный сотрудник НЦМУ «Павловский центр», участником которого является СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Евгений Пустозеров.
Сейчас ученые работают над повышением точности созданной модели. В научном проекте приняли участие исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПбГУ, Московского областного госуниверситета, Северо-Западного государственного медицинского университета имени И. И. Мечникова, Сеченовского университета, Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова Минобороны РФ и некоторых других.
