Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)

Для цитирования:

Иванов Д. В., Бессонов Л. В., Кириллова И. В., Коссович Л. Ю., Киреев С. И. Концепция систем поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 517-535. DOI: 10.18500/1816-9791-2022-22-4-517-535, EDN: IJEHPA

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2022
Полный текст:
скачать
(downloads: 886)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Информатика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
517.98
DOI: 
10.18500/1816-9791-2022-22-4-517-535
EDN: 
IJEHPA

Концепция систем поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса

Авторы: 
Иванов Дмитрий Валерьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Бессонов Леонид Валентинович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Кириллова Ирина Васильевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Коссович Леонид Юрьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Киреев Сергей Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Отечественные клинические рекомендации по лечению заболеваний и повреждений опорно-двигательного аппарата содержат упоминания о необходимости тщательного предоперационного планирования. В российских медицинских организациях, как правило, применяется традиционный подход к предоперационному планированию, подразумевающий использование ацетатных шаблонов имплантатов наряду с рентгеновскими пленками. В то же время представители ведущих клиник травматолого-ортопедического профиля в России придерживаются мнения, что цифровое предоперационное планирование — это высокоточный метод подбора размеров имплантатов, а также других параметров, необходимых при их установке. Считается, что предоперационное цифровое планирование и виртуальная установка шаблонов имплантатов должны быть интегрированы в предоперационное ведение больных при имплантации в качестве стандартной процедуры. Проведенный опрос экспертов травматологов и ортопедов показал необходимость внедрения компьютерных систем предоперационного планирования, обеспечивающих также и биомеханическую поддержку принимаемого решения, и прогнозирование результатов лечения. В этой связи разработана концепция систем поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса, лежащая в основе программной платформы Аккорд, являющейся базой для разработки систем предоперационного планирования в хирургии позвоночно-тазового комплекса и крупных суставов. В данной работе приведены результаты разработки концепции, а также ее апробации. Разработанная и представленная в данной статье концепция также открывает возможности для создания на ее основе систем поддержки принятия врачебных решений в других областях хирургии.

Ключевые слова: 
СППВР
ПТК
биомеханика
биомеханическое моделирование
предоперационное планирование
DICOM
единицы Хаунсфилда
Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Фонда перспективных исследований.
Список источников: 
  1. Руководство по хирургии тазобедренного сустава / под ред. Р. М. Тихилова, И. И. Шубнякова. Т. 2. Сакт-Петербург : РНИИТО, 2015. 355 с. EDN: WIOZMD
  2. Zawojska K., Wnuk-Scardaccione A., Bilski J., Nitecka E. Correlation of body mass index with pelvis and lumbar spine alignment in sagittal plane in hemophilia patients // Medicina (Kaunas). 2019. Vol. 55, iss. 10. P. 627. https://doi.org/10.3390/medicina55100627
  3. Рябых С. О., Ульрих Э. В., Мушкин А. Ю., Губин А. В. Лечение врожденных деформаций позвоночника у детей: вчера, сегодня, завтра // Хирургия позвоночника. 2020. Т. 17, № 1. С. 15–24. http://dx.doi.org/10.14531/ss2020.1.15-24
  4. Ames C. P., Smith J. S., Scheer J. K., Bess S., Bederman S.S., Deviren V., Lafage V., Schwab F., Shaffrey C. I. Impact of spinopelvic alignment on decision making in deformity surgery in adults: A review // Journal of Neurosurgery: Spine. 2012. Vol. 16, iss, 6. P. 547–564. https://doi.org/10.3171/2012.2.SPINE11320
  5. Wang B., Ke W., Hua W., Zeng X., Yang C. Biomechanical evaluation and the assisted 3D printed model in the patient-specific preoperative planning for thoracic spinal tuberculosis: A finite element analysis // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2020. № 8. Р. 807. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00807
  6. Wolanski W., Gzik-Zroska B., Kawlewska E., Gzik M., Larysz D., Dzielicki J., Rudnik A. Preoperative planning of surgical treatment with the use of 3D visualization and finite element method // Lecture Notes in Computational Vision and Biomechanics. 2015. Vol. 19. Р. 139–163. https://doi.org/10.1007/978-3-319-13407-9_9
  7. Cao P., Hao W., Zhang L., Zhang Q., Liu X., Li M. Safety and efficacy studies of vertebroplasty with dual injections for the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures: Preliminary report // Academic Radiology. 2020. Vol. 27, iss. 8. P. e224–e231. https://doi.org/10.1016/j.acra.2019.09.023
  8. Cook C. E., Learman K. E., O’Halloran B. J., Showalter C. R., Kabbaz V. J., Goode A. P., Wright A. A. Which prognostic factors for low back pain are generic predictors of outcome across a range of recovery domains? // Physical Therapy. 2013. Vol. 93, iss. 1. P. 32–40. https://doi.org/10.2522/ptj.20120216
  9. Cheng L., Cai H., Yu Y., Li W., Li Q., Liu Z. Modified full-endoscopic interlaminar discectomy via an inferior endplate approach for lumbar disc herniation: retrospective 3-year results from 321 patients // World Neurosurg. 2020. Vol. 141. P. e537–e544. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2019.10.034
  10. Fairbank J. C., Pynsent P. B. The oswestry disability index // Spine. 2000. Vol. 25, iss. 22. P. 2940–2952. https://doi.org/10.1097/00007632-200011150-00017
  11. Федонников А. С., Колесникова А. С., Рожкова Ю. Ю., Кириллова И. В., Ковтун А. Л., Коссович Л. Ю. Анализ потребностей медицинских специалистов при проектировании систем поддержки принятия врачебных решений для травматологии и ортопедии // Технологические инновации в травматологии, ортопедии и нейрохирургии: интеграция науки и практики : сб. науч. тр. Саратов : Амирит, 2019. С. 286–288. EDN: CEJKPV
  12. Колесникова А. С., Федонников А. С., Кириллова И. В., Ульянов В. Ю., Левченко К. К., Киреев С. И., Коссович Л. Ю., Норкин И. А. Возможности систем поддержки принятия решений в контексте хирургии позвоночно-тазового комплекса (аналитический обзор) // Гений ортопедии. 2019. Т. 25, № 2. С. 243–253. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2019-25-2-243-253
  13. Shin J. K., Lim B. Y., Goh T. S., Son S. M., Kim H. S., Lee J. S., Lee C. S. Effect of the screw type (S2-alar-iliac and iliac), screw length, and screw head angle on the risk of screw and adjacent bone failures after a spinopelvic fixation technique: A finite element analysis // PLoS One. 2018. Vol. 13, iss. 8. Р. 296–301. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201801
  14. Jia Y. W., Cheng L. M., Yu G. R., Du C. F., Yang Z. Y., Yu Y., Ding Z. Q. A finite element analysis of the pelvic reconstruction using fibular transplantation fixed with four different rod-screw systems after type I resection // Chinese Medical Journal. 2008. Vol. 121, iss. 4. P. 321–326. http://dx.doi.org/10.1097/00029330-200802020-00008
  15. Доль А. В., Доль Е. С., Иванов Д. В. Биомеханическое моделирование вариантов хирургического реконструктивного лечения спондилолистеза позвоночника на уровне L4–L5 // Российский журнал биомеханики. 2018. Т. 22, № 1. С. 31–44. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2018.1.03, EDN: YMCSSL
  16. Wu W., Han Z., Hu B., Du C., Xing Z., Zhang C., Gao J., Shan B., Chen C. A graphical guide for constructing a finite element model of the cervical spine with digital orthopedic software // Annals of Translational Medicine. 2021. Vol. 9, № 2. https://doi.org/10.21037/atm-20-2451
  17. Pitkanen M. T., Manninen H. I., Lindgren K. A., Sihvonen T. A., Airaksinen O., Soimakallio S. Segmental lumbar spine instability at flexion-extension radiography can be predicted by conventional radiography // Clinical Radiology. 2002. Vol. 57, iss. 7. P. 632–639. https://doi.org/10.1053/crad.2001.0899
  18. Байков Е. С. Прогнозирование результатов хирургического лечения грыж поясничных межпозвонковых дисков : дис. ... канд. мед. наук. Новосибирск, 2014. 135 с.
  19. Крутько А. В., Пелеганчук А. В., Козлов Д. М., Гладков А. В., Ахметьянов Ш. А. Корреляционная зависимость клинико-морфологических проявлений и биомеханических параметров у больных с дегенеративным спондилолистезом l4 позвонка // Травматология и ортопедия России. 2011. Вып. 4 (62). С. 44–52. EDN: OXYZVR
  20. Байков Е. С., Русова Т. В., Крутько А. В., Байкалов А. А. Связь биохимических параметров позвоночно-двигательного сегмента с результатами хирургического лечения грыж поясничных межпозвонковых дисков // Хирургия позвоночника. 2013. № 2. С. 43–49. https://doi.org/10.14531/ss2013.2.43-49, EDN: QASRWB
  21. Хвисюк Н. И., Продан А. И., Волков Е. В. Прогнозирование результатов хирургического лечения корешковых синдромов при грыжах и массивных протрузиях межпозвонковых дисков // Ортопедия, травматология и протезирование. 1985. № 5. С. 34–38.
  22. Than K. D., Park P., Fu K. M., Nguyen S., Wang M. Y., Chou D., Nunley P. D., Anand N., Fessler R. G., Shaffrey C. I., Bess S., Akbarnia B. A., Deviren V., Uribe J. S., La Marca F., Kanter A. S., Okonkwo D. O., Mundis G. M., Mummaneni P. V. Clinical and radiographic parameters associated with best versus worst clinical outcomes in minimally invasive spinal deformity surgery // Journal of Neurosurgery: Spine. 2016. Vol. 25, iss. 1. P. 21–25. https://doi.org/10.3171/2015.12.SPINE15999
  23. Solberg T., Johnsen L. G., Nygaard Ø. P., Grotle M. Can we define success criteria for lumbar disc surgery? // Acta Orthopaedica. 2013. Vol. 84, iss. 2. P. 196–201. https://doi.org/10.3109/17453674.2013.786634
  24. Werner D. A. T., Grotle M., Gulati S., Austevoll I. M., Lønne G., Nygaard Ø. P., Solberg T. K. Criteria for failure and worsening after surgery for lumbar disc herniation: a multicenter observational study based on data from the Norwegian Registry for Spine Surgery // European Spine Journal. 2017. Vol. 26. P. 2650–2659. https://doi.org/10.1007/s00586-017-5185-5
  25. Иванов Д. В., Кириллова И. В., Коссович Л. Ю., Лихачев С. В., Полиенко А. В., Харламов А. В., Шульга А. Е. Сравнительный анализ мобильного приложения для измерения параметров сагиттального баланса «СпиноМетр» с системой Surgimap: апробация межэкспертной надежности // Гений ортопедии. 2021. Т. 27, № 1. С. 74–79. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2021-27-1-74-79, EDN: MXWDWV
  26. Bessonov L. V., Golyadkina A. A., Dmitriev P. O., Dol A. V., Zolotov V. S., Ivanov D. V., Kirillova I. V., Kossovich L. Yu., Titova Yu. I., Ulyanov V. Yu., Kharlamov A. V. Constructing the dependence between the Young’s modulus value and the Hounsfield units of spongy tissue of human femoral heads // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 182–193. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2021-21-2-182-193
  27. Бескровный А. С., Бессонов Л. В., Голядкина А. А., Доль А. В., Иванов Д. В., Кириллова И. В., Коссович Л. Ю., Сидоренко Д. А. Разработка системы поддержки принятия врачебных решений в травматологии и ортопедии. Биомеханика как инструмент предоперационного планирования // Российский журнал биомеханики. 2021. Т. 25, № 2. С. 118–133. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2021.2.01, EDN: IEGOHC
  28. Бескровный А. С., Бессонов Л. В., Иванов Д. В., Золотов В. С., Сидоренко Д. А., Кириллова И. В., Коссович Л. Ю. Построение трехмерных твердотельных моделей позвонков с использованием сверточных нейронных сетей // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 368–378. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2021-21-3-368-378
  29. Su Y.-S., Ren D., Wang P. C. Comparison of biomechanical properties of single- and two-segment fusion for Denis type B spinal fractures // Orthopaedic Surgery. 2013. Vol. 5, iss. 4. P. 266–273. https://doi.org/10.1111/os.12068
  30. Rohlmann A., Zander T., Rao M., Bergmann G. Applying a follower load delivers realistic results for simulating standing // Journal of Biomechanics. 2009. Vol. 42, iss. 10. P. 1520–1526. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.03.048
  31. Rohlmann A., Zander T., Rao M., Bergmann G. Realistic loading conditions for upper body bending // Journal of Biomechanics. 2009. Vol. 42, iss. 7. P. 884–890. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.01.017
  32. Zahari S. N., Latif M. J. A., Rahim N. R. A., Kadir M. R. A., Kamarul T. The effects of physiological biomechanical loading on intradiscal pressure and annulus stress in lumbar spine: a finite element analysis // Journal of Healthcare Engineering. 2017. Vol. 2017. Art. 9618940. 8 p. https://doi.org/10.1155/2017/9618940
  33. Kim Y. H., Khuyagbaatar B., Kim K. Recent advances in finite element modeling of the human cervical spine // Journal of Mechanical Science and Technology. 2018. Vol. 32. P. 1–10. https://doi.org/10.1007/s12206-017-1201-2
  34. Xu M., Yang J., Lieberman I. H., Haddas R. Lumbar spine finite element model for healthy subjects: development and validation // Computer Methods in Biomedical Engineering. 2017. Vol. 20, iss. 1. P. 1–15. https://doi.org/10.1080/10255842.2016.1193596
  35. Dreischarf M., Rohlmann A., Bergmann G., Zander T. Optimised loads for the simulation of axial rotation in the lumbar spine // Journal of Biomechanics. 2011. Vol. 44, iss. 12. P. 2323–2327. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2011.05.040
  36. Ягудина Р. И., Литвиненко М. М., Сороковиков И. В. Регистры пациентов: структура, функции, возможности использования // Фармакоэкономика. Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология. 2011. Т. 4, вып. 4. С. 3–7. EDN: OISBOT
  37. Gliklich R., Dreyer N., Leavy M. (eds.) Registries for Evaluating Patient Outcomes: A User’s Guide. Third edition. Two volumes. (Prepared by the Outcome DEcIDE Center [Outcome Sciences, Inc., a Quintiles company] under Contract No. 290 2005 00351 TO7). AHRQ Publication No. 13(14)-EHC111. Rockville, MD: Agency for Healthcare Research and Quality. April 2014 (http://www.effectivehealthcare.ahrq.gov/registries-guide-3.cfm).
  38. Spine Tango Overview. URL: https://www.eurospine.org/spine-tango.htm (дата обращения: 30.10.2018).
  39. Swedish Society of Spinal Surgeons. URL: http://www.4s.nu/4s_eng/index.htm (дата обращения: 29.10.2018).
  40. DICOM. Digital imaging and communication in medicine. URL: https://www.dicomstandard.org/ (дата обращения 27.10.2019).
  41. Кулешов А. А., Ветрилэ М. С., Лисянский И. Н., Макаров С. Н., Соколова Т. В. Хирургическое лечение пациента с врожденной деформацией позвоночника, аплазией корней дуг грудных и поясничных позвонков, компрессионным спинальным синдромом // Хирургия позвоночника. 2016. Т. 13, вып. 3. С. 41–48. https://doi.org/10.14531/ss2016.3.41-48
  42. Бескровный А. С., Бессонов Л. В., Иванов Д. В., Кириллова И. В., Коссович Л. Ю. Использование сверточной нейронной сети для автоматизации построения двумерных твердотельных моделей позвонков // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. Т. 20, вып. 4. С. 502–516. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2020-20-4-502-516
  43. Sekuboyina A., Bayat A., Husseini M. E., Loffler M., Rempfler M., Kukacka J., Tetteh G., Valentinitsch A., Payer C., Urschler M., Chen M., Cheng D., Lessmann N., Hu Y., Wang T., Yang D., Xu D., Ambellan F., Zachow S., Jiang T., Ma X., Angerman Ch., Wang X., Wei Q., Brown K., Wolf M., Kirszenberg A., Puybareauq E., Menze B. H., Kirschke J. ´ VerSe: A Vertebrae labelling and segmentation benchmark for multi-detector CT images // Medical Image Analysis. 2021. Vol. 73. Art. 102166. https://doi.org/10.1016/j.media.2021.102166
  44. Quagliarella L., Boccaccio A., Lamberti L., Sasanelli N. Biomechanical effects of prosthesis neck geometries to contrast limb lengthening after hip replacement // Journal of Applied Biomaterials & Biomechanics. 2006. Vol. 4, iss. 1. P. 45–54. https://doi.org/10.5301/JABB.2008.2488
  45. Widmer K.-H., Majewski M. The impact of the CCD-angle on range of motion and cup positioning in total hip arthroplasty // Clinical Biomechanics. 2005. Vol. 20. P. 723–728. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2005.04.003
  46. Brandolini N. Experimental methods for the biomechanical investigation of the human spine: a review // Journal of Mechanics in Medicine and Biology. 2014. Vol. 14, iss. 1. Art. 1430002. https://doi.org/10.1142/S0219519414300026
  47. Dreischarf M. Biomechanics of the L5–S1 motion segment after total disc replacement — Influence of iatrogenic distraction, implant positioning and preoperative disc height on the range of motion and loading of facet joints // Journal of Biomechanics. 2015. Vol. 48, iss. 12. P. 3283–3291. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.06.023
  48. Dreischarf M. Comparison of eight published static finite element models of the intact lumbar spine: predictive power of models improves when combined together // Journal of Biomechanics. 2014. Vol. 47, iss. 8. P. 1757–1766. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.04.002
  49. Hubner A. R. Numerical analysis of multi-level versus short instrumentation for the treatment of thoracolumbar fractures // European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology. 2015. Vol. 25, Suppl. 1. P. 213–217. https://doi.org/10.1007/s00590-015- 1612-7
  50. Aalto T., Sinikallio S., Kroger H., Viinamaki H., Herno A., Leinonen V., Turunen V., Savolainen S., Airaksinen O. Preoperative predictors for good postoperative satisfaction and functional outcome in lumbar spinal stenosis surgery — a prospective observational study with a two-year follow-up // Scandinavian Journal of Surgery. 2012. Vol. 101, iss. 4. P. 255–260. https://doi.org/10.1177/145749691210100406
  51. Katz J. N., Stucki G., Lipson S. J., Fossel A. H., Grobler L. J., Weinstein J. N. Predictors of surgical outcome in degenerative lumbar spinal stenosis // Spine. 1999. Vol. 24, iss. 21. P. 2229–2233. https://doi.org/10.1097/00007632-199911010-00010
  52. Федонников А. С. Совершенствование управления медицинской реабилитацией пациентов с патологией опорно-двигательной системы : дис. ... д-ра мед. наук. Саратов, 2020. 433 с.
Поступила в редакцию: 
20.11.2021
Принята к публикации: 
01.02.2022
Опубликована: 
30.11.2022
  • 922 просмотра