После лечения травмы плеча у пациентов часто возникает чувство неуверенности — многие из них жалуются, что плечо «не держится» или «легко выскальзывает». При диагностике нестабильности плеча врачам часто приходится полагаться на эти субъективные оценки. Причина: традиционные методы визуализации не позволяют зафиксировать движение плеча.
В отличие от этого, новый 4D-анализ, разработанный исследователем Empa Амитом Айянгаром, выходит за рамки статической визуализации. «Мы объединяем высокоточные рентгеновские видеозаписи с двух ракурсов и используем их для реконструкции четырёхмерного анализа движения — другими словами, трёхмерного изображения, получаемого при движении плеча».
Оптимизированная терапия вместо ненужной операции
Плечевой сустав — самый подвижный сустав в организме человека и поэтому особенно подвержен травмам. Правда, лишь около 2% людей в какой-либо момент жизни сталкиваются с вывихом плечевого сустава. Однако после лечения многие пациенты возвращаются в клинику, поскольку у них сохраняются жалобы или они недовольны результатом.
По словам Айянгара, каждый второй пострадавший переносит повторный вывих плечевого сустава. «Это особенно проблематично при хирургических вмешательствах — до двух третей пациентов, перенесших операцию, снова вывихивают плечо и обращаются за помощью. Это показывает, что существует большой потенциал для оптимизации диагностики и планирования лечения».
В настоящее время стабильность плечевого сустава проверяется вручную, и точность этого метода во многом зависит от опыта врача или физиотерапевта. Статические методы визуализации, такие как рентгенография, магнитно-резонансная томография (МРТ) или компьютерная томография (КТ), полезны лишь как дополнение, поскольку не позволяют зафиксировать динамические последовательности движений.
Благодаря новой технологии исследователи Empa впервые могут количественно измерять и целенаправленно анализировать нестабильность. Это даёт врачам более точную основу для принятия решения о достаточности физиотерапевтического лечения или необходимости хирургического вмешательства. «Это позволяет избежать ненужных хирургических вмешательств и не откладывать их без необходимости, что позволяет подобрать индивидуально оптимизированную терапию», — говорит Айянгар.
Измерение нестабильности плеча с точностью до миллиметра
Для получения динамических трёхмерных изображений плеча используется двухплоскостная рентгенографическая система (DBRI), установленная в Швейцарском институте трансляционной и предпринимательской медицины в Берне (sitem-insel). Система была разработана в тесном сотрудничестве с Empa и Inselspital Bern.
Сначала испытуемые выполняют определённые движения плечом, которые регистрируются с двух разных ракурсов с помощью синхронизированных рентгеновских снимков. Дополнительные КТ-сканы используются для реконструкции детальных трёхмерных моделей костей с анатомическими ориентирами. Процедура отслеживания, основанная на этих данных, определяет точное положение плечевого сустава . Наконец, программное обеспечение для оптимизации рассчитывает последовательность движений плеча.
Это позволяет исследователям регистрировать не только грубые паттерны движений сустава, но и мельчайшие вращательные и скользящие движения, критически важные для стабильности, — с точностью от 0,1 до 0,5 миллиметра. «Это решающий шаг вперёд, поскольку обычные датчики движения с инфракрасными камерами и маркерами на коже дают погрешность от 20 до 40 миллиметров — слишком низкую для надёжного выявления нестабильности», — говорит Айянгар.
Нацеленность на диагностику без радиационной визуализации
Следующим шагом станет совместное исследование с Inselspital в Берне, с которым существует давнее научное сотрудничество. Около 40 пациентов с нелеченой нестабильностью плечевого сустава будут обследованы до и после целенаправленного укрепления мышц. Индивидуальные модели опорно-двигательного аппарата будут играть ключевую роль в анализе взаимодействия мышц, суставов и сил.
«В долгосрочной перспективе мы надеемся, что наш четырёхмерный анализ движения найдёт применение в клинической практике. Это связано с тем, что проблема лечения нестабильности суставов заключается главным образом в динамике», — объясняет Айянгар.
Основываясь на данных биомеханического исследования, исследователь из Empa также планирует разработать силовые кинематические модели, учитывающие мышечные силы и нагрузку на суставы, а также движение . В будущем это позволит проводить динамический анализ нестабильности плеча у каждого пациента и, следовательно, проводить комплексную клиническую диагностику без использования лучевой диагностики.