1 ВВЕДЕНИЕ 7
2 НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 9
2.1 Постановка задачи исследования 9
2.2 Актуальность исследования 10
2.3 Исследование влияния сагиттального позвоночно-тазового баланса на функции позвоночного столба 12
2.3.1 Поясничный лордоз 12
2.3.2 Биомеханические аспекты сагиттального позвоночно-тазового
баланса 14
2.4. Методы медицинской визуализации позвоночного столба 22
2.4.1 Рентгенография 22
2.4.2 Компьютерная томография (КТ) 24
2.4.3 Магнитно-резонансная томография (МРТ) 24
2.5 Обработка изображений позвоночного столба 26
2.5.1 DICOM формат 26
2.5.2 RadiAnt DICOM Viewer 27
2.5.3 DICOM Viewer 28
2.5.4 Amira 29
2.6 Обзор программ для геометрического моделирования 30
2.6.1 Компас-График 30
2.6.2 Unigraphics NX 8.5 32
2.7 Выбор программного средства 34
3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 36
3.1 Материалы и методы оценки параметров сагиттального позвоночно-тазового баланса 36
3.2 Определение диапазона изменения параметров 40
3.3 Метод случайного поиска 42
3.4 Моделирование изменения и зависимости угловых параметров при нарушении сагиттального баланса 44
3.5 Описание программного кода 51
3.6 Пример результата работы программы 53
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
Прямохождение позволило человеку достичь интеллектуального, технологического и социального развития. Однако переход к прямохождению оказался возможным только через морфологическую адаптацию скелета, в частности, нижних конечностей, таза и позвоночника [29]. Таз, по сути, является ключевым звеном всех преобразований, выступая в качестве свободного базиса и подвергаясь действию силы тяжести от позвоночного столба, а так же силе реакции опоры, передаваемой через головки тазобедренных суставов [25]. Параллельно с адаптацией таза, появление изгибов позвоночного столба позволило достичь нейтрального вертикального выравнивания позвоночника в сагиттальной плоскости для снижения стрессовых нагрузок на мышечно-связочные структуры - сагиттального баланса [3,6,15,24]. B положении стоя сагиттальный баланс весьма хрупок: все стрессовые нагрузки от действия силы тяжести сохраняются во всех компонентах данной вертикальной системы [7,18,29]. Динамическое управление центром тяжести является крайне важным, поскольку в положении стоя любое нарушение баланса вызывает негативные эффекты, включая болевой синдром и анатомические нарушения.
Анализ сагиттального баланса определяется путем геометрических построений на снимке пациента в сагиттальной плоскости пояснично-крестцового отдела позвоночника. Существуют специализированные программы для просмотра изображения в данном формате, построения на снимках отрезков заданной длины, углов. Из-за отсутствия геометрических привязок, данный подход занимает много времени и не гарантирует точных вычислений в последующей обработке данных в программе, где есть
В результате исследования, проведенного совместно с кафедрой травматологии и ортопедии РМАПО, была выявлена и доказана математическая зависимость между геометрическими и анатомическими параметрами пояснично-крестцового отдела позвоночника. Выполнено построение геометрической модели в системе автоматизированного проектирования. Создан ряд алгоритмов, позволяющих производить автоматизацию индивидуального определения оптимальных параметров позвоночно-тазового баланса на предоперационном этапе, а так же прогнозировать отдаленные осложнения уже выполненных операций.
1. Совместно с кафедрой травматологии ортопедии РМАПО была разработана система эффективного анализа позвоночно-тазового баланса, основанная на геометрической оценке поясничного отдела позвоночника и крестца. Решение поставленной цели было осуществлено по средствам моделирования зависимости угловых параметров с учетом анатомических особенностей позвоночного столба и автоматизации расчета угловых величин для достижения значения позвоночно-тазового баланса в пределах допустимых значений.
2. Допустимый диапазон изменения угловых величин был определен путем оценки разности значений до и после операции методом доверительных интервалов Неймана, приняв общее значение интервала изменения величины, вычислением средней верхней и нижней границ интервала.
3. Построена геометрическая модель позвоночно-тазового сагиттального баланса, на основании которой было исследовано взаимовлияние угловых величин. Было установлено, что разброс разности изменений угловых величин до и после оперативного лечения находятся приблизительно в одном коридоре значений, а так же доказано пропорциональное изменение углов 0, SSи SDкак в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, что отражает взаимосвязь компонентов единой биологической системы, которым является позвоночный столб.
4. На основании геометрической модели позвоночно-тазового сагиттального баланса получена его математическая модель.
Для оптимизации значений параметров в заданном диапазоне, был использован алгоритм случайного поиска. Условием останова алгоритма является достижение значения целевой функции в интервале от 0,2 до 1,0. Достоинства описанного алгоритма - простота устойчивость и интуитивная понятность. Недостатки - низкая скорость сходимости, а также неопределенность в выборе условия останова. Приложение позволяет осуществлять предоперационное планирование у пациентов с заболеваниями позвоночника, тем самым помогая восстановить позвоночно-тазовый баланс, свести к минимуму риск средне- и долгосрочных послеоперационных осложнений, избежать выполнения повторных оперативных вмешательств, тем самым повысив качество оказываемой медицинской помощи. В то же время у пациентов, прооперированных ранее, появляется возможность прогнозирования развития отдаленных осложнений и разработки адекватной лечебной тактики еще до развития тяжелых клинических проявлений.
