ПНИПУ и ПГМУ создали программу, предсказывающую риск переломов до 15 лет
Программу для ранней диагностики возрастных изменений позвоночника разработали и запатентовали учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Пермского государственного медицинского университета (ПГМУ) имени академика Е. А. Вагнера. По данным пресс-службы ПНИПУ, созданная разработка даёт возможность спрогнозировать развитие патологий позвоночника за 10–15 лет до вероятных серьёзных травм, что открывает дополнительные перспективы для профилактики и медицинского наблюдения.
«Современная диагностика (рентген, денситометрия, КТ) обычно фиксирует уже имеющиеся структурные дефекты, а не предсказывает вероятность на ранних стадиях, когда изменения только начинаются. Для решения этой проблемы ученые ПГМУ и Пермского политеха разработали программу для анализа КТ‑данных, которая прогнозирует риск возрастных изменений позвоночника и позволяет выявить угрозу за 10–15 лет до возможных серьёзных травм», — сообщили в университете.
Масштабное исследование позвоночника стало основой для математической модели, заложенной в алгоритм программы. В рамках длительной научной работы специалисты изучали динамику изменений осевого скелета человека в разные периоды жизни. Для этих целей применялся метод компьютерной томографии, с помощью которого выполнялись точные измерения трёх ключевых грудных позвонков: первого (верхняя опора грудного отдела), шестого (центральная часть, формирующая изгиб) и двенадцатого грудного (зона перехода в поясничный отдел, испытывающая значительную нагрузку).
Исследователями для каждого из указанных позвонков фиксировали высоту, ширину, передне‑задний размер, а также рентгеновскую плотность — показатель, отражающий прочностные характеристики костной ткани. Полученные данные позволили выстроить возрастные нормы и определить типичные траектории морфологических преобразований в разных возрастных группах.
«Исследования показали, что процесс "уплощения" позвонков начинается уже в молодом возрасте и имеет чёткую временную динамику. В группе 22–35 лет эти изменения только формируются, но к 36–60 годам мы уже фиксируем уменьшение высоты на 4–5% при расширении на 2–3%. Наиболее выраженные структурные преобразования происходят после 60 лет: позвонки становятся на 7–11% ниже при увеличении ширины на 7–12%. Особенно показателен пример с 12‑м грудным позвонком: у женщин его поперечный размер увеличивается на 11,9%, тогда как у мужчин — лишь на 7%», — рассказал доцент кафедры анатомии ПГМУ, доктор медицинских наук, врач‑невролог Анатолий Баландин.
По оценке авторов исследования, снижение высоты позвонков при одновременном увеличении их поперечных размеров изменяет анатомическую конфигурацию позвоночного столба и приводит к перераспределению нагрузок. Это ведёт к ускоренному износу межпозвонковых дисков, развитию хронических болевых синдромов, снижению амортизационной функции и повышению утомляемости при обычной физической активности. Одновременно снижается прочность костной ткани, что увеличивает риск переломов даже при минимальных повреждениях. Внешними проявлениями описанных процессов называют сутулость и уменьшение роста.
Для раннего выявления подобных изменений создан специализированный программный комплекс, ориентированный на работу рентгенологов и врачей, использующих данные КТ и другие показатели для оценки состояния позвоночника.
Работа программы описана через математическую модель и алгоритм сравнения индивидуальных данных пациента с возрастными нормами. Программный инструмент позволяет количественно оценивать отклонения от типичной траектории старения костно‑мышечных структур и формировать основание для клинических рекомендаций.
«Алгоритм анализирует данные стандартного КТ‑обследования принципиально новым способом. Врач вводит антропометрические данные пациента (рост, вес и другие физические характеристики), точные измерения позвонков первого, шестого и двенадцатого, показатели рентгеновской плотности и угол изгиба позвоночника. Учет возраста и пола позволяет проводить действительно персонализированную оценку рисков», — пояснил доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико‑математических наук Владислав Никитин.
Система сопоставляет текущие показатели пациента с выработанными возрастными эталонами и фиксирует случаи несоответствия биологического состояния позвоночника его хронологическому возрасту. При наличии признаков ускоренного дегенеративного процесса медицинский специалист получает объективные основания для назначения превентивных мер и наблюдения, что, по мнению авторов, позволяет выявлять угрозу за 10–15 лет до потенциальных переломов, когда вмешательство ещё способно остановить или замедлить патологический процесс.
Разработке пермских специалистов присвоен патент. Программный комплекс доступен для внедрения в клиническую практику в рамках предусмотренных законодательством процедур. Точное применение алгоритма должно опираться на данные КТ, антропометрию и клинические показатели пациента.