Учёные Саратовского национального исследовательского университета имени Н. Г. Чернышевского и Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г. И. Турнера Минздрава России впервые получили конкретные числовые параметры прочности позвонков у детей дошкольного возраста — показатели, от которых напрямую зависит безопасность операций по исправлению врождённых сколиозов.
Исследование опубликовано в Российском журнале биомеханики (№ 2, 2025) и является практическим продолжением совместной работы двух научных центров, о которой ранее сообщалось в материале «Компьютерное моделирование: интегративные технологии учёных совершенствуют подход к лечению детей с множественными аномалиями развития позвоночника».
Авторы: Д. А. Сидоренко, А. В. Доль, Л. В. Бессонов (Саратовский университет), Д. Н. Кокушин, С. В. Виссарионов, Д. В. Иванов (НМИЦ им. Г. И. Турнера).
Чтобы получить эти данные, исследователи провели эксперимент, изучив на прочность фрагменты кости, полученные в ходе операций. Выяснилось, что кость позвонка ребенка в среднем в три раза менее прочная, чем у взрослого. Но главное — была выведена математическая формула, связывающая плотность кости на обычном КТ-снимке с ее реальной прочностью.
Исследователи определили, что эффективный модуль упругости губчатой кости позвонков у детей составляет в среднем 26,9 МПа ± 11,8, что примерно втрое ниже аналогичного показателя для взрослых. На основе сопоставления данных механических испытаний с результатами КТ были сформулированы регрессионные зависимости между модулем упругости и рентгеновской плотностью (единицы Хаунсфилда, HU). Теперь, зная плотность костной ткани ребёнка по КТ, врачи могут рассчитать фактическую прочность позвонков и допустимое усилие, применяемое во время операции.
Дмитрий Николаевич Кокушин, д. м. н., ведущий научный сотрудник отдела патологии позвоночника, спинного мозга и грудной клетки НМИЦ им. Г. И. Турнера, непосредственно участвовавший в исследовании, объяснил значимость открытия для практикующего врача:
«В операционной при коррекции деформации мы работаем с огромной ответственностью, где усилие хирурга измеряется буквально на кончиках пальцев. Раньше мы полагались в основном на свой опыт, понимая, что детская кость очень податлива. Это исследование переводит интуицию в плоскость точной науки. Теперь мы получаем конкретное число — „красную линию“, за которую нельзя заходить. Это как дать механику динамометрический ключ вместо обычного: мы можем приложить ровно то усилие, которое необходимо для исправления деформации, но гарантированно безопасно для пациента, минимизируя риск таких осложнений, как расшатывание или повреждение кости имплантатом».
Практическое применение методики было продемонстрировано на примере виртуальной операции. Для трехлетнего ребенка была создана его точная цифровая 3D-модель позвоночника с установленными титановыми имплантатами. Компьютерное моделирование показало, что при приложении силы (контракции) для выпрямления позвоночника:
- Нагрузка более 7 кг создает риск повреждения костной ткани в верхних позвонках.
- Нагрузка более 16 кг становится критической для нижних позвонков.
Эти цифры — не теория, а конкретное руководство для хирурга, позволяющее избежать таких осложнений, как «проминание» кости винтами или перелом дужек позвонков.
Директор НМИЦ им. Г. И. Турнера, д. м. н., профессор, член-корреспондент РАН Сергей Валентинович Виссарионов подчеркнул стратегическую важность работы:
«Это исследование — яркий пример того, как фундаментальная наука напрямую приходит в операционную. Мы создаем цифрового двойника пациента, на котором можем не только спланировать геометрию вмешательства, но и рассчитать все риски, связанные с физикой процесса. Такой пациенто-ориентированный подход, основанный на точных данных, а не предположениях, является будущим высокотехнологичной медицины и основой для повышения качества и безопасности лечения наших самых маленьких пациентов».
Таким образом, российские ученые не просто получили фундаментальные данные, но и создали готовый клинический инструмент, который уже сегодня помогает делать сложнейшие ортопедические операции еще более точными и безопасными.
Исследование опубликовано в «Российском журнале биомеханики» и выполнено при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий.
