Методику диагностики поврежденных участков и моделирования оперативного лечения роговицы разработали сотрудники кафедры «Сопротивление материалов» Волгоградского государственного технического университета.
Все началось три года назад, когда к «политехникам» обратились ведущие специалисты МНТК «Микрохирургия глаза» им. академика С.Н. Федорова: офтальмохирургам для высокотехнологичных операций была необходима математическая модель передней части зрительного органа, обеспечивающей почти две трети его оптической силы. Инженеры взялись за дело - со сложными вычислениями и симуляторами от ученых ВолгГТУ хирургические вмешательства были выполнены порядка 90 пациентам.
По словам исследователей, цифровая модель требуется, в первую очередь, для диагностики заболевания: не всегда на обследовании можно с точностью определить, где именно находится область роговицы, охваченная патологическими изменениями. Чтобы не резать «по живому» в поисках проблемной зоны, волгоградские хирурги применяют цифровой прогноз, который получают от «политехников».
- Каждый глаз индивидуален. Даже у одного человека правый не похож на левый. Конечно, врачи сегодня используют современное оборудование, позволяющее провести детальный анализ состояния роговицы, однако для углубленного обследования и повышения эффективности лечения конкретного пациента нужна копия именно его глаза. В этом и заключается цель нашего проекта: мы создаем персонализированную цифровую модель роговицы и воспроизводим на ней процедуры диагностики и операций. В реальной жизни у доктора нет возможности апробировать на человеке различные варианты хирургического вмешательства – у него только одна попытка, которая может быть более или менее удачной, а ее результат не всегда предсказуем. Виртуальный «глаз», напротив, не жалко – в нашей цифровой операционной пробовать можно сколько угодно раз, - рассказал руководитель проекта «Персонализация методик хирургического лечения кератэктатических заболеваний роговицы на основе цифровых моделей ее геометрии, биомеханических свойств и поведения», заведующий кафедрой «Сопротивление материалов» ВолгГТУ, доктор технических наук Игорь Захаров.
Кератоконус – заболевание, при котором волокна роговицы начинают терять свою жесткость. Там, где происходит этот процесс, под действием внутриглазного давления меняется форма передней части зрительного органа: из сферической она превращается в коническую. Возникают искажения – человек смотрит на мир через кривое стекло.
- Даже при помощи современных приборов установить границы и размеры этой измененной области весьма затруднительно, поэтому мы придумали методику сканирования объема роговицы с целью обнаружения ее ослабленной части, - объяснил новаторство применения цифровых технологий Игорь Захаров.
Определенные алгоритмы позволяют при наличии результатов обследования больного на пневмотонометре отыскать конфигурацию ослабленной области и степень снижения жесткости роговицы в различных ее точках. Расчетные действия занимают несколько часов, но на этом исследование не заканчивается: далее настроенная по геометрическим и биологическим параметрам конкретного пациента цифровая модель используется как «виртуальный двойник» для апробации различных вариантов ведения операции.
Здесь инженеры тоже учитывают любые детали, даже размеры, на которые микроскопический имплант раздвинет ткань.
- Раньше на это не обращали внимание. Между тем, чтобы разместиться, пластиковый сегмент немного надрывает ткань. И эту мелочь тоже надо было математически описывать, - поделился Игорь Захаров.
Серьезные вычисления могут длиться до нескольких суток, после чего офтальмохирурги получают до 200 результатов моделирования, анализируют по своим параметрам и, останавливаясь на одном из вариантов лечения конкретного пациента, проводят операцию.
- С нами работают мощные, наверное, даже лучшие врачи МНТК «Микрохирургия глаза»: Елена Геннадьевна Солодкова, Сергей Викторович Балавин. Доктора довольны, - сообщил ученый.
Уникальный проект в 2024 году получил грант Российского научного фонда: федеральные эксперты оценили совместную работу волгоградских политехников и офтальмологов, которые одними из первых в стране стали применять современные компьютерные технологии цифрового планирования микрохирургических вмешательств.
- Сейчас мы можем воспроизвести два вида операций. Первая – ультрафиолетовы й кросслинкинг роговицы, то есть облучение ультрафиолетом с использованием светочувствительного рибофлавина, который под действием лучей начинает выполнять связующую функцию, укрепляя стенку роговицы. На более серьезных стадиях заболевания применяется другая – имплантация внутрироговичных сегментов: лазером внутри роговицы прорезается канал, врач расширяет его, вставляя пластиковый сегмент всего пару миллиметров длиной. На наших моделях прорабатывается несколько вариантов: импланты различных размеров устанавливаются в разные положения по глубине, углу и расстоянию до центра зрачка, - подчеркнул руководитель проекта.
За год «политехники» для врачей МНТК «Микрохирургия глаза» создают несколько десятков персонализированных цифровых моделей роговиц, подверженных кератоконусу. Ученые планируют усовершенствовать методику, чтобы разрабатывать и другие виртуальные копии.
- Хирургами выполняется широкий спектр операций, где могут быть применимы цифровые «двойники» органа. Исследования будут продолжаться, а сама модель - усложняться, то есть вводиться дополнительные параметры и анатомические структуры глаза, не только роговица, если это будет необходимо врачам, - добавил Игорь Захаров.
