
Группа исследователей разработала уникальную биомеханическую модель, демонстрирующую взаимодействие мышечной системы плечевого пояса и шейного отдела. Инновационная разработка охватывает работу 23 мышц и способна моделировать различные движения — от простых наклонов головы до комплексных движений плечевого сустава. Эта передовая технология открывает новые возможности для диагностики причин болевых синдромов в области шеи, включая последствия травм плечевого пояса. Особую ценность модель представляет для разработки персонализированных реабилитационных программ. Исследование получило поддержку РНФ, а его результаты опубликованы в престижном научном издании Scientific Reports.
Статистика Международной ассоциации по изучению боли демонстрирует, что до половины населения сталкивается с дискомфортом в области шеи и плеч, причем каждый десятый страдает от сочетанных болей. Сложность лечения часто обусловлена трудностями в установлении взаимосвязей между патологическими изменениями в шейном отделе и проблемами плечевого пояса. Болевые ощущения могут распространяться между этими зонами, а такие состояния как межпозвоночная грыжа способны вызывать иррадиирующую боль в верхних конечностях. Понимание этих сложных взаимосвязей требовало создания комплексной биомеханической модели, описывающей работу костно-мышечного аппарата.
Совместными усилиями специалистов ведущих научных центров Москвы — Института вычислительной математики РАН, Сеченовского Университета и МФТИ — создана интегральная биомеханическая модель. Она объединяет ранее существовавшие модели различных отделов опорно-двигательного аппарата, включая позвоночник, грудную клетку и плечевой пояс. Результатом стала комплексная система, способная воспроизводить широкий спектр движений верхней части тела.
Для верификации модели проведена серия экспериментов с использованием современных технологий мониторинга движений. На добровольце разместили 40 высокоточных датчиков, отслеживающих перемещение костных структур при выполнении различных двигательных паттернов. Полученные данные позволили откалибровать модель для максимально точного воспроизведения реальных движений.
Исследователи провели тщательное тестирование устойчивости модели, моделируя базовую мышечную активность при поддержании вертикального положения тела. Анализ чувствительности показал надежность модели при вариации параметров в пределах 5%. Точность расчетов впечатляет — средняя погрешность составляет всего 1,5 сантиметра при моделировании различных движений. Важным достижением стала возможность оценки вклада отдельных мышц в выполнение движений. Модель находится в свободном доступе для научного сообщества.
«Наша разработка демонстрирует принципиально новый подход к пониманию механизмов болевых синдромов в области плеча и шеи. Мы доказали, что эти структуры функционируют как единая биомеханическая система с тесными взаимосвязями между всеми компонентами», — комментирует доктор медицинских наук Евгений Калинский, травматолог-ортопед Сеченовского университета.
Практическая ценность исследования заключается в возможности детального анализа влияния различных патологий на функционирование шейно-плечевой области. Сравнительный анализ работы мышц у пациентов и здоровых людей открывает новые перспективы в разработке эффективных реабилитационных программ.
«Следующим этапом развития проекта станет создание системы поддержки принятия врачебных решений. Предстоит решить задачи автоматизации персонализации модели и проведения масштабных клинических испытаний», — делится планами руководитель проекта, член-корреспондент РАН Юрий Василевский из Института вычислительной математики РАН.
Источник: indicator.ru