Па даных Сусветнай арганізацыі аховы здароўя, ад зніжэння слыху пакутуюць каля 500 мільёнаў чалавек, і іх колькасць з кожным годам расце. Як беларускія навукоўцы сумесна з медыкамі распрацавалі матэматычную мадэль, з дапамогай якой праводзяцца аперацыі па паляпшэнні слыху, распавёў дэкан механіка-матэматычнага факультэта БДУ доктар фіз.мат. навук Сяргей БАСЯКОЎ.
Нюансы тымпанапластыкі
Дэкан ММФ Сяргей БАСЯКОЎ
Нядаўна Сяргей Міхайлавіч атрымаў грант Прэзідэнта Рэспублікі Беларусь на 2020 год у галіне навукі і адукацыі. Штомесячная фінансавая падтрымка накіравана на распрацоўку методыкі прагназавання геаметрычных параметраў храстковых трансплантантаў, якія ўсталёўваюцца на барабанную перапонку сярэдняга вуха пры лакальнай тымпанальнай пластыцы для паляпшэння слыхавой праводнасці ў пацыентаў з паталогіяй сярэдняга вуха. Пра прадмет даследавання навуковец распавядае так:
– Нармальнай працы слыхавога апарата замінае праблема, звязаная з утаварэннем рэтракцыйнай кішэні барабаннай перапонкі сярэдняга вуха. Праблема заключаецца ў тым, што пры паталагічных зменах барабаннай перапонкі могуць істотна павялічвацца яе прагіны. Пад дзеяннем гукавога ціску барабанная перапонка пачынае «прыліпаць» (г. зн. датыкацца) і зрошчвацца з косткамі сярэдняга вуха, якія адказныя за перадачу сігналу ва ўнутранае вуха. Гэты працэс праходзіць бессімптомна і бязбольна. Пасля гэта можа выклікаць тугавухасць, пагаршэнне слыхавой праводнасці. Як паказвае практыка, часцей за ўсё менавіта ў дзяцей назіраецца такая паталогія.
Для прадухілення ўтварэння рэтракцыйнай кішэні і павелічэння прагінаў барабаннай перапонкі прымяняюць аперацыю пад назвай тымпанапластыка, адзін з этапаў якой заключаецца ва ўстаноўцы храстковага трансплантанта на пэўную частку барабаннай перапонкі для павелічэння яе цвёрдасці. Але пры гэтым захоўваецца гнуткасць ваганняў перапонкі з тым, каб сігнал адэкватна перадаваўся ва ўнутранае вуха. Сам трансплантант выразаецца з казялка – гэта невялікі храстковы выступ у пярэдняй частцы вушной ракавіны, яму надаюць пэўную таўшчыню і форму. На сёння такія аперацыі, якія на ранняй стадыі дапамагаюць чалавеку захаваць якасць слыху, праводзяцца часта.
«У Беларусі няма аналага падобным распрацоўкам»
– Паўстала задача, у рамках якой мы ўзаемадзейнічаем з оталарынголагамі, сумесна з імі фармулюем рэкамендацыі па правядзенні тымпанапластыкі. Задача заключаецца ў тым, што трэба ўсталяваць храстковы трансплантант такой таўшчыні, якая дазволіла б пазбегнуць істотных перасоўванняў барабаннай перапонкі, каб не было вялікіх прагінаў, якія прыводзяць да дотыку і зрошчвання з косткай, – гаворыць дэкан мехмата.
Цвёрдацельная мадэль сярэдняга вуха з усталяваным на задняверхні квадрант храстковым трансплантантам
Навукоўцы БДУ распрацавалі камп’ютарную мадэль, якая дазваляе шляхам апрацоўкі даных клінічных назіранняў і аўдыяграмы рэальных пацыентаў разлічыць таўшчыню храстковага трансплантанта, неабходнага для аднаўлення функцый сярэдняга вуха. Біямеханікі грунтуюцца на параўнальным аналізе частот свабодных ваганняў сярэдняга вуха ў норме і сярэдняга вуха з паталогіяй і ўсталяваным храстковым трансплантантам.
– У нас ёсць інструкцыя ад Міністэрства аховы здароўя па выпадках узнікнення на ранняй стадыі рэтракцыйнай кішэні, дзе мы даём рэкамендацыі ўжо на тым этапе, калі варта ці немэтазгодна прымяняць тымпанапластыку. Мы даём разлікі, калі аперацыя прывядзе да кампенсацыі слыхавой праводнасці на пэўным спектры частот ці ў якім выпадку яна можа стопрацэнтна пакрыць ускладненні, – дзеліцца навуковец мехмата.
Сяргей Басякоў адзначае, што атрыманая мадэль арыгінальная, у Беларусі няма аналага падобным распрацоўкам. Яе асаблівасць у тым, што навукоўцам удалося зрабіць мадэль такой слаістай структуры, якая адпавядае анатамічным асаблівасцям размеркавання таўшчыні рэальнай барабаннай перапонкі сярэдняга вуха. А менавіта размеркаванне таўшчыні з’яўляецца ключавым элементам у яе паводзінах. Маючы мадэль, якая адпавядае анатамічным нюансам, магчыма вырашаць разнастайныя задачы па механічным уздзеянні, дынамічных паводзінах сістэмы сярэдняга вуха.
Як падкрэслівае навуковец, тут неабходна працаваць у кантакце з медыкамі. У стварэнні мадэлі выкарыстоўваецца тэхналогія, паслядоўнае выкананне якой дазваляе атрымаць канчатковую элементную мадэль, на якой праводзяцца статычныя ці дынамічныя разлікі. Сяргей Басякоў працягвае:
Перамяшчэння барабаннай перапонкі і костак сярэдняга вуха ў норме пры дзеянні адмоўнага гукавога ціску
– А паслядоўнасць заключаецца ў тым, што мы бяром высокадакладную тамаграфію сярэдняга вуха і затым праз праграму апрацоўкі медыцынскіх выяў аднаўляем геаметрычную мадэль, апрацоўваем яе, каб атрымаць так званую цвёрдацельную мадэль. Яна дазваляе перайсці на канчатковы элемент разліковай мадэлі. Перапонка вельмі тонкая, яе таўшчыня ў сярэднім складае каля 100 мікраметраў – уся сістэма сярэдняга вуха вельмі маленькая, што дае дадатковыя складанасці ў працы. І нават на высокадакладнай тамаграфіі ёсць некаторыя ўчасткі, дзе атрымліваюцца прасветы. Каб адпавядаць паверхні перапонкі, мадэль дабудоўваецца да патрэбнай геаметрычнай непарыўнай формы. Гэта дазваляе атрымаць рознае размеркаванне таўшчыні па паверхні ўсёй перапонкі.
Дэкан мехмата разважае, што будуць цікавыя вынікі даследаванняў у рамках гранта, таму што навукоўцы ахопліваюць яшчэ больш варыянтаў паталогій. У планах – распрацаваць самастойную камп’ютарную праграму, у якой можна было б закласці вынікі абследаванняў пацыентаў, лабараторных і амбулаторных даследаванняў, а затым атрымаць рэкамендацыі па тым, як належыць праводзіць тымпанапластыку. Плануецца аформіць вынікі ў тым ліку і для абгрунтавання інавацыйнага праекта Дзяржкамітэта па навуцы і тэхналогіях.
«У гэтай працы задзейнічана шмат удзельнікаў»
Атрыманы вынік стаў магчымым дзякуючы калектыўнай працы навукоўцаў БДУ і медыкаў. Праца ішла з удзелам загадчыка кафедры бія- і нанамеханікі Генадзя Міхасёва, дацэнта ММФ Кірыла Юркевіча, прафесара Белмедакадэміі паслядыпломнай адукацыі Людмілы Пятровай і спецыялістаў РНПЦ отарыналарынгалогіі Марыны Майсюк і Юліі Яроменка. Да таго ж грант выконваецца з прыцягненнем аспірантаў, магістрантаў і студэнтаў.
– Отарыналарынголагі самі звярнуліся да нас з пытаннем, як можна распрацаваць спецыяльную мадэль. Мы ў сваю чаргу вывучылі медыцынскія абследаванні, зрабілі ўвесь комплекс прац па мадэляванні, давялі да ладу геаметрычную форму, мадэль самой мембраны, улічылі нюансы ў размяшчэнні ўсіх гэтых элементаў, – распавядае Сяргей Басякоў. – Гэта перспектыўны напрамак, таму што асноўныя праблемы са слыхам часцей за ўсё ўзнікаюць менавіта ў сярэднім вуху. Студэнтам вельмі цікавая гэта сфера, яны актыўна ўключаюцца ў працу. Дарэчы, пры падзеле патоку спецыяльнасці «механіка і матэматычнае мадэляванне» на чатыры спецыялізацыі большасць імкнецца патрапіць менавіта на «біямеханіку». Я іх разумею, таму што гэта актуальны і перспектыўны напрамак, які развіваецца на стыку навук: механікі, медыцыны і матэматыкі. Так, фундаментальных адкрыццяў тут практычна няма, таму што выкарыстоўваюцца ўжо існуючыя законы механікі. Але ў той жа час навуковец вырашае канкрэтную задачу, прыходзіць да новай мадэлі з унікальнымі ўласцівасцямі, якая разлічваецца па новых падыходах і тэхналогіях. Атрымліваецца вынік, які выкарыстоўваецца на практыцы, трапляе да ўрачоў у выглядзе праграм і рэкамендацый, дапамагае людзям.
Іншыя праекты біямеханікаў з БДУ
На кафедры мехмата вядуцца і іншыя праекты па медыцынскай тэматыцы. Напрыклад, працягваецца праект «віртуальнай» кісці, над якім працуюць Сяргей Басякоў і траўматолагартапед Мінскай гарадской клінічнай бальніцы хуткай меддапамогі Антон Петухоўскі. Мэта працы – дапамагчы ўрачам аднавіць у пацыента функцыі кісці пасля траўмы з разрывам сухажылля. Пры дапамозе «віртуальнай» кісці можна загадзя пралічыць, якая аперацыя дасць найлепшы эфект. Праграма робіць разлік і паказвае, як будуць паварочвацца фалангі пальцаў пад дзеяннем нагрузкі на сухажыллі пасля таго ці іншага варыянта хірургічнага ўмяшання.
“Віртуальная” кісць
Актыўна супрацоўнічаюць з кафедрай артапедычнай стаматалогіі і артадантыі з курсам дзіцячай стаматалогіі БелМАПА па даследаванні сківіц для далейшага мадэлявання паводзін і функцыянавання зубных імплантатаў. Перад біямеханікамі стаіць задача атрымаць максімальна дакладныя мадэлі сківіц, імплантатаў, размеркаванне касцяной тканкі – і звесці ўсё разам.
Ідзе супрацоўніцтва з РНПЦ траўматалогіі і артапедыі па прагназаванні паводзін і трываласці костак пасля аперацый. Таксама да навукоўцаў БДУ звярнуліся расійскія медыкі з Навакуйбышаўскай цэнтральнай гарадской бальніцы па праектаванні канструкцый інтрамедулярных імплантатаў, якія накладваюцца на сцягно, каб пазбегнуць пералому шыйкі сцягна пры астэапарозе і ўзроставых зменах.
Даведка
Басякоў Сяргей Міхайлавіч нарадзіўся ў 1973 г. у Брэсце. У 1995 г. атрымаў дыплом з адзнакай Брэсцкага дзяржаўнага педагагічнага інстытута па спецыяльнасці «матэматыка і фізіка». З 1994 па 1999 г. працаваў настаўнікам фізікі і матэматыкі ў гімназіі № 4 г. Брэст, а з 1999 па 2003 – асістэнтам кафедры супраціўлення матэрыялаў і тэарэтычнай механікі Брэсцкага дзяржаўнага тэхнічнага ўніверсітэта. У 1999 г. паступіў у аспірантуру механікаматэматычнага факультэта БДУ. З 2003 па 2020 г. працаваў на кафедры тэарэтычнай і прыкладной механікі ММФ БДУ.
У 2002 г. абараніў кандыдацкую дысертацыю на тэму «Метад характарыстык у механіцы дэфармаванага цвёрдага цела». У 2005 г. яму было прысвоена навуковае званне дацэнта. А ў 2019 г. абараніў доктарскую дысертацыю на тэму «Матэматычнае мадэляванне шчыльных злучальных тканак і біямеханічных сістэм чалавека ў натуральным і паталагічным станах».
Алена ЛЯЎШЭНЯ
