vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2023-20-4-289-298vestim-935Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEИспользование программного комплекса Scales при планировании тактики хирургического лечения пациентов с дегенеративным спондилолистезом поясничных позвонковUse of the Scales software complex in planning the surgical treatment of patients with lumbar degenerative spondylolisthesishttps://orcid.org/0000-0001-9151-0214ГерасименкоМ. А.GerasimenkoM. A.

Герасименко Михаил Александрович ‒ член-корреспондент, доктор медицинских наук, профессор, директор.

ул. Кижеватова, 60/4, 220024, Минск

Mikhail A. Gerasimenko ‒ Corresponding Member, D. Sc. (Med.), Professor, Director, Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics.

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

kanc@ortoped.byhttps://orcid.org/0000-0002-4883-5598МазуренкоА. Н.MazurenkoA. N.

Мазуренко Андрей Николаевич ‒ кандидат медицинских наук, доцент, заведующий отделением.

ул. Кижеватова, 60/4, 220024, Минск

Andrey N. Mazurenko ‒ Ph. D. (Med.), Associate Professor, Head of the Department, Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics.

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

mazurenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8225-4423МакаревичС. В.MakarevichS. V.

Макаревич Сергей Валентинович ‒ доктор медицинских наук, доцент, главный научный сотрудник.

ул. Кижеватова, 60/4, 220024, Минск

Sergey V. Makarevich ‒ D. Sc. (Med.), Associate Professor, Chief Researcher, Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics.

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

sv.mak@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6060-5720РемовП. С.RemovP. S.

Ремов Павел Сергеевич ‒ младший научный сотрудник.

ул. Кижеватова, 60/4, 220024, Минск

Pavel S. Remov ‒ Junior Researcher, Republican Scientific and Practical Center of Traumatology and Orthopedics.

60/4, Kizhevatov Str., 220024, Minsk

neuro_ugokb2013@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9821-7344КосцовМ. А.KostsovM. A.

Косцов Максим Антонович ‒ студент.

пр. Дзержинского, 83, 220116, Минск

Maksim A. Kostsov ‒ student, Belarusian State Medical University.

83, Dzerzhynski Ave., 220116, Minsk

kostsov.00@mail.ruРеспубликанский научно-практический центр травматологии и ортопедииRepublican Scientific and Practical Center of Traumatology and OrthopedicsБелорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical University202302122023204289298Copyright © Герасименко М.А., Мазуренко А.Н., Макаревич С.В., Ремов П.С., Косцов М.А., 20232023Герасименко М.А., Мазуренко А.Н., Макаревич С.В., Ремов П.С., Косцов М.А.Gerasimenko M.A., Mazurenko A.N., Makarevich S.V., Remov P.S., Kostsov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/935

Цель исследования ‒ разработка виртуального программного комплекса, позволяющего на основе персонифицированных показателей осуществлять планирование хирургической тактики и выполнять дифференцированное лечение пациентов с дегенеративным спондилолистезом поясничных позвонков.

Базой для создания виртуального комплекса стали результаты хирургического лечения пациентов ретроспективной группы.

Разработанный виртуальный программный комплекс представляет собой экспертную систему принятия решения о хирургической тактике для пациентов с дегенеративным спондилолистезом поясничных позвонков. Работа программы основана на автоматизированном анализе заданного перечня входных параметров. Ядро виртуального комплекса  представлено  двумя  конфигурациями,  одна  из  которых  содержит  искусственную  нейронную  сеть.   В результате виртуальной обработки индивидуальных показателей пациента программа выдает ответ в виде двух цветовых шкал с числовыми метками: шкалы дифференцированного выбора  между изолированной декомпрессией  и декомпрессией, дополненной задним спондилодезом; шкалы дифференцированного выбора между ляминэктомией, дополненной медиальной фасетэктомией, и двусторонней декомпрессией позвоночного канала из одностороннего доступа. С использованием разработанного программного комплекса проведено хирургическое лечение 26 пациентов с дегенеративным спондилолистезом поясничных позвонков.

Виртуальный комплекс Scales, основанный на учете ключевых общесоматических и клинико-рентгенологических показателей пациента, создает возможность для принятия хирургом максимально взвешенного и обоснованного решения по тактике хирургического лечения дегенеративного спондилолистеза на поясничном уровне. Персонифицированный подход в сочетании с технологией искусственного интеллекта направлен на снижение вероятности тактических ошибок и отдаленных осложнений после хирургических вмешательств. Использование цветовых шкал с цифровыми метками позволяет упростить процесс предоперационного планирования и создать условия для достижения баланса между решением программы и индивидуальным мнением специалиста-хирурга. Результатом дифференцированного лечения  группы  пациентов  с  использованием  виртуальной  системы  стало  существенное и статистически значимое ( p < 0,001) улучшение качества жизни оперированных пациентов в отдаленном периоде.

The aim of the study was to develop a virtual software package that, when it is based on personalized indicators, allows planning surgical tactics and performing differentiated treatment of patients with degenerative lumbar spondylolisthesis.

The results of surgical treatment of retrospective group patients were the basis for creation of a virtual complex.

A virtual software package has been developed. It is an expert system for making decisions about surgical tactics for patients with lumbar degenerative spondylolisthesis. The operation of the program is based on the automated analysis of a given list of input parameters. The core of the virtual complex is represented by two configurations, one of which contains an artificial neural network. As a result of virtual processing of the patient’s individual parameters, the program gives an answer in the form of two color scales with numerical labels: a scale of differentiated choice between isolated decompression and decompression supplemented with posterior fusion; scales for a differentiated choice between laminectomy supplemented with medial facetectomy and bilateral decompression of the spinal canal from a unilateral approach. Using the developed software package, surgical treatment of 26 patients with lumbar degenerative spondylolisthesis was performed.

The Scales virtual complex, based on key general somatic and clinical and radiological parameters of a patient, creates an opportunity for a surgeon to make the most balanced and informed decision on the tactics of surgical treatment of lumbar degenerative spondylolisthesis. A personalized approach, accompanied by artificial intelligence technology, is aimed at reducing the likelihood of tactical errors and long-term complications of surgical interventions. The use of color scales with digital labels makes it possible to simplify the process of preoperative planning and to create conditions for achieving a balance between the decision of the program and the individual opinion of a specialist surgeon. The result of differentiated treatment of a group of patients using a virtual system was a significant and statistically significant ( p < 0.001) improvement in the life quality of operated patients in the long-term period.

спондилолистезпрограммный комплекснейронная сетьвходные параметрыдифференцированное лечениеspondylolisthesissoftware packageneural networkinput parametersdifferentiated treatmentReferencesA narrative review of lumbar fusion surgery with relevance to chiropractic practice / С. J. Daniels [et al.] // J. Chiropr. Med. – 2016. – Vol. 15, N 4. – P. 259‒271. https://doi.org/10.1016/j.jcm.2016.08.007Daniels C. J., Wakefield P. J., Bub G. A., Toombs J. D. A narrative review of lumbar fusion surgery with relevance to chiropractic practice. Journal of Chiropractic Medicine, 2016, vol. 15, no. 4, pp. 259‒271. https://doi.org/10.1016/j.jcm.2016.08.007Reid, P. C. State of the union: a review of lumbar fusion indications and techniques for degenerative spine disease: JNSPG 75th anniversary invited review article / P. C. Reid, S. Morr, M. G. Kaiser // J. Neurosurg.: Spine. – 2019. – Vol. 31, N 1. – P. 1‒14. https://doi.org/10.3171/2019.4.SPINE18915Reid P. C., Morr S., Kaiser M. G. State of the union: a review of lumbar fusion indications and techniques for degenerative spine disease: JNSPG 75th anniversary invited review article. Journal of Neurosurgery: Spine, 2019, vol. 31, no. 1, pp. 1‒14. https://doi.org/10.3171/2019.4.SPINE18915Оконешникова, А. К. Выбор тактики хирургического лечения пациентов с дегенеративными заболеваниями нижнепоясничного отдела позвоночника с учетом индивидуальных параметров дугоотростчатых суставов : дис. … канд. мед. наук : 14.01.18 / А. К. Оконешникова. – Новосибириск, 2019. – 187 с.Okoneshnikova A. K. Choice of tactics of surgical treatment patients with degenerative diseases of the lower lumbar spine, taking into account the individual parameters of the facet joints. Ph. D. Thesis. Novosibirisk, 2019. 187 p.Lumbar interbody fusion: techniques, indications and comparison of interbody fusion options including PLIF, TLIF, MI-TLIF, OLIF/ATP, LLIF and ALIF / R. J. Mobbs [et al.]. // J. Spine Surg. – 2015. – Vol. 31, N 1. ‒ P. 2–18. https://doi.org/10.3978/j.issn.2414-469X.2015.10.05Mobbs R. J., Phan K., Malham G., Seex K., Rao P. J. Lumbar interbody fusion: techniques, indications and comparison of interbody fusion options including PLIF, TLIF, MI-TLIF, OLIF/ATP, LLIF and ALIF. Journal of Spine Surgery, 2015, vol. 31, no. 1, pp. 2–18. https://doi.org/10.3978/j.issn.2414-469X.2015.10.05Decompression with or without concomitant fusion in lumbar stenosis due to degenerative spondylolisthesis: a systematic review / M. L. Dijkerman [et al.] // Eur. Spine J. – 2018. – Vol. 27. – P. 1629–1643. https://doi.org/10.1007/s00586-017-5436-5Dijkerman M. L., Overdevest G. M., Moojen W. A., Vleggeert-Lankamp C. L. Decompression with or without concomitant fusion in lumbar stenosis due to degenerative spondylolisthesis: a systematic review. European Spine Journal, 2018, vol. 31, pp. 1629–1643. https://doi.org/10.1007/s00586-017-5436-5Борщенко, И. А. Использование современных методов математического интеллектуального анализа данных для получения алгоритма минимально-инвазивного хирургического лечения дегенеративных заболеваний поясничного отдела позвоночника / И. А. Борщенко, Я. А. Борщенко, А. В. Басков // Вертебрология в России: итоги и перспективы развития : сб. материалов V съезда хирургов-вертебрологов России, Саратов, 23–24 мая 2014 г. / Сарат. науч.- исслед. ин-т травматологии и ортопедии ; редкол. : Д. М. Пучиньян [и др.]. – Саратов, 2014. – С. 38–40.Borshhenko I. A., Borshchenko Ja. A., Baskov A. V. The use of modern methods of mathematical data mining to obtain an algorithm for minimally invasive surgical treatment of degenerative diseases of the lumbar spine. Vertebrologiya v Rossii: itogi i perspektivy razvitiya: V s’’ezd khirurgov-vertebrologov Rossii (23–24 maya 2014 goda, Saratov): sbornik materialov [Vertebrology in Russia: results and development prospects: V congress of vertebrological surgeons of Russia (May 23–24, 2014, Saratov): collection of materials]. Saratov, 2014, pp. 38‒40 (in Russian).Компьютерная программа для анализа цифровых МРТ пояснично-крестцового отдела позвоночника / Н. Е. Комлева [и др.] // Вестн. новых мед. технологий. – 2012. – Т. 19, № 1. – С. 192–195.Komleva N. E., Daurov S. K., Bol’shakov A. A., Glazkov V. P., Bakutkin V. V., Mar’yanovskii A. A. Computer programme for analyzing digital magnetic resonance tomography of lumbosacral part of spine. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii [Bulletin of new medical technologies], 2012, vol. 19, no. 1, pp. 192‒195 (in Russian).Artificial intelligence-enhanced intraoperative neurosurgical workflow: current knowledge and future perspectives / L. Tariciotti [et al.] / J. Neurosurg. Sci. – 2022. – Vol. 66, N 2. – P. 139–150. 10.23736/S0390-5616.21.05483-7Tariciotti L., Palmisciano P., Giordano M., Remoli G., Lacorte E., Bertani G., Locatelli M., Dimeco F., Caccavella V. M., Prada F. Artificial intelligence-enhanced intraoperative neurosurgical workflow: current knowledge and future perspectives. Journal of Neurosurgical Sciences, 2022, vol. 66, no. 2, pp. 139–150. https://doi.org/10.23736/S0390-5616.21.05483-7Machine learning applications to clinical decision support in neurosurgery: an artificial intelligence augmented systematic review / Q. Buchlak [et al.]. // Neurosurg. Rev. – 2020. – Vol. 43, N 5. – P. 1235–1253. https://doi.org/10.1007/s10143-019-01163-8Buchlak Q. D., Esmaili N., Leveque J.-C., Farrokhi F., Bennett C., Piccardi M., Sethi R. K. Machine learning applications to clinical decision support in neurosurgery: an artificial intelligence augmented systematic review. Neurosurgical Review, 2020, vol. 43, no. 5, pp. 1235–1253. https://doi.org/10.1007/s10143-019-01163-8Ремов, П. С. Определение хирургической тактики при поясничных дорсопатиях с использованием программного обеспечения / П. С. Ремов, А. Н. Мазуренко, С. В. Макаревич // Traum. Orthop. Kazakhstan. – 2021. – N 58 (Special iss.). – P. 53–55.Remov P. S., Mazurenko A. N., Makarevich S. V. Determination of surgical tactics for lumbar dorsopathies using software. Traumatology and Orthopаedics of Kazakhstan, 2021, no. 58 (Special issue), pp. 53–55 (in Russian).Сравнительный анализ отдаленных результатов хирургического лечения дегенеративного спондилолистеза на поясничном уровне / П. С. Ремов [и др.] // Здравоохранение. – 2022. – № 9. – С. 51‒58.Remov P. S., Mazurenko A. N., Makarevich S. V., Chumak N. A., Pustovoitov K. V. Comparative analysis of long-term results of surgical treatment of degenerative spondylolisthesis at the lumbar level. Zdravookhranenie [Healthcare], 2022, no. 9, pp. 51–58 (in Russian).Смартфон-ассистированная технология дополненной реальности при предоперационном планировании в хирургии позвоночника / Е. В. Ковалев [и др.] // Хирургия позвоночника. – 2021. – Т. 18, № 3. – С. 94–99.Kovalev E. V., Kirilenko S. I., Mazurenko A. N., Filyustin A. E., Dubrovskii V. V. Smartphone-assisted augmented reality technology for preoperative planning in spinal surgery. Khirurgiya pozvonochnika [Spine surgery], 2021, vol. 18, no. 3, pp. 94–99 (in Russian).Lee, S. H. Comparison of clinical and radiological outcomes after automated open lumbar discectomy and conventional microdiscectomy: a prospective randomized trial / S. H. Lee, J. S. Bae // Int. J. Clin. Exp. Med. – 2015. – Vol. 8, N 8. – P. 12135–12148.Lee S. H., Bae J. S. Comparison of clinical and radiological outcomes after automated open lumbar discectomy and conventional microdiscectomy: a prospective randomized trial. International Journal of Clinical and Experimental Medicine, 2015, vol. 8, no. 8, pp. 12135–12148.Горбачев, С. В. Нейро-нечеткие методы в интеллектуальных системах обработки и анализа многомерной информации / С. В. Горбачев, В. И. Сырямкин. – Томск : Изд-во Том. ун-та, 2014. – 442 с.Gorbachev S. V., Syryamkin V. I. Neuro-fuzzy methods in intelligent systems of processing and analysis of multidimensional information. Tomsk, Tomsk University Publishing House, 2014. 442 p. (in Russian).Бывальцев, В. А. Оценка эффективности системы поддержки принятия решений в спинальной нейрохирургии для персонифицированного использования минимально-инвазивных технологий на поясничном отделе позвоночника / В. А. Бывальцев, А. А. Калинин // Соврем. технологии в медицине. – 2021. – Т. 13, № 5. – С. 13–23.Byval’tsev V. A., Kalinin A. A. Evaluation of the effectiveness of a decision support system in spinal neurosurgery for personalized use of minimally invasive technologies in the lumbar spine. Sovremennye tekhnologii v meditsine [Modern technologies in medicine], 2021, vol. 13, no. 5, pp. 13–23 (in Russian).Artificial intelligence facilitates decision making in the treatment of lumbar disc herniations / A. Wirries [et al.] // Eur. Spine J. – 2021. – Vol. 30, N 8. – P. 2176–2184. https://doi.org/10.1007/s00586-020-06613-2Wirries A., Geiger F., Hammad A., Oberkircher L., Blümcke I., Jabari S. Artificial intelligence facilitates decision making in the treatment of lumbar disc herniations. European Spine Journal, 2021, vol. 30, no. 8, pp. 2176–2184. https://doi.org/10.1007/s00586-020-06613-2Assessment and prediction of spine surgery invasiveness with machine learning techniques / A. Campagner [et al.] // Comput. Biol. Med. – 2020. – Vol. 121. – Art. 103796. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2020.103796Campagner A., Berjano P., Lamartina C., Langella F., Lombardi G., Cabitza F. Assessment and prediction of spine surgery invasiveness with machine learning techniques. Computers in Biology and Medicine, 2020, vol. 121, art. 103796. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2020.103796Масалитина, Н. Н. Математическая модель принятия решений при лечении остеохондроза поясничного отдела позвоночника / Н. Н. Масалитина, К. С. Курочка, Е. Л. Цитко // Информатика. – 2019. – Т. 16, № 1. – С. 24–35.Masalitina N. N., Kurochka K. S., Tsitko E. L. Mathematical model of decision making in the treatment of osteochondrosis of the lumbar spine. Informatika [Informatics], 2019, vol. 16, no. 1, pp. 24–37 (in Russian).Реброва, О. Ю. Жизненный цикл система поддержки принятия решений как медицинских технологий / О. Ю. Реброва // Врач и информ. технологии. ‒ 2020. – № 1. – С. 27‒37.Rebrova O. Ju. Life cycle of a decision support system as medical technologies. Vrach i informatsionnye tekhnologii [Doctor and information technology], 2020, no. 1, pp. 27–37 (in Russian).Разработка алгоритма клинико-инструментальной диагностики некомпрессионных поясничных болевых синдромов для оптимизации использования пункционных хирургических методик / А. А. Калинин [и др.] // Иннов. медицина Кубани. – 2020. – № 4. – С. 27–34.Kalinin A. A., Okoneshnikova A. K., Pestryakov Yu. Ya., Shepelev V. V., Byval’tsev V. A. Development of an algorithm for clinical and instrumental diagnosis of non-compressive lumbar pain syndromes to optimize the use of puncture surgical techniques. Innovatsionnaya meditsina Kubani [Innovative medicine of Kuban], 2020, no. 4, pp. 27–34 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.