Сохранить голос пациентам при операциях на органах шеи: к медицине подключились нейросети
06.05.2024 09:35
Ученые Пензенского государственного университета предложили новый способ визуализации наружной ветви верхнего гортанного нерва при оперировании щитовидной железы. Он поможет сохранить пациенту способность говорить и беспрепятственно употреблять пищу и воду. Кроме того, ученые зарегистрировали специальную программу для ЭВМ. С ее помощью диагностика нарушений голоса, в частности высоких тонов, будет эффективнее.
Щитовидная железа — это железа внутренней секреции, визуально похожая на бабочку, располагается внизу шеи. Выделяет гормоны, которые участвуют в регуляции внутренних процессов: пищеварения, количества производимой энергии. Они важны для иммунитета и выработки других гормонов. Это некий гормональный центр обмена веществ. Нарушение работы щитовидной железы могут быть вызваны различными заболевания. Недуг лечится медикаментозным или хирургическим способом. Последний требуется при наличии значительных патологий. Количество операций на щитовидной железе в России и мире ежегодно растет. К сожалению, подобные операции не могут исключить побочных эффектов.
Д-р мед. наук, профессор кафедры «Хирургия» Медицинского института ПГУ Александр Климашевич рассказал, что операции на щитовидной железе — это «очень капризные».
«Одно из самых распространенных послеоперационных осложнений при таких операциях — изменение голоса или полное его отсутствие. Разумеется, качество жизни у таких пациентов значительно падает после операции, а в некоторых случаях ведет к инвалидизации», — поделился Александр Климашевич.
Он также добавил, что сохранить голос во время хирургического вмешательства в области шеи очень важно людям, чья профессия связана с работой с голосом (певцы, дикторы телевидения, педагоги и другие).
За характеристику высоких тонов голоса и работу надгортанника в организме отвечает наружная ветвь верхнего гортанного нерва.
«После пересечения этого нерва во время операции у пациентов можно наблюдать нарушение дикции после операции и поперхивание. К тому же человек может быстро уставать, когда говорит», — констатировал профессор Климашевич.
В настоящее время для того, чтобы избежать таких осложнений при операциях на щитовидной железе используют интраоперационный нейромониторинг. Оборудование для него включает нейрофизиологический интраоперационный монитор с несколькими каналами в базовой комплектации. Он имеет продвинутые возможности для проведения нейромониторинга операционного вмешательства, а также гибкие настройки стимуляции.
Пациенту под общим наркозом хирурги делают соответствующий разрез на шее. Ларингеальный электрод устанавливается на интрубационную трубку и контактирует с голосовыми складками. Нерв обнаруживается при помощи визуализации, используя 2,5 кратное увеличение, и зонда-стимулятора. Он присылает электрический импульс на гортанный нерв.
«При обнаружении нерва происходит замыкание цепи, и на экране появляется кривая с параметрами амплитуды и его латентности (скрытности). Изменение графика во время операции говорит о функциональности исследуемого нерва. Могут быть исследованы: возвратно-гортанный нерв, наружная ветвь верхнего гортанного нерва и блуждающий нерв», — пояснил Александр Климашевич.
Нейромониторинг способствует возбуждению электрического потенциала голосового нерва с последующей регистрацией уровня сигнала. Такой принцип позволяет хирургу контролировать функцию нерва при выполнении операции на щитовидной железе и предотвращает его повреждение.
Ученые Пензенского государственного университета предлагает проводить операции на щитовидной железе по-новому. Они разработали методику визуализации и сохранения наружной ветви верхнего гортанного нерва. Ученые-медики предлагают использовать при нейромониторинге не только биполярный зонд-стимулятор, но и монополярный при поиске наружной ветви верхнего гортанного нерва и возвратного гортанного нерва.
«Использование как моно-, так и биполярного зонда повышает вероятность правильного определения хода нерва. Биополярный зонд имеет меньшую глубину проникновения», — рассказал Александр Климашевич.
Профессор Климашевич и соискатель кафедры хирургии медицинского института ПГУ Максим Юдин предлагают также идентифицировать наружную ветвь верхнего гортанного нерва до момента пересечения кровеносных сосудов шеи (такая манипуляция требуется при оперировании щитовидной железы). Это можно сделать следующим образом: в дополнении к нейромониторингу применить интраоперационный мониторинг наружной ветви верхнего гортанного нерва. Перед тем, как пресечь сосуды щитовидной железы, наружная ветвь верхнего гортанного нерва будет детализирована с помощью увеличительной оптики (однако, это получается не во всех случаях). Отметим, гортанный нерв не заметен человеческому глазу — в диаметре может достигать всего 1 мм и меньше и иметь рассыпной тип в зависимости от анатомических особенностей человека.
Как дополнение к своей методике исследователи зарегистрировали программу определения тембра голоса после операций на щитовидной железе (или органах шеи).
«Повреждение возвратно-гортанного нерва не единственная причина изменения голоса. Многие пациенты после перенесенной операции сразу замечают изменения в голосе, хотя клинических повреждений этого нерва не было зафиксировано. Основные жалобы: изменение в голосе при громком разговоре, высота голоса, быстрая усталость при разговоре. Все это может свидетельствовать о травме переднего наружного гортанного нерва», — рассказал Максим Юдин.
Научный коллектив ПГУ с помощью нейросети проводит анализ качества голоса пациентов, перенесших операции на щитовидной железе.
«Применение нейромониторинга поможет улучшить послеоперационное лечение. У пациентов в полном объеме будут сохранены высокие тона голоса и голосовые функции. Кроме того, это новшество профилактирует развитие быстрой усталости голоса и различных проявлений дисфагии (нарушения акта глотания). Это способствует более быстрой послеоперационной реабилитации и выздоровлению у пациентов», — поделился Максим Юдин.
По методике ученых ПГУ было прооперировано более 70 пациентов.
«Мы провели анкетирование, записали фонограмму их голоса после операционного лечения. Оценка фонограмм с помощью зарегистрированной программы показала более быструю реабилитацию», — отметил Максим Юдин.
Один из разработчиков программы определения тембра голоса после операций на щитовидной железе доктор технических наук, директор Студенческого научно-производственного бизнес-инкубатора ПГУ Алан Алимурадов рассказал, что программа предназначена для сегментации слитного потока речи на вокализованные и невокализованные участки и декомпозиции тональных фрагментов на эмпирические моды (частотные составляющие). Программа формирует комплексный вокализованный сигнал, отражающий информацию о работе голосовых связок.
С помощью аналитики программы можно выявить скрытые осложнения после операций: «поврежден» голос или нет. Врач может их видеть по частотным составляющим спектра речи каждого пациента. Если записать голос до и после операции с помощью программы, анализируя послеоперационные записи голоса, можно выяснить, в какой именно части поврежден нерв, и подобрать наиболее эффективное лечение.
«В основе программы лежит преобразование Гильберта-Хуанга, позволяющее анализировать нестационарные речевые данные и корректно раскладывать их на частотные составляющие», — пояснил Алан Алимурадов.
Данные поступают в программу постоянно. Система анализирует, какие сигналы поступают и почему. В сети пять слоев. Они обеспечивают необходимую достоверность по распознаванию и классификации.
Анализ послеоперационной записи голоса пациента при помощи программы поможет в раннем послеоперационном периоде проводить совместно с врачом-фониатором какие-либо лечебные мероприятия по быстрому восстановлению голоса.
«Эта программа позволит своевременно предложить человеку нужную реабилитацию. Программа помогла доказать наличие нарушений в голосе после операции, даже если они не были зарегистрированы при хирургическом вмешательстве высокоточным медицинским оборудованием», — поделился Александр Климашевич.
Способ поможет сохранить функциональность наружной ветви верхнего гортанного нерва при операциях на щитовидной железе и быстрее провести реабилитацию пациентов с полным сохранением прежнего голоса.