But for millions of low-back pain sufferers, care decisions rely heavily on subjective measures of patient discomfort -- often leading to expensive tests and treatments (back pain is the third-highest U.S. health care expenditure, after diabetes and heart disease) that don't necessarily offer a permanent solution.

Ohio State University engineering and medical researchers are developing a digital health system approach designed to enhance back-pain clinical decision-making. After completing a series of studies testing precise, objective measurements they've perfected in the lab, the team aims to apply the data-driven practices to the assessment and repair of back problems brought on by dysfunction in the spine.

In a recent study published in Clinical Biomechanics, researchers combined self-reported pain and disability measures with data from a wearable motion-sensing system to evaluate low-back function in lumbar fusion surgery patients. While post-operative pain relief and lower disability were self-reported within six weeks, the objective metrics didn't detect actual functional improvement in the spine for at least six months after surgery.

These precise motion-based measures, and their inclusion in a burgeoning national database of patient spine-function scores and other medical data, could form the basis of more objective clinical decision-making for surgical patients, the researchers concluded.

"Вы просто не можете спрашивать людей только о том, как они относятся к своей спине", - сказал старший автор Уильям Маррас, исполнительный директор Института исследований позвоночника в штате Огайо.

"При болях в спине людей просят оценить, как они себя чувствуют, по шкале от 1 до 10. Но поскольку у вас нет болевых рецепторов в диске, что это значит? Наша технология пытается привнести объективные показатели в проблему и посмотреть не только на то, как люди относятся к боли в спине, но и количественно измерить, насколько отличаются их движения и что это означает с точки зрения биомеханики", - сказал Маррас, профессор интегрированной системной инженерии в Медицинском колледже, академические назначения в ортопедии, нейрохирургия, физическая медицина и реабилитация.

Лаборатория Марраса десятилетиями изучала повседневные жизненные силы, воздействующие на позвоночник, и 30 лет назад разработала первый носимый датчик спины, чтобы оценить, как движения при выполнении ряда задач в различных условиях влияют на спину. Совсем недавно его команда оснастила эти устройства коммерчески доступными чипами, которые обычно используются в сотовых телефонах, и которые сообщают нам, где мы находимся в космосе.

Система, получившая название "Conity", оснащена клиническим монитором движения поясницы, который оснащен чиповыми датчиками, установленными на верхней части спины и поясных ремнях безопасности, чтобы фиксировать трехмерную "подпись движения" человека во время выполнения серии стандартизированных движений. Комбинированные технологии дают количественные данные не только о диапазоне движений, но и о скорости и ускорении движения - цифры, которые, как показало исследование Марраса, являются более информативными для понимания функции позвоночника.

121 пациент, участвовавший в исследовании в операции по спондилодезу поясничного отдела позвоночника, был обследован один раз до и пять раз после операции на сгибание вперед и назад, сгибание из стороны в сторону и вращение позвоночника. Чтобы определить их оценку функциональной работоспособности, их индивидуальные данные сравнивались с комбинированным показателем, основанным на данных, собранных у здоровых людей контрольной группы. Участники также заполнили анкеты, оценивающие их боль, инвалидность, избегающее страха поведение и качество жизни во время исходных и послеоперационных посещений.

Первые значительные улучшения функциональных показателей, основанные на данных датчиков движения, были замечены у этих пациентов только через шесть месяцев после операции, при этом функция неуклонно прогрессировала в течение следующих 18 месяцев. Но пациенты сами сообщали о значительном улучшении болевых ощущений, способности избегать страха уже через шесть недель после операции.

Хотя облегчение боли важно, исследователи отметили, что объективная функциональная оценка может быть лучшим показателем того, когда безопасно возвращаться к нормальной деятельности после операции по спондилодезу.

"Наша технология способна определить, 1, есть ли у вас проблемы со спиной или нет, и 2, каков ее статус? Становится ли лучше, становится ли хуже, прогрессирует ли это или это зашкаливает?" сказал Маррас. "Когда вы наносите ущерб спине, и особенно дискам, вы не знаете, когда происходит повреждение, потому что у нас очень мало нервных рецепторов в диске. Вы могли бы нанести ущерб, и люди никогда бы не узнали".

Использование Маррасом мониторов движения в более раннем исследовании вызвало интерес военных к этой технологии и обеспечило финансирование Министерства обороны, чтобы ее можно было использовать для оценки функции позвоночника у летных экипажей - группы военнослужащих, которые, как известно, испытывают боли в пояснице.

"В мире заболеваний поясницы главное - не позволять этому продолжаться месяцами или годами, пока не станет по-настоящему плохо, потому что тогда с этим действительно трудно справиться", - сказал Маррас. "Военные руководители, с которыми мы разговаривали, считают, что это могло бы подтолкнуть экипажи самолетов к правильному решению и предотвратить проблемы в будущем.

"Это позволило нам расширить наши базы данных, значительно развить технологию и превратить ее в платформу цифровой системы здравоохранения, которая могла бы помочь многим людям в вооруженных силах решить их проблемы. И это стало отправной точкой, которая открыла возможности для Национальных институтов здравоохранения сделать то же самое ".

Помимо информации из анкет пациентов и данных датчиков движения, исследователи также включают результаты медицинской визуализации и электронную медицинскую документацию в базу данных, чтобы обеспечить высоко индивидуализированные оценки и расширить аналитические возможности платформы.

Маррас является одним из главных исследователей участия штата Огайо в предстоящем финансируемом из федерального бюджета клиническом исследовании по оценке методов лечения позвоночника и продолжает собирать данные датчиков движения о людях с болями в спине и без них независимо от этого исследования. Его команда также разработала программное обеспечение для врачей, чтобы расширить доступность тестирования датчиков движения по всей стране.

"Мы создаем систематическую компьютерную платформу, которую мы могли бы распространять в любой точке страны", - сказал он. "Мы надеемся, что, сотрудничая с различными университетами, мы сможем создать базу данных, достаточно большую, чтобы мы могли использовать искусственный интеллект и машинное обучение, чтобы разобраться и выяснить, что является наиболее важным. Мы думаем, что знаем, но сложный анализ множества данных мог бы помочь нам найти все, что мы могли бы упустить".

Соавторами исследования операции по сращиванию поясничного отдела позвоночника, все из штата Огайо, были Сафдар Хан, Прасат Магесваран, Гай Брок, Мэрайя Эйснер и Сью Фергюсон. Работа была частично поддержана Национальным центром продвижения трансляционных наук.