Программно-цифровой способ определения степени сращения переломов костей
Изобретение относится к медицине и предназначено для определения степени сращения перелома костей. Сканируют рентгенограмму при помощи сканера. Определяют разницу оптической плотности (РОП) места перелома и кортикального слоя места перелома и при значениях 1,0-1,2 - выявляют завершенную консолидацию, 1,21-1,8 - достаточную консолидацию, 1,81-2,00 - недостаточную консолидацию, а при значении более 2,0 - отсутствие консолидации. Способ позволяет объективизировать качество консолидации перелома на количественном уровне. 2 табл., 2 ил.
Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики степени сращения переломов костей.
Известен способ количественной оценки очага костеобразования по результатам непрямой компьютерной денсиометрии обзорных рентгенограмм (заявка №2001102225/14 от 24.01.2001 г., “Способ количественной оценки очага костеобразования по результатам непрямой компьютерной денсиометрии обзорных рентгенограмм”). Способ заключается в применении непрямой денсиометрии для изучения минеральной плотности дистракционного регенерата при замещении больших дефектов костей или исправлении деформаций конечностей (врожденных или приобретенных), а также при удлинении конечностей для выравнивания их длины.
Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ диагностики выраженности репаративного процесса при сращивании переломов длинной кости, заключающийся в том, что для определения плотности костной ткани исследуют разницу в звукопроводности кости в динамике и перфузионную сцинтиграфию 99 Тс (Патент РФ №2194448 от 06.05.2000, “Способ диагностики сращения переломов длинной кости”). Способ является инвазивным (предусматривает нарушение целостности кожных покровов), а также сопровождается введением радиоизотопныхпрепаратов - 99 Тс, что вызывает дополнительную лучевую нагрузку на больного.
Задачей изобретения является исследование оптических свойств костной ткани для объективизации процесса консолидации (сращения) переломов костей и отражения его в цифровом виде.
Задача достигается тем, что оценивают разницу оптической плотности места перелома (ОПМП) и оптическую плотность кортикального слоя (ОПКС) в динамике сращения перелома по данным рентгенограмм.
Оптическая плотность (ОП) видеоизображения на рентгенограммах зависит, в первую очередь, от плотности тканей, через которые проходит рентгеновский луч. Известно, что черно-белое изображение по оптической плотности (R) раскладывается на 255 тонов, в зависимости от интенсивности окраски пикселов (1 - точка видеоизображения). Так, точка “0” соответствует абсолютно черному цвету. Соответственно точка “255” - абсолютно белому. Таким образом, на рентгеновском видеоизображении, после его оцифровки, с помощью гистографического исследования можно определить оптическую плотность любого пиксела, выделенной площади или всей рентгенограммы. Известно, что чем через более плотную ткань проходит рентгеновский луч, тем более светлое изображение получается на негативе и, напротив, чем меньше плотность исследуемой ткани, тем темнее изображение. Так, кортикальный слой длинной трубчатой кости выглядит на рентгенограмме практически белым, а изображение мягких тканей конечности - темным.
Исходя из этого, очевидно, что оптическая плотность места перелома (ОПМП) на рентгенограмме идентична оптической плотности мягких тканей. По мере срастания перелома ОПМП будет приближаться к оптической плотности кортикального слоя (ОПКС). Таким образом, исследуя оптическую плотность места перелома в динамике, можно проследить процесс консолидации и выразить его в цифровом виде. Однако, учитывая различные качественные характеристики рентгенограмм, достаточно трудно сравнивать получаемые гистограммы и корректно интерпретировать результаты. Для объективизации метода предложено оценивать разницу оптической плотности (РОП) места перелома и кортикального слоя кости, исходя из того, что в динамике в процессе консолидации ОПМП приближается к ОПКС. Соответственно, чем меньше будет показатель РОП места перелома (МП) и кортикального слоя (КС) исследуемой кости, тем более можно говорить о завершенном процессе консолидации.
Исходя из вышеизложенного, мы провели исследование оптической плотности рентгенограмм у 48 пациентов с переломами длинных трубчатых костей конечностей, которые были разделены на 2 группы. В 1-ю (п=24) вошли больные, у которых во время операции чрескостного остеосинтеза достигнута точная репозиция отломков, раневой процесс протекал без осложнений, срастание перелома проходило в обычные для данной локализации перелома сроки. В этой группе лечились по 6 больных с переломами бедренной кости, костей голени, плечевой кости и костей предплечья. 2-ю группу (п=24) составили пациенты, у которых во время операции чрескостного остеосинтеза не была достигнута точная репозиция отломков, сохранялись различные виды смещения отломков в пределах нескольких мм или градусов. В связи с этим срастание перелома проходило в более длительные сроки, чем в 1 группе. В нее также вошли по 6 больных с переломами бедренной кости, костей голени, плечевой кости и костей предплечья. Исследовали оптическую плотность места перелома (ОПМП), оптическую плотность кортикального слоя (ОПКС) и разницу между ОПМП и ОПКС в динамике (РОП).
Снятие параметров с рентгенограмм проводили трижды: на 1 и 30 сут. после травмы и на момент демонтажа аппарата Илизарова (табл. 1).
| Таблица 1 Разница оптической плотности области перелома и кортикального слоя кости | ||||||
| 1 группа* | 2 группа** | |||||
| сут. Сегмент конечности | 1 | 30 | демонтаж аппарата | 1 | 30 | демонтаж аппарата |
| Бедренная кость | 3,19±0,75 | 1,55±0,33 | 1,04±0,17 | 3,10±0,73 | 2,55±0,42 | 1,60±0,34 |
| Кости голени | 3,62±0,81 | 1,69±0,36 | 1,03±0,15 | 4,65±0,90 | 2,75±0,47 | 1,81±0,41 |
| Плечевая кость | 4,73±0,92 | 1,43±0,30 | 1,08±0,22 | 3,69±0,83 | 1,92±0,55 | 1,55±0,39 |
| Кости предплечья | 5,66±0,99 | 1,35±0,27 | 1,06±0,20 | 5,26±0,95 | 2,19±0,41 | 1,80±0,40 |
| Средние показатели | 4,30±0,85 | 1,51±0,32 | 1,05± 0,19 | 4,21±0,82 | 2,35±0,41 | 1,70±0,36 |
| (р≤0.5) *срок демонтажа аппарата - 66,5±10,8 сут; ** срок демонтажа аппарата - 111,8±17,5 сут. |
На момент травмы (1 сут.) РОП места перелома и кортикального слоя практически не различалась и составляла в пределах 4,21±0,82 -4,30±0,85 в обеих группах. Однако уже через 30 сут. в значении РОП в исследуемых группах выявлялись существенные различия. Так, в 1 группе она составляла 1,51±0,32; тогда как во 2 группе - 2,35±0,41. Таким образом, через 30 суток РОП в 1 группе была меньше, чем во 2 группе, в 1,56 раза.
К моменту демонтажа аппарата, причем, в 1 группе он выполнялся к 66,5±10,8 сут., а во 2 группе - к 111,8±17,5 сут., РОП составила в 1 группе 1,05±0,19, тогда как во 2 группе -1,70±0,36. Таким образом, к сроку консолидации перелома, диагностируемого по клиническим, рентгенологическим и функциональным критериям, ОПМП в 1 группе достоверно не отличалась от ОПКС, тогда как во 2 группе этот показатель был выше, чем в 1 группе, в 1,62 раза. На способ исследования оптической плотности костной ткани подана заявка на изобретение.
Клинический пример 1. ИБ 152, 19.12.93 (2 группа). Фрагментарно-оскольчатый перелом бедренной кости в средней трети со смещением отломков (фиг.1).
Из анализа вышеприведенных гистограмм фиг.1 следует, что на 1 сут. после травмы ОПМП была ниже, чем ОПКС, в 3,15 раз. На 30 сут. показатель РОП уменьшился только до 3,05. И лишь к 150-м суткам (на момент демонтажа аппарата Г.А.Илизарова) РОП снизилась до 1,77. Причиной этому явилась недостаточная репозиция отломков в аппарате и замедленная консолидация перелома, которая видна на ренгенограммах фиг.1.
Клинический пример 2. ИБ №3503, 20.08.01 (1 группа). Перелом бедренной кости в нижней трети со смещением отломков (фиг.2).
На 1 сут. после травмы ОПМП была ниже, чем ОПКС, в 1,87 раз. На 30 сут. показатель РОП уменьшился до 1,56. На момент демонтажа аппарата Г.А.Илизарова (на 60 сут.) РОП снизилась до 1,03. Таким образом, к указанному сроку ОПМП и ОПКС достоверно не различались. Исходя из проведенных выше оптических свойств костной ткани, в частности ОПМП, ОПКС и РОП, а также сопоставляя их с клиническими, рентгенологическими и функциональными критериями консолидации переломов костей, мы предлагаем классификацию степени консолидации переломов костей (табл.2).
| Таблица 2 Классификация степени консолидации переломов костей конечностей | |
| Степень консолидации | Разница оптической плотности (РОП) кортикального слоя (КС) и места перелома (МП) |
| 1. Завершенная консолидация | 1,0-1,20 |
| 2. Достаточная консолидация | 1,21-1,80 |
| 3. Недостаточная консолидация | 1,81-2,00 |
| 4. Отсутствие консолидации | Более 2,00 |
Таким образом, исследование оптической плотности костной ткани в динамике срастания перелома по данным оцифрованных рентгенограмм и анализа гистограмм области перелома и области кортикального слоя позволяет объективизировать качество консолидации перелома на количественном (цифровом) уровне. Метод объективен, неинвазивен и, кроме наличия персонального компьютера и сканера, позволяющего сканировать рентгенограммы, не требует дополнительных материальных затрат.
Способ определения степени сращения перелома костей, включающий сканирование рентгенограммы при помощи сканера и определение разницы оптической плотности (РОП) места перелома и кортикального слоя места перелома и при значениях 1,0-1,2 выявляют завершенную консолидацию, 1,21-1,8 - достаточную консолидацию, 1,81-2,00 - недостаточную консолидацию, а при значении более 2,0 - отсутствие консолидации.
