Способ количественной оценки сосудистого русла кости
Владельцы патента RU 2270600:
Государственное учреждение Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А. Илизарова (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии и травматологиии, и предназначено для использования в экспериментальных и клинических исследованиях сосудистой системы кости. Способ количественной оценки сосудистого русла кости включает выделение сосудов на исследуемом участке и измерение их параметров. В качестве исследуемого участка используют обозначенные участки кости, вводят контрастное вещество, выполняют ангиографию в двух проекциях, оконтуривают исследуемый участок, измеряют его площадь, на изображении выделяют сосуды, выполняя интерактивную сегментацию, получают бинарное изображение, на котором изображение сосудов имеет максимальную интенсивность, измеряют суммарную площадь сосудов этого участка и рассчитывают индексы кровоснабжения ИКфр=Sсфр/Sуфр, ИКсаг=Scсаг/Syсаг, ИКу=(ИКфр+ИКсаг)/2, где ИКу - индекс кровоснабжения исследуемого участка; ИКфр - индекс кровоснабжения исследуемого участка во фронтальной проекции; ИКсаг - индекс кровоснабжения исследуемого участка в саггитальной проекции; Sсфр, Scсаг - суммарная площадь сосудов исследуемого участка во фронтальной, саггитальной проекции; Sуфр, Syсаг - площадь исследуемого участка во фронтальной, саггитальной проекции, после чего измеряют диаметр сосудов и определяют степень их ориентировки. Использование изобретения позволяет повысить точность оценки сосудистого русло кости. 6 ил.
Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии и травматологии, в частности к способам диагностики состояния сосудистого русла в костной ткани, и предназначено для использования в экспериментальных и клинических исследованиях сосудистой системы кости.
Известен способ исследования архитектоники артериальных сосудов в селезенке, включающий определение на ангиограммах артерио-селезеночного индекса как отношение суммарной площади сечений артериальных сосудов к площади селезенки (Соколов В.В. Возрастные особенности архитектоники артериальных сосудов селезенки / Соколов В.В., Каплунова О.А., Овсеенко Т.Е. // Морфология. - 2003. - №4. - С.57-60). Однако известный способ используют только для исследования сосудистого русла паренхиматозных и полых органов.
Известен способ количественной характеристики сосудистого русла кости, при котором в качестве показателя количественных и структурных изменений сосудов зоны регенерата при двойном переломе большеберцовой кости собаки использован относительный удельный объем просвета сосудов, измеренный точечным методом полей Глаголева (Проскура В.Б. Количественная характеристика сосудистого русла кости / Проскура В.Б., Билобров В.М., Чугай А.В., Хиженков П.К., Шевчук А.В. // Ред. Ж.Ортопед., травматол. и протезир. - 1990. - 16 с. - ДЕП. в ВИНИТИ 29.03.90, №1690-В90). Однако известный способ применяют для исследования сосудистого русла только на гистологических препаратах.
Известен способ определения степени пространственной ориентации интрамуральных кишечных артерий, включающий измерение углов между длинниками кишечных артерий и направляющей линией, проведенной в плоскости, перпендикулярной по отношению к длине главного артериального ствола (Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия: Руководство / Г.Г. Автандилов. - М., Медицина, 1990. - 384 с.). Однако известный способ применяют для исследования сосудистого русла только на макроскопических и гистологических препаратах.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа количественной оценки сосудистого русла кости, позволяющего исследовать интенсивность кровоснабжения участков кости и определить ориентировку внутрикостных сосудов.
Поставленная задача решается тем, что в способе количественной оценки сосудистого русла кости, включающем измерение площади исследуемого органа и площади, занятой сосудами, в качестве исследуемого органа используют обозначенные участки кости, вводят контрастное вещество, выполняют ангиографию в двух проекциях, после чего осуществляют оцифровку изображений ангиограмм, оконтуривают исследуемый участок, измеряют его площадь и суммарную площадь сосудов этого участка, рассчитывают индекс кровоснабжения (ИК), используя математическое выражение: ИК=Sc/Sy, где ИК - индекс кровоснабжения, Sc - суммарная площадь сосудов, Sy - площадь исследуемого участка, затем измеряют диаметр сосудов и определяют степень ориентировки сосудов.
Целесообразно для количественной оценки ремоделированного сосудистого русла кости в качестве исследуемого органа использовать удлиненную кость, на которой обозначают следующие участки: проксимальные и дистальные метаэпифизы, дистракционные регенераты, перемещаемые фрагменты и участок стыка костных фрагментов.
Изобретение поясняют подробным описанием, статистическими рассчетами, экспериментальным примером и ангиограммами, на которых:
Фиг.1 - схема исследуемого макропрепарата большеберцовой кости (а - проксимальный метаэпифиз, б - проксимальный дистракционный регенерат, в - проксимальный перемещаемый фрагмент, г - дистальный дистракционный регенерат, д - дистальный перемещаемый фрагмент, е - участок стыка костных фрагментов, ж - дистальный метаэпифиз);
Фиг.2 - изображение оконтуренного проксимального перемещаемого фрагмента;
Фиг.3 - бинарное изображение исследуемого участка (сосуды белого цвета);
Фиг.4 - выделение фрагмента исследуемого участка стандартной рамкой для увеличения изображения;
Фиг.5 - фрагмент изображения, увеличенный в 18 раз, и измерение диаметров сосудов;
Фиг.6 - измерение углов (толстая стрелка - направляющая линия, перпендикулярная по отношению к вектору приложения сил; тонкая стрелка - длинник сосуда).
Способ осуществляют следующим образом.
Для заполнения сосудов конечностей используют рентгеноконтрасные вещества. Выполняют ангиографию в 2-х стандартных проекциях.
Для определения количественных параметров сосудистой системы используют компьютерный анализ изображений ангиограмм, который выполняют на анализаторе изображений "Нейронное зрение" (Версия 2.0) и аппаратно-программном комплексе, включающем устройство для ввода изображений, персональный компьютер IBM 486DX-33 и интегрированный пакет прикладных программ ДиаМорф - Cito (Версия 1.1 Регистрационное удостоверение МЗ РФ №98/219-137). Измеряют площади участков, суммарную площадь сосудов на исследуемых участках, диаметры сосудов, углы между длинниками сосудов и направляющей линией, перпендикулярной по отношению к вектору приложения сил (направлению дистракции). Цифровой материал обрабатывают в программе Microsoft Excel-97. Рассчитывают ИК, представляющего собой отношение суммарной площади сечений сосудов к площади исследуемого участка, средний диаметр сосудов, средний угол, его среднеквадратическое отклонение и дисперсию.
Для получения результатов в абсолютных единицах (мм и мкм), перед измерением параметров, выполняют геометрическую калибровку по изображению объекта-шкалы известного размера - 30 мм (30000 мкм), введенного одновременно с анализируемым изображением.
На изображениях ангиограмм оконтуривают подлежащие исследованию участки и измеряют их площади. Для измерения суммарной площади сосудов выделяют их на изображении, выполняя интерактивную сегментацию. В результате получают бинарное изображение, на котором сосуды принимают значение интенсивности, равное 255, и имеют белый цвет, фон изображения черного цвета и имеет интенсивность, равную 0. Полученные значения используют для расчета ИК, применяя математическое выражение: ИК=Sc/Sy, где ИК - индекс кровоснабжения, Sc - суммарная площадь сосудов, Sy - площадь исследуемого участка.
Для измерения диаметров сосудов фрагмент изображения исследуемого участка выделяют стандартной прямоугольной рамкой и увеличивают в 18 раз. После чего выполняют высокочастотную фильтрацию для получения четкого изображения границ сосудов. По длине сосуда накладывают 10 поперечных отрезков, измеряют их длину в мкм и рассчитывают средний диаметр каждого измеренного сосуда. При использовании данной методики удалось получить достаточно четкое изображение сосудов, имеющих диаметр от 114 мкм, что свидетельствует об отношении их к артериальному руслу. Диаметры сосудов микроциркуляторного русла на ангиограммах определить не удалось из-за их небольшой величины (до 100 мкм).
Для каждого исследуемого участка рассчитывают средний угол между сосудами и направляющей линией, а также среднее квадратическое отклонение и дисперсию, которые используют для определения степени ориентировки сосудов. Результаты оценивают по Автандилову: 1) сосуды имеют строгую ориентацию (дисперсия равна нулю); 2) сосуды имеют предпочтительную ориентировку (дисперсия меньше 900 или среднее квадратическое отклонение меньше 30); 3) сосуды случайно ориентированны (дисперсия равна или больше 900, среднее квадратическое отклонение равно или больше 30).
Пример выполнения способа.
История болезни №182, животное №0781, возраст 2 года, вес 18 кг, длина голени 17 см.
Перед проведением ангиографических исследований экспериментального животного выводят из опыта.
Для заполнения артерий конечностей используют массу Гауха (Привес М.Г., 1948), вводимую через бедренную артерию. Контрастную массу вводят в сосуды шприцем. Полноту инъекции определяют по сопротивлению поршня шприца, а также по вытеканию контрольной массы из небольшого разреза кожи подошвенной поверхности стопы.
Рентгенографию осуществляют в кассете без усиливающего экрана до и после послойного препарирования мягких тканей. При напряжении 48-57 кВ экспозицию продолжают 50-100 мсек, в зависимости от объема конечности.
Изображения ангиограмм в 2-х проекциях (фронтальной и сагиттальной) вводят в память компьютера на аппаратно-программном комплексе, включающем устройство для ввода изображений, персональный компьютер IBM 486DX-33 и интегрированный пакет прикладных программ ДиаМорф - Cito (Версия 1.1 Регистрационное удостоверение МЗ РФ №98/219-137). Компьютерный анализ изображений ангиограмм выполняют на анализаторе изображений "Нейронное зрение" (Версия 2.0) и аппаратно-программном комплексе, указанном выше. Измеряют площади участков, суммарную площадь сосудов на исследуемых участках, диаметры сосудов, углы между длинниками сосудов и направляющей линией, перпендикулярной по отношению к вектору приложения сил (направлению дистракции). Цифровой материал обрабатывают в программе Microsoft Excel-97. Рассчитывают ИК, средний диаметр сосудов, среднеквадратическое отклонение и дисперсию углов.
Для получения результатов в абсолютных единицах (мм и мкм), перед измерением параметров, выполняют геометрическую калибровку по изображению объекта-шкалы известного размера - 30 мм (30000 мкм), введенного одновременно с анализируемым изображением.
На изображениях ангиограмм в двух проекциях оконтуривают исследуемый участок (перемещаемый проксимальный фрагмент) и измеряют его площадь. Для измерения суммарной площади сосудов выделяют их на изображении, выполняя интерактивную сегментацию. В результате получают бинарное изображение, на котором сосуды принимают значение интенсивности, равное 255, и имеют белый цвет, фон изображения черного цвета и имеет интенсивность, равную 0.
Рассчитывают ИК
ИКфр=Sсфр/Sуфр=750/264=0,35
ИКсаг=Scсаг/Syсаг=1005/310=0,31
ИКу=(ИКфр+ИКсаг)/2=(0,35+0,31)/2=0,33,
где ИКу - индекс кровоснабжения исследуемого участка,
ИКфр - индекс кровоснабжения исследуемого участка во фронтальной проекции,
ИКсаг - индекс кровоснабжения исследуемого участка в сагиттальной проекции,
Sсфр, Scсаг - суммарная площадь сосудов исследуемого участка во фронтальной, сагиттальной проекции,
Sуфр, Syсаг - площадь исследуемого участка во фронтальной, сагиттальной проекции.
Для измерения диаметров сосудов фрагмент изображения исследуемого участка выделяют стандартной прямоугольной рамкой и увеличивают в 18 раз. После чего выполняют высокочастотную фильтрацию для получения четкого изображения границ сосудов. По длине сосуда накладывают 10 поперечных отрезков, измеряют их длину в мкм и рассчитывают средний диаметр каждого измеренного сосуда.
Средний диаметр сосудов на исследуемом участке составил 382±81 мкм (М±SD).
На исследуемом участке измеряют углы между длинниками сосудов и направляющей линией, рассчитывают среднее арифметическое значение (М), среднее квадратическое отклонение (SD) и дисперсию (D). Результаты оценивают по Автандилову.
Средний угол между длинниками сосудов и направляющей линией составил 87°, при среднем квадратическом отклонении SD=29 и дисперсии D=882, что свидетельствует о предпочтительной ориентации сосудов.
Предлагаемый способ позволяет дать количественную оценку сосудистого русла кости и оценить степень кровоснабжения исследуемого участка.
Предлагаемый способ применяется в экспериментальном отделе ГУ РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А. Илизарова и может быть использован в клинике для исследования любого контрастированного сосудистого русла.
Способ количественной оценки сосудистого русла кости, включающий выделение сосудов на исследуемом участке и измерение их параметров, отличающийся тем, что в качестве исследуемого участка используют обозначенные участки кости, вводят контрастное вещество, выполняют ангиографию в двух проекциях, оконтуривают исследуемый участок, измеряют его площадь, на изображении выделяют сосуды, выполняя интерактивную сегментацию, получают бинарное изображение, на котором изображение сосудов имеет максимальную интенсивность, измеряют суммарную площадь сосудов этого участка, рассчитывают индексы кровоснабжения ИКфр, ИКсаг, ИКу, используя математические выражения: ИКфр=Sсфр/Sуфр, ИКсаг=Scсаг/Syсаг, ИКу=(ИКфр+ИКсаг)/2, где ИКу - индекс кровоснабжения исследуемого участка; ИКфр - индекс кровоснабжения исследуемого участка во фронтальной проекции; ИКсаг - индекс кровоснабжения исследуемого участка в саггитальной проекции; Sсфр, Scсаг - суммарная площадь сосудов исследуемого участка во фронтальной, саггитальной проекции; Sуфр, Syсаг - площадь исследуемого участка во фронтальной, саггитальной проекции, затем измеряют диаметр сосудов и определяют степень ориентировки сосудов.
