Способ исследования и диагностики патологии костной ткани при сахарном диабете

Изобретение относится к медицине и предназначено для исследования и диагностики патологии костной ткани при сахарном диабете. Получают изображения участков костной ткани. Осуществляют морфоденситометрический анализ изображения исследуемых участков костной ткани. Формируют морфофункциональную структуру в виде графа, разделяющего исследуемый участок костной ткани на структурно-функциональные участки. Сравнивают показатели этих участков: конформацию и конфигурацию графа, его замкнутые и разомкнутые элементы. При наличии изменений конформации, конфигурации, количества замкнутых и разомкнутых элементов выявляют патологическое состояние костной ткани при сахарном диабете. Предлагаемое изобретение позволяет получить более объективную картину изменений в костной ткани на уровне ее структуры, основными характеристиками которой являются морфо-функциональные показатели, являющимися предикторами сахарного диабета. 3 з.п.ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к медицине и может найти применение в клинической медицине, в частности в диабетологии, и может быть использовано для выявления и диагностирования патологии костной ткани, в том числе на ранней стадии, при сахарном диабете (СД), а также для оценки лечебного воздействия на основе морфоденситометрического (МДМ) анализа при помощи видеокомпьютерного комплекса (ВКК), в состав которого входит система "TENETA"^®, обеспечивающая проведение мультимедийной поэтапной демонстрации работы с исследуемым биологическим объектом (биообъектом) с применением информационных технологий получения медико-биологической информации, в том числе клинической, например, для дистанционного образования и управления процессом обучения медицинских кадров, использовании телекоммуникационных технологий в сфере медико-биологических работ, использовании методов доказательной медицины и телепатологии, в предоставлении медицинской помощи.

В настоящее время эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что сахарный диабет на современном этапе является третьим по распространенности заболеванием. По прогнозам этой международной организации, количество больных сахарным диабетом к 2025 году в развитых странах увеличится на 41% (с 51 до 72 млн. человек). В развивающихся странах к этому времени ожидается увеличение численности больных СД на 170%. В глобальном масштабе распространенность СД увеличится на 122%, со 135 до 300 млн. человек. Рост заболеваемости более чем в 2 раза будет обусловлен увеличением общей популяции, а также старением населения.

Нарушение состояния костной ткани, в том числе изменение ее минеральной плотности (МПК), может быть связано с наличием различного рода заболеваний, например, таких как диабетические остеопороз, остеопения и т.д., являющиеся одной из причин госпитализации этого контингента больных, частых переломов и т.п.

Данное заболевание представляет собой системное поражение скелета, характеризующееся уменьшением массы костной ткани и нарушением ее микроархитектоники с последующим нарастанием хрупкости кости и склонности к возникновению переломов. Костная масса и плотность костной ткани могут быть измерены с достаточными показателями точности и воспроизводимости - этот показатель лежит в основе практического определения остеопороза в клинике.

Проблема усугубляется отсутствием методов, позволяющих проводить исследования костной ткани с целью раннего доклинического выявления нарушений и проведения адекватной коррекции и лечения с возможностью контроля лечебного воздействия.

В большинстве случаев, например, диабетическая остеопатия протекает бессимптомно или малосимптомно и диагностируется уже при наличии патологических переломов костей. Наиболее часто пациенты предъявляют жалобы на боли в костях и суставах различной интенсивности и локализации: в стопах (в половине случаев), голеностопных и тазобедренных суставах, позвоночнике, усиливающиеся после физической нагрузки, при длительном пребывании в одном положении, которые облегчались или исчезали после отдыха лежа. Кроме того, больные предъявляли жалобы на деформацию суставов стопы и ограничение их подвижности. У 9% пациентов с СД 1 типа и 5% с СД 2 типа выявлены переломы позвонков и костей стоп в анамнезе.

Известен способ диагностики патологии костной ткани при заболевании СД методом рентгенографии, включающий исследование рентгеновского изображения, по которому выявляют патологические изменения в костно-суставной системе, выраженность которых зависит от длительности основного заболевания (журнал "Остеопороз и остеопатия", М.: Медицина, №3, стр.7-8, 1998 г.)

Данный способ исследования является недостаточно информативным и точным. Он не позволяет выявлять наличие изменений в костной ткани в раннем периоде развития заболевания, т.к. аппаратная система и носители информации о результатах исследований, используемые в данном случае, позволяют оценить изменения в достаточно позднем периоде развития заболевания, когда дефицит костной ткани составляет 30-50%.

За ближайший аналог принят способ диагностики патологии костной ткани при СД с использованием метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (рентгеновская денситометрия, РД), включающий исследование костно-суставной системы, по его изображению, с последующим измерением минеральной плотности костной ткани в любом участке скелета с использованием оптических характеристик кости при облучении ее диапазоном электромагнитных излучений рентгеновского диапазона и с учетом корреляции между оптическими показателями и рентгеновским излучением, прошедшим через костную ткань, с последующим определением степени ее минерализации. На основе выявленной корреляции разработаны методы определения степени минерализации (Mazess, RB, "Bone densitometry using dial - energ x - ray absorbtiometry, Surr. Opin. Ort hop." 1996, №7, стр.5-11).

Основным недостатком известного способа является незначительная область использования способа из-за низкой достоверности информации о состоянии костной ткани, невозможности выявить изменения в ней на более ранних этапах.

Это обусловлено тем, что с помощью данного способа выявляют патологию костной ткани у 54% пациентов с СД, независимо от его типа. Между длительностью СД и снижением МПКТ существует средней силы отрицательная корреляционная связь (СД 1 типа: r=-0,37, р=0,0055, СД 2 типа: r=-0,44, р=0,02). Более всего эта зависимость выражена у больных СД в молодом возрасте (до 50 лет): у мужчин r=-0,75, р=0,03, у женщин r=-0,54, р=0,04). Данный способ информативен в тех случаях, когда имеет место только изменение минеральной плотности костной ткани (МПКТ). Однако этому предшествуют патологические изменения на клеточном, гистологическом и мезаструктурном уровнях, а именно: в соотношении активности остеобластов и остеокластов. Затем происходит изменение ее трабекулярной структуры костной ткани, что проявляется в изменении ее ультраструктуры. На последующих этапах вследствие активности остеокластов, приводящих к деминерализации костной ткани, наблюдают изменения плотностных характеристик, которые регистрируют известный способ.

Задачей изобретения является расширение диапазона использования способа исследования и диагностики патологии костной ткани у больных СД за счет возможности проводить исследования и диагностирование костной ткани при заболевании СД с целью выявления патологических нарушений, в том числе ранних доклинических, проведения адекватной коррекции и контролируемого лечебного воздействия на основе повышения точности, информативности, достоверности, эффективности и упрощения на основе принципов доказательной медицины.

Сущность изобретения заключается в том, что способ исследования и диагностики патологии костной ткани при сахарном диабете, включающий исследование заданных участков по изображению, сравнение этих участков с участками костной ткани данного класса и определение по его результатам состояния костной ткани, отличается тем, что изображение, по крайней мере, части костной ткани, формируют по данным носителя информации, являющимся результатом инструментального исследования, морфоденситометрически преобразуют его до изображения реальной костной ткани путем формирования морфофункциональной структуры в виде графа, разделяющего губчатую часть костной ткани морфофункциональными границами на структурно-функциональные участки, сравнивают морфо-функциональные показатели этих участков, по крайней мере, губчатой части костной ткани: конформацию и конфигурацию графа, его замкнутые и разомкнутые элементы, зоны накопления веществ и при наличии изменений конформации, конфигурации, количества замкнутых и разомкнутых элементов, наличии зон накопления веществ выявляют патологическое состояние костной ткани при сахарном диабете. В качестве носителя информации используют результат исследований с использованием рентгеновского излучения. Используют, по крайней мере, результат рентгеноденситометрического исследования. Участки между графом цветокодируют путем задания цветовых оттенков с учетом распределения величин оптических плотностей.

Использование изобретения позволяет получить следующий технический результат.

Способ позволяет получить более объективную картину изменений в костной ткани на уровне ее структуры, основными характеристиками которой являются морфофункциональные показатели, являющимися предикторами сахарного диабета. Кроме этого, способ позволяет выявить предсказуемые локальные зоны первоначальных изменений в костной ткани, что позволит значительно снизить лучевую нагрузку на организм из-за возможности проведения прицельного исследования этой зоны с использованием рентгеновского излучения. Метод эффективен для скринингового обследования для выявления групп больных, имеющих предрасположенность к сахарному диабету, с целью проведения таких профилактических мероприятий, как медикаментозное и физиотерапевтическое адресное лечение, в том числе в части диетологии и т.д., в конечном итоге уменьшить обращаемость заболевших за специализированной хирургической помощью. Использование метода МДМ анализа в данном случае позволяет проводить дистанционную диагностику, консультации и т.п.

Технический результат достигается за счет того, что при обследовании больных с заболеванием СД впервые применен способ на основе компьютерного морфоденситометрического анализа фрагментов рентгеноденситограмм, позволяющий объективизировать оценку выявленных по ним изменений в костной ткани при сахарном диабете и количественно охарактеризовать зоны возможных патологических изменений костной ткани.

Кроме того, способ позволил проанализировать внутреннюю структуру кости неинвазивным методом, компьютерно препарируя ее до участков, характеризующих текстуру губчатой кости, а также определить, что губчатое вещество и кортикальный слой костной ткани при сахарном диабете поражаются одновременно, что обусловлено изменениями морфофункциональной активности остеобластов и остеокластов.

Создан системный диагностический подход, основанный на применении комплексных методов диагностики диабетической остеопатии, позволяющий объективизировать ее морфологические проявления, что способствует повышению эффективности терапевтических и профилактических мероприятий, исследование костной ткани позволяет объективно оценить состояние ее структурных элементов, их локальных зон архитектоники с помощью морфофункциональных параметров в виде графических представлений и других морфоденситометрических показателей.

В основу способа положен впервые установленный авторами факт, что губчатое вещество и кортикальный слой костной ткани поражаются при сахарном диабете одновременно,

Способ осуществляется следующим образом.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлены:

на фиг.1 - исходное изображение фрагмента костной ткани (в норме и патологии), а также их морфоденситометрические преобразования;

на фиг.2 - гистограмма изменения оптической плотности при сканировании костной ткани;

на фиг.3 - однотонно окрашенные изображения фрагментов костной ткани (слева) и их цветокодированные увеличенные изображения с выделенными графами;

на фиг.4 - цветокодированные изображения с выделенными графами

с помощью МДМ преобразований системой "TENETA"^®;

на фиг.5 - изображение фрагмента костной ткани (в норме и патологии, а также их морфоденситометрические изображения) и изображения с выделенными графами;

на фиг.6 - изображения с выделенной МДМ операцией архитектоникой с помощью системы "TENETA"^®;

на фиг.7-9 - таблицы;

на фиг.10 - блок-схема, характеризующая единую систему сопоставления различных функциональных и морфологических методов обследований патологии костной ткани при сахарном диабете.

Проводят инструментальное исследование костной ткани по его изображению, сравнивают изображения этих участков с изображениями участков костной ткани данного класса и определяют по результатам сравнения состояние костной ткани. Изображение, по крайней мере, в части костной ткани формируют по данным носителя информации, являющимся результатом инструментального исследования, морфоденситометрически преобразуют его до изображения реальной костной ткани путем формирования морфофункциональной структуры в виде графа, разделяющего губчатую часть костной ткани морфофункциональными границами на структурно-функциональные участки, сравнивают морфофункциональные показатели этих участков, по крайней мере, губчатой части костной ткани: конформацию и конфигурацию графа, его замкнутые и разомкнутые элементы, зоны накопления веществ и при наличии изменений конформации, конфигурации, количества замкнутых и разомкнутых элементов, наличии зон накопления веществ выявляют патологическое состояние костной ткани при сахарном диабете. В качестве носителя информации используют результат исследований с использованием рентгеновского излучения. Используют, по крайней мере, результат рентгеноденситометрического исследования. Участки между графом цветокодируют путем задания цветовых оттенков с учетом распределения величин оптических плотностей.

Клинические исследования проводились в лаборатории кафедры эндокринологии и диабетологии, биохимической кафедры медицинской радиологии при Радиологическом центре Российской медицинской академии последипломного образования (РМАПО) и в биохимической лаборатории Центральной клинической больницы Министерства путей сообщения (ЦКБ МПС). Полученные лабораторные данные сравнивали с собственными результатами контрольной группы, которая состояла из 40 здоровых людей без сахарного диабета, заболеваний костно-суставной системы, щитовидной и паращитовидных желез, почек, онкологических и других хронических заболеваний. Данный контингент обращался в консультативно-диагностическое отделение ЦКБ МПС во время прохождения регулярных медицинских освидетельствований как сотрудники железнодорожной службы.

Учитывая применение различных методик, определяли достоверные показатели, которые позволили бы сопоставить эффективность использованных методов диагностики, а именно определения костных маркеров, таких как паратгормон, остеокальцин и С-терминальный телопептид, рентгенографии, УЗ денситометрия, остеосцинтиграфии, рентгеностеоденситометрии и морфоденситометрия. Были определены следующие показатели: точность метода, его чувствительность и специфичность.

Исследуя уровень ПТГ у больных с СД, было выявлено 7,5% случаев, выходящих за рамки нормальных значений. Изменение уровня остеокальцина в опытной группе выявлено у 10% больных. При анализе результатов значений С-терминального телопептида, было получено, что у 26% пациентов уровень СТх оказался повышенным.

При сравнении лабораторных методик определения костных маркеров самым точным и чувствительным методом определен метод определения С-терминального телопептида (точность 43%, чувствительность 26%). Определение ПТГ обладает точностью 29% и чувствительностью 7,5%, определение остеокальцина - точностью 28%, чувствительностью - 6%. Специфичность всех методов лабораторной диагностики определена как 100%.

Таким образом, среди лабораторных диагностических методик наиболее информативным на основании определенных показателей, т.е. точности и чувствительности, является определение уровня С-терминального телопептида. Определение ПТГ и ОК, по результатам собственных наблюдений, является гораздо менее точными и менее чувствительными методами диагностики патологии костного метаболизма.

Контрольная группа (группа сравнения) состояла из 22 женщин (10-ти молодых до 50 лет и 12-ти пожилых старше 50 лет) и 18 мужчин (8-ми молодых до 50 лет и 10-ти пожилых старше 50 лет). Средний возраст обследованных составил 50,8±2,45 лет, что соответствовало среднему значению возраста пациентов с сахарным диабетом (47,7±2,8 лет, р>0,1).

Для изучения функции ремоделирования костной ткани изучалась концентрация остеокальцина (ОК) и паратиреоидного гормона (ПТГ). Исследование всех костных маркеров проводились в клинической лаборатории Радиологического центра Российской Медицинской Академии последипломного образования (РМАПО).

Для изучения состояния костной системы наблюдаемых больных использовали рентгенологическое, рентгеноостеоденсиометрическое (двухэнергетическая абсорбциометрия) и радиоизотопное исследование костной системы (остеосцинтиграфия).

Данные инструментальных методов диагностики сравнивали с собственными результатами контрольной группы (группы сравнения), которая состояла из 40 здоровых людей без сахарного диабета, заболеваний костно-суставной системы, щитовидной и паращитовидных желез, почек, онкологических и других хронических заболеваний, которые амбулаторно обращались к специалистам кафедр медицинской радиологии, эндокринологии и диабетологии РМАПО с жалобами на боли в различных областях костно-суставной системы. Контрольная группа (группа сравнения) состояла из 24-х женщин (9-ти молодых до 50 лет и 15-ти пожилых старше 50 лет) и 16 мужчин (7-ми молодых до 50 лет и 9-ти пожилых старше 50 лет). Средний возраст обследованных составил 51,6±3,15 лет, что соответствовало среднему значению возраста пациентов с сахарным диабетом (47,7±2,8 лет, р>0,1).

Рентгенологическое исследование костей и суставов стоп, кистей рук, поясничного и грудного отдела позвоночника проводилось на аппарате Siemens 300 (Германия).

Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (рентгеновская денситометрия, РД) в настоящем исследовании проводилась с использованием рентгеновских денситометров Prodigy фирмы Lunar (США) и QDR-4500 фирмы Hologic (США). Метод сбора данных - рентгеновский двухмерный пучок с механическими перемещениями во время исследования.

Определяли МПКТ поясничного отдела позвоночника L1-L4 (в передне-задней проекции) и проксимального отдела одной из бедренных костей: в шейке бедра, большом вертеле и в бедре в целом. Эффективная доза для пациента не превышала 75 μЗв. Диагностическую оценку результатов измерений состояния костной ткани по рекомендации исследовательской группы ВОЗ проводили по критерию Т, которые были разработаны для двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (рентгеновской денситометрии) и ультразвуковой денситометрии:

- остеопороз с переломами. Минеральная плотность костной ткани (МПКТ) ниже среднего уровня пика костной массы у молодых здоровых женщин более чем "-2,5" среднего квадратичного отклонения (SD);

- остеопороз без переломов МПКТ по Т-критерию < -2,5" (SD);

- преклинический остеопороз (или остеопения). МПКТ ниже среднего уровня пика костной массы у молодых здоровых женщин на величину от "Т-1" до "Т-2,5" (SD);

- норма, показатель МПКТ по сравнению со средним уровнем пика костной массы по Т-критерию от +1 до -1,0 (SD).

Для диагностики патологии костной ткани применяли метод радионуклидной остеосцинтиграфии с фосфатными комплексами ввиду их высокой тропности к костным клеткам. В основе этого метода лежит способность остеотропных радиофармпрепаратов (РФП) избирательно накапливаться в тканях скелета и фиксироваться в повышенных концентрациях в патологически измененных участках с более интенсивным минеральным обменом, чем в здоровой костной ткани.

В клинической практике широко используют РФП, например, в виде меченых^99m Тс фосфаты. Механизм накопления меченых соединений костной тканью достаточно однонаправлен. Меченые фосфаты путем гемисорбции (необратимая адсорбция) связываются и осаждаются на поверхности гидроксиапатита, что ставит в зависимость их накопление от состояния и интенсивности кровотока в различных участках костной ткани. Определенную роль играют секреторная и метаболическая активность костной ткани. Меченые фосфаты преимущественно включаются незрелым коллагеном и поэтому обнаруживаются в минеральной части кости.

РФП ^99mТс-технифор готовился непосредственно перед исследованием, для чего использовался стерильный лиофилизированный раствор пирофосфата отечественного производства, в который добавлялся элюат 99m-Тс-пертехнетата. Получаемый комплекс представлял собой бесцветный прозрачный раствор, рН которого был в пределах 6,0-6,5, содержание свободного технеция (^99mТсO4) не более 5%. Радиофармацевтический препарат вводился внутривенно. Уровни вводимой активности составляли 5-7,4 МБк/кг массы тела. Исследование проводилось в период оптимального соотношения накопления РФП в костях и мягких тканях, через 2-3 часа после введения препарата.

Никаких реакций на введение, а также изменений в состоянии больного при последующем наблюдении не выявлено. Лучевые нагрузки при проведении остеосцинтиграфии с ^99mТс-технифором относительно невелики, что позволяет использовать его для серийных исследований в наблюдении за динамикой патологического процесса и эффективностью проводимого лечения. Лучевая нагрузка на организм при введении РФП оценивается в 0,0047 мЗв/МБк, на костную ткань - 0,0094 мЗв/МБк.

Радионуклидное исследование нижних конечностей состояло из двух основных методик - профильной радиометрии по стандартным точкам и прицельной остеосцинтиграфии стоп больных (два дополняющих друг друга метода исследования). При помощи профильной радиометрии по стандартным точкам производили сравнительную количественную оценку накопления РФП при различных локализациях патологического процесса. С использованием прицельной сцинтиграфия выявили и локализовали очаг поражения кости, а также уточняли форму, величину и топографию поврежденных тканей.

Остеосцинтиграфия осуществлялась на эмиссионном томографе SPECT фирмы "Toshiba" в планарном режиме. У всех больных проводилось исследование стоп обеих ног в трех проекциях (переднезадней и двух боковых: латеральной и медиальной). Результаты исследований фиксировались.

В ходе обработки выявляли симметричные по локализации и одинаковые по площади области интереса и вычислялся ряд показателей: общее значение, представляющее собой суммарный счет в импульсах области интереса, максимальное значение - максимальный счет пикселей в области интереса, среднее расчетное значение - отношения общего значения к пикселю. Эти параметры позволяют количественно охарактеризовать наличие, распространенность и выраженность патологических изменений в пораженных участках, особенно при оценке результатов исследований у больных, наблюдаемых в динамике.

Исходя из целей и задач исследования, круг инструментальных методов диагностики был ограничен количественными методами, а для уточнения конкретной технологии инструментального анализа был применен метод компьютерной морфоденситометрии (МДМ) с использованием видеокомпьютерного комплекса (ВКК) МДМ с системой "TENETA".

Метод компьютерной МДМ позволяет объективизировать морфо-функциональное состояние биологических объектов, основанный на морфоденситометрическом преобразовании, выявления наиболее информативных признаков и последующей оценки морфофункциональных показателей. Суть этого метода заключается в том, что по матрице оптических характеристик взаимодействия излучения с веществом, простейшим примером которого является матрица оптических плотностей, с помощью специальных методов цифровой обработки изображений получают количественные характеристики, позволяющие охарактеризовать текстуру этих участков. Эта совокупность количественных характеристик, а именно МДМ показателей, объединяющая оптические и морфологические характеристики, представляет собой полное признаковое пространство. Это означает возможность выявления и объективизацию изменений, происходящих на ранних этапах патоморфогенеза во всех случаях, при которых наблюдается изменение любых морфологических и/ или функциональных характеристик. Затем путем комбинирования оптических и геометрических показателей формируют агрегированные параметры объективизации морфофункционального состояния биологического объекта в виде МДМ показателей.

В случае использования методов инструментальной диагностики на основе рентгеновского излучения, например рентгеноденситометрия, первичная информация о структуре биологического объекта представляет собой электромагнитное поле, взаимодействующее с видеодатчиками и трансформируемое в электрические сигналы. В видеотракте ВКК МДМ электрические сигналы подвергаются цифровой обработке, начальным этапом которой является оцифровка сигнала. Так, если объект обладает непрерывными характеристиками, то при цифровой обработке он разбивается на дискретные участки, называемые пикселями. Пиксель - это минимальный элемент изображения, в пределах которого распределение оптических характеристик считается равномерным. В дальнейшем эта матрица оптических плотностей, представляющих собой дискретизированное по пространству, т.е. разбитое по пикселям и квантованное по амплитуде множество значений, т.е. представленное в виде дискретного набора чисел, подвергается дальнейшей цифровой обработке. Таким образом, на фрагмент изображения биологического объекта (биообъект), в аналоговом виде представляющий собой непрерывное изображение, накладывается дискретная матрица шагов дискретизации, которые разбивают этот объект на пиксели, и именно такая проквантованная и дискретизированная матрица является исходной информацией для дальнейшей цифровой обработки.

МДМ представляет собой перспективную биотехнологию объективизации морфо-функционального состояния сложноструктурированных объектов на структурных иерархических уровнях от молекулярного до органного. С помощью данного метода можно произвести декомпозицию объекта на отдельные функционально значимые участки, например, произвести разбиение изображения клетки на ядро, цитоплазму и включения. Затем каждый из объектов можно оценить отдельно по оптическим и геометрическим показателям и /или произвести агрегирование отдельных метрик в единую морфо-функциональную меру, объединяющую, например, отдельные денситометрические и морфометрические показатели в агрегированные МДМ характеристики, объективизирующие морфофункциональное состояние биологического объекта в норме и при патологии. Использование МДМ подхода позволяет получить новый класс показателей морфофункционального состояния биообъекта в виде текстурного и топологического классов, а также их синдромальные комбинации. Эти показатели получены на основе наиболее полной единой морфофункциональной меры Лебега-Стилтьеса, адаптированной к специфике медико-биологических объектов, которая позволяет описать как непрерывные объекты, так и сингулярные и дискретные объекты.

В результате обработки по специализированнному МДМ методу, биообъект выполнен в виде структурного скелетона, характеризующегося единой адаптивной морфофункциональной полной мерой, что позволяет применять данный метод к любым биологическим объектам на всех структурных уровнях организации живой материи - от клеток и субклеточных структур до гистологических структур органов и систем органов.

Основным элементом МДМ обработки изображения сложноструктурированного объекта является то, что элементарной единицей анализа является не гомогенный пиксель, представляющий собой в случае сканирования по гребенке или меандру проекцию прямоугольного параллелепипеда, а составной элемент, который является базовой моделью сложной структурированности биологического образования, воспроизводящего иерархическую структуру биологической ткани, как, например, ткани состоят из клеток, гистионы - из совокупностей клеточных образований, а органы - из совокупностей тканей или сложноструктурированных элементарных единиц, называемых ацинусами. Элементарной морфофункциональной единицей является базовая сложная структура, представляющая собой в случае оптического профиля комбинацию 2-х прямоугольных параллелепипедов. С использованием геометрических соотношений в этой структуре, можно выделить различные по гетерогенности участки - левый, правый, верх, низ, что и является важным при анализе неоднородных и анизотропных образований, к которым относятся все ткани человека. Эту структурную единицу назвали Motion element (ME), подчеркивая возможность анализа морфологического процесса, что составляет сущность морфофункционального подхода. В результате проведенных экспериментальных исследований и накопленного опыта решения клинически значимых задач структура ME была расширена топологическими элементами, что позволило эффективно применять его на самых начальных этапах патологических изменений, что является предметом интереса в процессе диагностики.

Для объективизации перераспределения оптически плотных и неплотных участков костной ткани разработан специальный МДМ метод, позволивший представить графическое изображение архитектоники костной ткани, а именно расположение остеонов и костных балок, которые представлены двумя видами структур: замкнутыми и разомкнутыми. Получение бинарного изображения, т.е. черно-белого из полутонового рентгеновского, позволило визуализировать архитектонику костной ткани.

Преобразование полутонового изображения в бинарное позволяет провести морфометрический анализ этого объекта с получением ряда показателей. Использование оптических показателей в комбинации с морфометрическими, что составляет суть метода компьютерной МДМ, позволило выявить изменение топологии распределения зон пониженной костной плотности.

Данные, полученные в результате исследования, обрабатывались общепринятыми методами вариационной статистики, а результаты представлены в виде М±m или M±SD, где М - средняя арифметическая изучаемого параметра, m - ошибка средней, SD - стандартное отклонение.

Количественная характеристика взаимосвязи изучаемых признаков была дана на основании вычисления показателей силы связи между ними (коэффициенты корреляции) и определения вида зависимости одного признака от изменения другого (коэффициента регрессии). Корреляционный анализ для определения наличия взаимосвязи различных признаков проводили с вычислением коэффициента корреляции r. Решение о наличии различий принималось при уровне значимости ошибки II рода р<0,05.

Также использовались определенные методы оценки точности данных анализа. В настоящее время интерпретация медицинских изображений (сцинтифотограмм, рентгенограмм и др.) в большинстве случаев основана на визуальном анализе и зависит от разрешающей способности приборов, способов обработки и представления данных, компетентности специалиста, дающего диагностическое заключение. При таком способе оценки для суждения о наличии или отсутствии конкретного заболевания требуется определить порог между нормой и патологией.

Для оценки диагностической значимости тестов требуется проводить сравнение диагностического решения с истиной. Наиболее простой мерой оценки качества диагностического решения является относительная доля случаев, для которых врачебный диагноз оказывается правильным. Эта величина называется точностью и не может достаточно полно характеризовать результаты теста. Возможны четыре альтернативы при оценке диагностического теста: интерпретация "отрицательный" (нет заболевания) у пациентов без поражения органа (истинно отрицательные случаи), интерпретация "положительный" (имеет место заболевание) у пациентов с поражением органа (истинно положительные случаи), интерпретация "отрицательный" у пациентов с поражением органа (ложноотрицательные случаи) и интерпретация "положительный" у пациентов без поражения органа (ложноположительные случаи). Как ложноположительные, так и ложноотрицательные случаи являются ошибками метода и/или интерпретатора и представляют собой потери для системы диагностики.

Точность представляет собой отношение числа истинных решений к общему числу случаев. Ограниченность точности как показателя качества диагностики обусловлена тем, что на конечный результат сильно воздействует величина распространенности заболевания. Ограниченность этого показателя заставила усложнить схему оценки и раздельно рассматривать различные виды правильных и ложных диагностических решений, путем ввода следующих операционных показателей качества диагностического решения:

Чувствительность и специфичность представляют две категории точности: первая для фактически положительных случаев и вторая для фактически отрицательных случаев.

Таким образом, применение вышеизложенного способа позволило проанализировать и выявить:

- у 27% пациентов СД методом рентгенографии выявлены патологические изменения в костно-суставной системе, выраженность которых зависит от длительности основного заболевания. Наивысший коэффициент корреляции получен в группе молодых мужчин: r=0,73, р=0,05: с увеличением длительности заболевания возрастает вероятность выявления рентгенологических изменений в стопах;

- снижение минеральной плотности костной ткани, определяемое методом рентгеноостеоденситометрии, выявлено у 54% пациентов с СД, независимо от его типа. Между длительностью СД и снижением МПКТ существует средней силы отрицательная корреляционная связь (СД 1 типа: r=0,37, р=0,0055, СД 2 типа: r=0,44, р=0,02). Более всего эта зависимость выражена у больных СД в молодом возрасте (до 50 лет): у мужчин - r=-0,75, р=0,03, у женщин - r=-0,54, р=0,04;

- метод радиоизотопного исследования костной системы при СД с использованием современных подходов анализа полученных данных был впервые применен в настоящем исследовании. Он обладает наибольшей точностью и чувствительностью по сравнению с методами рентгенографии и рентгеноостеоденситометрии, что позволило выявить патологические изменения костной ткани у 72% пациентов с СД;

- остеосцинтиграфия способствует выявлению очагов повышенного накопления ^99mТс-технифора в «клинически здоровых» стопах у больных сахарным диабетом, что позволяет использовать этот метод для определения патологических изменений на ранних этапах развития диабетической остеопатии;

- при исследовании биохимических показателей было выявлено достоверное изменение уровня только щелочной фосфатазы при сахарном диабете, что, однако, не является информативным для диагностики ДО вследствие наличия у больных сахарным диабетом ряда диабетических осложнений, влияющих на этот показатель;

- при сахарном диабете у большинства больных не обнаружено изменения уровней маркеров костного ремоделирования (паратгормона и остеокальцина) при диабетической остеопатии. У 26% пациентов установлено значимое повышение концентрации С-терминального телопептида (маркера костной резорбции), которое преимущественно отмечается у молодых женщин с диабетической остеопатией.

Таким образом, сформирован системный диагностический подход, основанный на применении комплексных методов диагностики диабетической остеопатии, позволяющий объективизировать ее проявления. Использованные методы диагностики позволили выявить признаки диабетической остеопатии различной степени выраженности у 61% мужчин и у 81% женщин с СД, в том числе у 67% женщин моложе 50 лет.

В процессе исследований создана единая система для сопоставления различных функциональных и морфологических методов обследования больных сахарным диабетом на предмет выявления снижения костной плотности, т.е. диабетической остеопатии. Результаты исследования представлены в виде блок-схемы (фиг.10).

Сравнительная оценка существующих методов диагностики показала, что методы, именно созданные и использованные в данном изобретении новые операции, оказались наиболее диагностически информативными.

1. Способ исследования и диагностики патологии костной ткани при сахарном диабете, включающий получение изображения участков костной ткани и его исследование, сравнение изображения этих участков с нормальными участками костной ткани и определение по результатам сравнения состояния костной ткани, отличающийся тем, что осуществляют морфоденситометрический анализ изображения исследуемых участков костной ткани, формируют морфофункциональную структуру в виде графа, разделяющего исследуемый участок костной ткани на структурно-функциональные участки, сравнивают показатели этих участков, а именно конформацию и конфигурацию графа, его замкнутые и разомкнутые элементы и при наличии изменений конформации, конфигурации, количества замкнутых и разомкнутых элементов выявляют патологическое состояние костной ткани при сахарном диабете.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изображение участков костной ткани формируют по данным носителя информации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве изображения участков костной ткани используют результат рентгеноденситометрического или рентгеновского исследования.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что участки между графами цветокодируют путем задания цветовых оттенков с учетом распределения величин оптических плотностей.