Способ исследования биомеханических свойств суставов

Способ исследования биомеханических свойств суставов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может найти применение в диагностике повреждений и заболеваний суставов.

Известен способ исследования суставов на основе ультразвуковой эхоостеометрии, заключающийся в установке на поверхности диагностируемой области излучателя и приемника-преобразователя ультразвуковых импульсов, приеме, регистрации ультразвуковых импульсов и оценке состояния костной ткани, при этом излучатель и приемник-преобразователь устанавливают по одну сторону от диагностируемой области, а в качестве диагностического параметра принимают длительность полуволны прошедшего импульса (патент РФ №2071274, А61В 8/00, 1997).

Способ ультразвуковой эхоостеометрии обладает рядом недостатков, в том числе:

- не обеспечивает достаточно точной топической диагностики локализации патологических процессов и остеопороза;

- диагностическая информация в значительной степени зависит от импеданса параоссальныъх тканей;

- ультразвуковые колебания для костной ткани являются подпороговыми и быстро затухают, что не позволяет в полном объеме извлекать важные диагностические параметры;

- аппаратура для ультразвукового исследования отличается дороговизной, громоздкостью, требует присутствия врача функционалиста и специально обученного медицинского персонала, что затрудняет использование при динамическом наблюдении.

Известен способ диагностики дегенеративно-дистрофических изменений суставов на основе определения коэффициента абсорбции рентгеновского излучения на компьютерном томографе (а.с. СССР №1680082 А61В 6/00). Недостатками способа являются:

- высокая лучевая нагрузка на пациента и медицинский персонал;

- длительность исследования;

- большая энергоемкость;

- дороговизна исследования, требующая использования сложной аппаратуры;

- необходимость присутствия врачей радиологов, специально обученного медицинского персонала.

Известен способ диагностики жевательной функции, заключающийся в том, что осуществляют стандартное, дозированное ударное воздействие по нижней челюсти с последующим приемом механических откликов при помощи измерительной аппаратуры со стенок слухового прохода (патент РФ №2210309). При этом производится расшифровка полученных механических откликов по максимальной, средней амплитуде и длительности импульса. Недостатком способа является то, что большое количество выявляемых параметров значительно увеличивает время исследования, затрудняет интерпретацию и сравнение.

Известен способ диагностики и контролируемой дифференцированной коррекции повреждений и заболеваний суставов (заявка на изобретение RU №93046894), заключающийся в том, что производится регистрация звуков и шумов, возникающих в суставах при движении, с помощью артрофонографа, после чего полученные параметры сравнивают с составом синовиальной жидкости.

Недостатками способа являются:

1. Способ основан на регистрации суставных шумов, в то время как их трудно интерпретировать, в ряде случаев их нет вовсе.

2. Оказываемое воздействие трудно дозировать;

3. Выявленные параметры затруднительно сравнивать с противоположной конечностью, т.к. они имеют различные анатомические характеристики и различные стадии патологических процессов.

Все вышеперечисленное вносит значительную долу субъективизма в систему интерпретации полученных параметров.

Наиболее близким к предлагаемому способу является "способ определения амортизационных свойств опорного аппарата человека", известный из а.с. СССР №1761119, А61В 5/11, заключающийся в том, что амортизационные свойства опорно-двигательного аппарата определяют посредством механического воздействия с последующей регистрацией отраженных изменений со стороны костной ткани с установкой датчиков над костными ориентирами, минимально прикрытыми мягкими тканями и максимально удаленными от сухожилий, ориентация датчиков осуществляется по кратчайшему расстоянию от дистальной до проксимальной точки распространения вибраций тела на исследуемом сегменте с определением амортизационных свойств по степени гашения сотрясательных колебаний тела, исследуемого между двумя сейсмодатчиками, причем колебания возбуждают посредством приподнимания на носки с последующим резким опусканием на пятки.

Недостатками способа являются:

- при его реализации невозможно обеспечить точность и повторяемость условий воздействия;

- ударное воздействие, осуществляемое на опорно-двигательный аппарат предлагаемым способом является слабым и быстро затухает;

- осуществляемое подобным образом воздействие создает большое количество помех и артефактов, так как известно, что пяточный жир, капсульно-связочные аппараты суставов нижней конечности обладают выраженными демпфирующими свойствами;

Таким образом, применение данного метода мало информативно, так как ударное воздействие недозированное и трудно интерпретируемо.

Технический результат при использовании изобретения - повышение точности диагностики и сокращение времени исследования биомеханических свойств суставов.

Указанный технический результат реализуется тем, что согласно способу регистрации биомеханических свойств суставов осуществляют механическое воздействие с последующей регистрацией отраженных изменений со стороны костной ткани, согласно изобретению рассчитывают коэффициент поглощения механического импульса, проходящего через сустав, посредством интегрирования модуля механических откликов, зарегистрированных в тестируемых точках, с последующим сравнением полученных параметров с симметричным суставом и с эталонными.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации показали, что предлагаемый способ не известен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Перед обследованием пациенту проводят стандартное антропометрическое исследование, включающее измерение роста, веса тела, длины конечностей, длины отдельных сегментов, окружности здоровой и пораженной конечности на разных уровнях. Полученные параметры заносят в базу данных. Затем пациенту объясняют смысл исследования, после чего устанавливают группу широкополосных сейсмодатчиков в определенных точках, которые пальпируют под кожей.

- Например, для коленного сустава это - надмыщелки бедренной кости, надколенник, мыщелки большеберцовой кости, головка малоберцовой кости.

- Для тазобедренного сустава - большой вертел бедренной кости, передняя верхняя и задняя верхняя ости таза.

- Для голеностопного сустава - лодыжки, кости стопы.

- Для лучезапястного сустава - шиловидный отросток лучевой кости, кости запястья.

При этом сейсмодатчики располагают по обе стороны от суставной поверхности, например сейсмодатчик, расположенный на медиальном надмыщелке бедренной кости, выше которого наносится удар, условно обозначен как "проксимальный ближайший" сейсмодатчик 1, а сейсмодатчик 2, расположенный на латеральном надмыщелке бедра, условно обозначен как "проксимальный отдаленный". Сейсмодатчик 3, расположенный на медиальном мыщелке большеберцовой кости, обозначен как "дистальный ближайший". Сейсмодатчик 4, расположенный на латеральном мыщелке большеберцовой кости, обозначен как "дистальный отдаленный" (фиг.1).

На Фиг.1 обозначены места расположения диагностических сейсмодатчиков (черными стрелками), место нанесения диагностического удара (серой стрелкой); на фиг.2 - анализ кривых сигналов с сейсмодатчиков; на фиг.3 - анализ коэффициента поглощения в здоровом суставе; на фиг.4 - характеристика сустава при остеоартрозе; на фиг.5 - характеристика параметров звукопроводимости при остеопорозе; на фиг.6 - звуковая характеристика при внутрисуставных переломах.

После установки сейсмодатчиков производят стандартный дозируемый удар, после которого производят прием, усиление и анализ механических откликов, с последующей расшифровкой полученных параметров (фиг.2). После диагностического удара сигналы со всех датчиков, расположенных в тестируемых точках, имеют вид затухающей синусоиды, условно обозначенной как функция "у" (Фиг 2.1). На основе полученной функции выстраивают функцию f(x)=|у|, являющуюся модулем функции "у", то есть имеет только положительные значения переменных (Фиг 2.2.). В последующем производят нахождение площади фигуры, ограниченной графиком функции f(x) и осью абсцисс, посредством интегрирования функции f(x), то есть площадь искомой фигуры "S" равна интегралу функции f(x) (фиг.2.3., 2.4.). При этом показатель, полученный на ближайшем проксимальном сейсмодатчике (1), принимают за 100%. Коэффициент поглощения механического импульса, прошедшего через сустав, рассчитывают как разницу между показателями с ближайшего и отдаленного латеральных и медиальных сейсмодатчиков. Выявленные параметры сравниваются с противоположным суставом в случае его интактности, в случае если процесс двусторонний, то сравнивание производится с эталонными параметрами, т.е. среднестатистическими, полученными при обследования здоровых лиц соответствующего пола, возраста и конституции.

Анализ коэффициента поглощения в здоровом суставе представлен на фиг.3. Коэффициент поглощения на "3" сейсмодатчике равна 70% по сравнению с "1". Параметры с 2 и 4 сейсмодатчика равны 90 и 60% соответственно при погрешности 5%. При этом коэффициент поглощения равен 100-70, 90-60, т.е. 30/30.

При остеартрозе наблюдается уменьшение коэффициента поглощения до 20/20 (фиг.4). При остеопорозе коэффициент поглощения составляет 40/30 (фиг.5). При внутрисуставных переломах величина коэффициента поглощения составляет около 70/10, кроме того, отмечается значительное снижение коэффицента поглощения в пределах поврежденного сегмента, разница между параметрами с 1 и 2 сейсмодатчика составляет более 70% (фиг.6).

Способ повышает точность диагностики биомеханических свойств суставов посредством анализа дополнительных параметров механических откликов. Способ является легко воспроизводимым, неинвазивным, не требует предварительного обследования, не несет лучевой нагрузки, не имеет противопоказаний, что допускает возможность использования на всех этапах оказания медицинской помощи, как самостоятельно, так и в сочетании с рутинными методами обследования, как в амбулаторной практике при первичной диагностике, при скрининговых или диспансерных обследованиях по принципу больной - здоровый, так и в стационарных условиях для дифференциальной диагностики и динамического наблюдения в процессе лечения.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Клинический пример №1. Пациент П., 45 лет, обратился с жалобами на боли в области правого коленного сустава, усиливающиеся после физических нагрузок, стартовые боли. Было произведено обследование по предлагаемой методике. Сейсмодатчики установлены в тестируемых точках, произведен тестовый удар. На основе зафиксированных механических откликов первым этапом вычислены модули, вторым этапом найдены площади фигур, ограниченных модулем механического отклика и осью абсцисс. Затем произведено сравнение вычисленных параметров между датчиками, установленными до и после суставной щели, при этом параметр, зафиксированный на проксимальном ближайшем датчике 1, всегда принимается за 100%. Датчик 2 - при этом будет проксимальный отдаленный, датчик 3 - дистальный ближайший, датчик 4 - дистальный отдаленный. При исследовании левого коленного сустава выявлены параметры: датчик 1 - 100%, датчик 3 - 70%, датчик 2 - 90%, датчик 4 - 60%, на последнем этапе вычислены коэффициенты поглощения как разница между показателями 1 и 3, 2 и 4 датчиков: 100-70=30%, 90-60=30%. Таким образом, коэффициент поглощения равен 30/30, что соответствует популяционной норме.

При исследовании правого коленного сустава выявленные параметры составили: датчик 1 - 100%, датчик 2 - 90%, датчик 3 - 80%, датчик 4 - 70%, коэффициенты поглощения составили 20/20, был выставлен предварительный диагноз остеоартроз правого коленного сустава, проведенное рентгенологическое обследование подтвердило диагноз.

Клинический пример №2. Пациентка С., 62 лет, обратилась с жалобами на боли в обоих коленных суставах, боли в позвоночнике. Было проведено обследование по предложенной методике. На обоих суставах выявлены схожие параметры: датчик 1 - 100%, датчик 3 - 60%, датчик 2 - 80%, датчик 4 - 50%, коэффициент поглощения составили 40/30, был выставлен предварительный диагноз системный дисгормональный остеопороз, проведенное исследование на компьютерном денситометре подтвердило диагноз.

Клинический пример №3. Пациент К, 58 лет, госпитализирован, после ДТП, клинически определяется отек в области коленного сустава, патологическая подвижность в области наружного мыщелка бедренной кости, множественное осаднение кожи. Проведено обследование по предлагаемой методике. Датчик 1 - 100%, датчик 3 - 30%, датчик 2 - 20%, датчик 4 - 10%, коэффициент поглощения составил 70/10, выл выставлен предварительный диагноз, перелом наружного мыщелка бедренной кости, проведенное рентгено-логическое исследование выявило отсутствие конгруэнтности суставной щели и подтвердило диагноз.

Способ исследования биомеханических свойств суставов путем осуществления механического воздействия с последующей регистрацией отраженных изменений со стороны костной ткани, отличающийся тем, что по обе стороны суставной поверхности располагают проксимальные ближайший и отдаленный, дистальные ближайший и отдаленный сейсмодатчики, выше проксимального ближайшего датчика производят дозированный удар, после чего рассчитывают коэффициент поглощения механического импульса, проходящего через сустав, как разницу между показателями ближайшего и отдаленного проксимальных и дистальных сейсмодатчиков, при этом показатель ближайшего проксимального датчика принимают за 100%, после чего сравнивают полученные параметры с симметричным суставом или с эталонными параметрами.