Способ определения локальной плотности корковой пластинки длинных костей

Способ определения локальной плотности корковой пластинки длинных костей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и предназначено для детального изучения плотности корковой пластинки длинных костей у больных с заболеваниями и повреждениями опорно-двигательной системы, а также для контроля за состоянием корковой пластинки в процессе лечения.

Известен способ изучения плотности корковой пластинки методом компьютерной томографии, который реализуется при анализе аксиальных и MPR-срезов кости после сканирования голени (бедра) по программе Extremity. После получения аксиальных срезов, MPR измеряют плотность кости в области корковой пластинки в произвольных точках или определенного сектора корковой пластинки особенности (Лапынин А.И., Попова Л.А., Митина Ю.Л., Александров Ю.М., Дьячков К.А., Нижечик С.А., Нецветов П.В., Степанов Р.В. // Лучевые методы диагностики в оценке отдаленных результатов лечения методом чрескостного остеосинтеза больных с остеомиелитическими полостями костей нижних конечностей, http://vestnik.rncrr.ru/vestnik/v12/papers/lap_v12.htm, опубл. 29.09.2012 года).

Однако применение данного способа не позволяет детально оценить структуру кортикальной пластинки, ее рентгеноморфологические особенности.

Известен способ исследования плотности дистракционного регенерата при компьютерной томографии, включающий выделение зоны интереса и ее количественную оценку, при котором выполняют прямое исследование зон интереса, которые включают всю толщу материнской и вновь образованной костной ткани, а также отделы регенерата при наличии зонального строения, рассчитывают площадь зон интереса, определяют их плотность в единицах Хаунсфилда, после чего, сопоставляя с табличными данными плотностей дистракционного регенерата и материнской кости, оценивают дистракционный регенерат (RU 2289314 C1).

Однако данный способ не позволяет определить строение корковой пластинки и ее плотность в различных зонах.

Известен способ описания плотности корковой пластинки при рентгенологическом исследовании дистракционного регенерата, когда визуально отмечалось усиление плотности костных отделов регенерата и его корковой пластинки, однако речь идет об оптической плотности без количественной оценки и определения плотности различных отделов корковой пластинки (Сравнительная характеристика формирования регенерата при замещении дефектов трубчатых костей в различных условиях остеосинтеза / Шевцов В.И., Дьячков А.Н., Ручкина И.В., Камерин В.К. Материалы Российского национального конгресса «Человек и его здоровье», Санкт-Петербург, 2005, с. 121).

Известен способ определения плотности корковых пластинок методом КТ до начала оперативного лечения, на различных этапах его и в отдаленном периоде с измерением плотности корковых пластинок и плотности участка материнской кости в зоне будущей остеотомии, проксимальнее и дистальнее границы регенерата и зоны его перестройки после удлинения в аксиальной плоскости и по MPR в процессе лечения и в отдаленном периоде (Дьячков К.А. Рентгеноморфологические особенности и плотность корковой пластинки большеберцовой кости на различных этапах удлинения / К.А. Дьячков, Г.В. Дьячкова, Ю.М. Александров // Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. - 2012. - №4. - С. 58-61).

Однако при данной методике измеряется только общая плотность корковой пластинки на произвольной площади.

Известен способ количественной оценки органотипической перестройки патологического очага при лечении больных с дефект-псевдоартрозами диафиза длинных костей, включающий выполнение на этапах лечения сеансов компьютерной томографии, отличающийся тем, что в динамике на этапах лечения выполняют сеансы компьютерной томографии одновременно парных сегментов конечностей пациента на уровне патологического очага, сохраняют изображения в IBM-совместимом формате, из всех сеансов анализируют одноуровневые сканы, переведенные в серую палитру, по эталонному отрезку проводят их геометрическую калибровку, обработанные таким образом изображения сегментируют, выделяя все серые пикселы - тени костных структур - в один файл, а синие тени костномозговых полостей - в другой, сохраняют их попиксельно в виде таблиц, рассчитывают площади теней костных структур (А_к) и костномозговых полостей (А_п) и индекс органотипичности по их отношению - А_к/А_п (RU 2444290 C1).

Однако данный способ не позволяет определять плотность корковой пластинки изолированно и отдельных ее слоев, в частности.

Известен способ оценки объемной минеральной плотности костной ткани (vBMD) и поперечного сечения кортикальной кости в нижней трети лучевой кости методом периферической количественной компьютерной томографии (pQCT) (Hasegawa Y., Schneider P., Reiners C., et al. Estimation of the architectural properties of cortical bone using peripheral quantitative computed tomography // Osteoporos. Int. - 2000. - Vol. 11. - P. 36-42).

Известный способ позволяет определить площадь поперечного сечения кости и объемную минеральную плотность костной ткани, но не дает представления о структуре корковой пластинки (кортикальной кости).

Известен способ определения методом периферической количественной компьютерной томографии (pQCT) площади поперечного сечения всей кости, области корковой пластинки, плотности корковой и трабекулярной кости с определением показателя прочности кости (BSI) лучевой и большеберцовой костей у взрослых пациентов, родившихся недоношенными и доношенными (Backström МС, Kuusela AL, Koivisto AM, Sievänen H. Bone structure and volumetric density in young adults born prematurely: a peripheral quantitative computed tomography study Bone., 2005; 36(4): 688-93).

Однако данный способ не позволяет судить о зональной плотности корковой пластинки.

Наиболее близким является способ определения степени резорбции корковой пластинки кости после дистракционного удлинения конечности. Проводят компьютерную томографию, выделяют зоны интереса, получают аксиальные срезы, определяют плотность участков кости в единицах Хаунсфилда, сопоставляют ее с плотностью этих же участков до удлинения. Зону интереса устанавливают в пределах 0,3-1,0 см дистальнее и проксимальнее границы участка сформированного костного регенерата. На одном из аксиальных срезов в указанном интервале по результатам измерения минимум в трех участках на противоположных сторонах кости, определяют среднее значение плотности корковой пластинки проксимальной и дистальной зон интереса. Если при сопоставлении с ее плотностью, определенной аналогично на этом же участке кости до лечения, она снижена менее чем на 40%, делают вывод о наличии умеренной резорбции - при снижении на 50-60% - о резорбции средней тяжести, при снижении более чем на 60% - о выраженной резорбции кортикальной пластинки (RU 2484772 C1).

Однако данный способ не позволяет определять зональную плотность корковой пластинки, исходя из ее анатомического строения и дает общие показатели плотности, поскольку область измерения захватывает несколько слоев корковой пластинки.

Из гистологии известно, что корковый слой построен из трех систем. Под наружными костными пластинками располагается остеонный слой (гаверсова система). За остеонным слоем находятся внутренние общие костные пластинки. При обычном КТ-сканировании выявить зональное строение корковой пластинки для определения локальной плотности невозможно. Определение рентгеноморфологических особенностей строения различных зон корковой пластинки, оценивается путем измерения плотности ее в трех стандартных точках с использованием унифицированных единиц плотности Хаунсфилда.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа количественной оценки плотностных параметров корковой пластинки длинных костей после удлинения конечности для выявления ее рентгеноморфологических особенностей с учетом ее зонального строения в периоде фиксации и после демонтажа аппарата для дистракционного остеосинтеза.

Указанная задача достигается тем, что в способ определения плотности корковой пластинки диафиза длинной кости, при дистракционном остеосинтезе, включающем определение плотности кости по шкале Хаунсфилда в области диафиза методом компьютерной томографии по топограмме диапазона сканирования при получении аксиальных срезов и мультипланарных реконструкций, определение проводят в трех точках, расположенных в наружном, внутреннем и остеонном слоях корковой пластинки, при этом измерения проводят по передней, задней, латеральной и медиальной поверхности в верхней и средней трети голени на полученных аксиальных срезах, в тех же слоях по трем точкам определяют плотность мультипланарной реконструкции на трех уровнях в верхней и нижней третях голени по передней, задней, латеральной и медиальной поверхности, далее, используя измеренные значения, рассчитывают среднее значение плотности наружного, внутреннего и остеонного слоев, и если плотность наружного слоя костной пластинки составляет в конце периода фиксации не менее 600 HU, через год после демонтажа аппарата не менее 1100 HU и соотношение плотностей наружного, остеонного и внутреннего слоя равно 1:1,2:0,9, то корковая пластинка имеет нормальные плотностные характеристики.

Способ иллюстрируется подробным описанием, клиническим примером и иллюстрациями, на которых изображено:

Фиг. 1 - компьютерная томограмма (КТ) голеней больного М., 16 лет. Топограмма. Диапазоны сканирования в верхней и средней третях голеней.

Фиг. 2 - КТ голени больного М., 16 лет, на границе верхней и средней третей. Аксиальный срез (а), обработка на фильтре Hardware Enhancend (б). Схема измерения плотности корковой пластинки по наружной поверхности (наружный слой костных пластинок), в центральной зоне (слой остеонов), внутренней поверхности (внутренний слой костных пластинок).

Фиг. 3 - КТ голени больного М., 16 лет, в средней трети. Аксиальный срез (а), обработка на фильтре Hardware Enhancend (б). Схема измерения плотности корковой пластинки по наружной поверхности (наружный слой костных пластинок), в центральной зоне (слой остеонов), внутренней поверхности (внутренний слой костных пластинок).

Фиг. 4 - КТ голеней больного М., 16 лет, MPR во фронтальной плоскости, фрагмент корковой пластинки по наружной поверхности большеберцовой кости; а - в костном окне, б - после обработки на фильтре Hardware Enhancend. Схема измерения плотности остеонного слоя, наружных и внутренних слоев корковой пластинки.

Фиг. 5 - КТ голеней больного М., 16 лет, MPR во фронтальной плоскости, фрагмент корковой пластинки по наружной поверхности большеберцовой кости. Измерение плотности остеонного слоя, наружных и внутренних слоев корковой пластинки. Точка 1 - плотность корковой пластинки, располагается по внутренней поверхности (измерение №34), составляет 1483 HU; точка 2 - плотность корковой пластинки, располагается в центральной зоне (измерение №32), составляет 1906 HU; точка 3 - плотность корковой пластинки, точка располагается по наружной поверхности (измерение №33), составляет 1268 HU.

Предложен способ изучения рентгеноморфологических особенностей кортикальной пластинки, ее зонального строения методом КТ путем сканирования кости по программе Extremity с последующим реформатированием в режиме мультипланарной реконструкции и постпроцессной обработкой на фильтре рабочей станции Hardware Enhancend.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследования проводят до начала оперативного лечения, на различных этапах его и в отдаленном периоде с измерением плотности корковых пластинок в аксиальной плотности и по MPR.

Для проведения компьютерной томографии больного укладывают в положении лежа на спине. Начальный уровень сканирования устанавливают в соответствии с зоной изучаемого отдела бедра или голени. Исследование начинают с топограммы (обзорной цифровой рентгенограммы) сегмента. По топограмме выделяют области (диапазоны) сканирования, соответствующие зонам интереса (участок диафиза бедренной или большеберцовой костей в верхней и средней третях) протяженностью 2 см и толщиной среза 0,625 мм с последующим реформатированием в режиме мультипланарной реконструкции и постпроцессной обработкой на фильтре рабочей станции Hardware Enhancend.

После определения границ слоев на полученных аксиальных срезах в интерактивном режиме определяют плотность корковой пластинки в трех точках, располагающихся в области наружных пластинок, остеонного слоя, внутренних пластинок в верхней трети голени и средней трети. В этих же слоях определяют плотность при мультипланарной реконструкции (MPR). Измерения плотности проводят на трех уровнях в верхней и нижней третях голени, по передней, задней, латеральной и медиальной поверхностям (144 измерения). Рассчитывают средние значения плотности наружных, внутренних пластинок и остеонного слоя. Плотность наружного слоя принимают за 1. Выявляют отличия в их значениях при сравнении плотности в области наружных пластинок с остеонным слоем и если плотность наружных костных пластинок составляет в конце периода фиксации не менее 600 HU, через год после демонтажа аппарата не менее 1100 HU, а соотношение плотностей наружного слоя, остеонного и внутреннего равно 1:1,2:0,9, то корковая пластинка имеет нормальные плотностные характеристики.

Пример клинического выполнения способа.

Пациент М, 16 лет, ист. болезни №33307, диагноз: ахондроплазия. Удлинение левой голени в верхней трети методом чрескостного дистракционного остеосинтеза. Дистракция 50 дней, фиксация - 70 дней, отдаленный период - 1,5 года.

Мультиспиральную компьютерную томографию (МСКТ) больному проводили на компьютерном томографе GE Lihgt Speed VCT в положении лежа на спине. Исследование начинали с топограммы (обзорной цифровой рентгенограммы) сегмента. По топограмме выделяли области (диапазоны) сканирования, соответствующие зоне интереса (верхняя и средняя треть голени) (Фиг. 1) с последующим реформатированием в режиме мультипланарной реконструкции и постпроцессной обработкой на фильтре рабочей станции Hardware Enhancend. После определения границ слоев на полученных аксиальных срезах в интерактивном режиме определяли плотность корковой пластинки по передней, латеральной, медиальной и задней поверхностям в трех точках, располагающихся в области наружных пластинок, остеонного слоя, внутренних пластинок в верхней трети голени (Фиг. 2) и средней трети (Фиг. 3). В этих же слоях определяли плотность при мультипланарной реконструкции (MPR) (Фиг. 4).

Определение плотности в различных слоях корковой пластинки при изучении на аксиальных срезах и MPR выявило отличия в их значениях при сравнении плотности в области наружных пластинок с остеонным слоем - на 423 HU, при сравнении остеонного слоя и слоя внутренних пластинок - на 638 HU, при сравнении плотности внутренних и наружных пластинок - на 215 HU (Фиг. 5).

Провели измерения плотности на трех уровнях в верхней и нижней третях голени, по передней, задней, латеральной и медиальной поверхностям (144 измерения). Плотность наружного слоя принята за 1. Получили средние значения плотности наружных, внутренних пластинок и остеонного слоя. Соотношение плотностных характеристик слоев корковой пластинки составило 1:1,2:0,89.

Полученные данные, совпадающие с измерениями плотности корковой пластинки здоровой конечности, свидетельствовали о нормальном соотношении плотностных характеристик слоев корковой пластинки (наружный слой, остеонный слой, слой внутренних пластинок - 1:1,2:0,9) и нормальных показателях плотности (плотность наружного слоя пластинок составляет 1483 HU). Полученные данные позволили врачу рекомендовать пациенту нормальный двигательный режим с полной нагрузкой на оперированную конечность.

Предлагаемый способ применяется в отделе рентгеновских и ультразвуковых методов диагностики, отделениях ортопедии №15, ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России. Данный способ позволил при помощи прямого исследования зоны интереса после визуализации слоев корковой пластинки постпроцессной обработкой на фильтре рабочей станции Hardware Enhancend, количественно оценить плотность анатомических слоев корковой пластинки длинной кости с использованием общепринятых единиц Хаунсфильда (HU), исключая влияние окружающих мягких тканей, вне зависимости от их объема и плотностных характеристик. Локальное измерение в трех зонах корковой пластинки позволяет выявлять изменение архитектоники кости в области корковой пластинки с учетом различного гистологического строения внутренних, наружных пластинок и остеонного слоя. Полученные данные использовали в процессе удлинения, фиксации и после снятия аппарата, поскольку исходя из состояния корковой пластинки врач может корректировать условия удлинения, определять время демонтажа аппарата, характер реабилитации, степень нагрузки на удлиненную конечность.

Способ определения плотности корковой пластинки диафиза длинной кости, при дистракционном остеосинтезе, включающий определение плотности кости по шкале Хаунсфилда в области диафиза методом компьютерной томографии по топограмме диапазона сканирования при получении аксиальных срезов и мультипланарных реконструкций, отличающийся тем, что определение проводят в трех точках, расположенных в наружном, внутреннем и остеонном слоях корковой пластинки, при этом измерения проводят по передней, задней, латеральной и медиальной поверхности в верхней и средней трети голени на полученных аксиальных срезах, в тех же слоях по трем точкам определяют плотность мультипланарной реконструкции на трех уровнях в верхней и нижней третях голени по передней, задней, латеральной и медиальной поверхности, далее, используя измеренные значения, рассчитывают среднее значение плотности наружного, внутреннего и остеонного слоев, и если плотность наружного слоя костной пластинки составляет в конце периода фиксации не менее 600 HU, через год после демонтажа аппарата не менее 1100 HU и соотношение плотностей наружного, остеонного и внутреннего слоя равно 1:1,2:0,9, то корковая пластинка имеет нормальные плотностные характеристики.