Способ оценки интенсивности костеобразования

Изобретение относится к области медицины, в частности к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для оценки состояния или течения костеобразования при лечении больных и выполнении научно-исследовательских работ. Способ оценки интенсивности костеобразования проводят путем компьютерной обработки обзорных рентгенограмм, выделения на оцифрованном изображении одной или нескольких зон интереса, соответственно количеству очагов костеобразования, и, используя тестовую решетку, получения количественной оценки интенсивности костеобразования по соотношению площадей, отражающих степени минерализации дистракционного регенерата, при этом для каждой зоны интереса определяют границы диапазонов интенсивностей, отражающих степени минерализации ткани на этапах костеобразования, и намечают опорные точки. Первую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце проксимального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю нижнюю линию проксимальной тестовой решетки, состоящей из параллельных линий, перпендикулярных длинной оси кости, а вторую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце дистального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю верхнюю линию дистальной тестовой решетки. Каждый участок зоны интереса, ограниченный соседними линиями тестовых решеток, сегментируют по установленным границам на диапазоны интенсивности и определяют доли площадей диапазонов интенсивностей в общей площади каждого участка зоны интереса, по соотношению долей площадей диапазонов интенсивностей оценивают интенсивность костеобразования. Использование изобретения позволяет повысить информативность и расширить область применения способа исследования костеобразования. 11 ил.

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для оценки состояния или течения костеобразования при лечении больных и выполнении экспериментальных научно-исследовательских работ.

Известен "Способ дистракционного остеосинтеза", предусматривающий оценку интенсивности костеобразования путем рентгенометрии соединительно-тканной прослойки формирующегося костного регенерата (Патент РФ №2102022, опубликовано 20.01.98, Бюл №2).

Однако данный способ применим для частного случая - дистракционного остеогенеза и не дает возможности оценить костеобразование в регенерирующей или развивающейся в остеогенезе кости.

Известен способ стереологической оценки дистракционного остеогенеза, в котором проводят компьютерную обработку обзорных рентгенограмм, выделяют на оцифрованном изображении одну или несколько зон интереса, соответственно количеству очагов костеобразования, и, используя тестовую решетку, получают количественную оценку интенсивности костеобразования по соотношению площадей, отражающих степени минерализации дистракционного регенерата (Патент РФ №2165243, опубликовано 20.04.2001, Бюл. №11).

Однако получаемые с помощью данного способа результаты недостаточно полно отражают интенсивность процесса регенерации костной ткани.

Задачей заявляемого изобретения является повышение информативности и расширение области применения способа исследования костеобразования.

Указанная задача решается тем, что в способе оценки интенсивности костеобразования путем компьютерной обработки обзорных рентгенограмм, выделения на оцифрованном изображении одной или нескольких зон интереса, соответственно количеству очагов костеобразования, и, используя тестовую решетку, получения количественной оценки интенсивности костеобразования по соотношению площадей. отражающих степени минерализации дистракционного регенерата, для каждой зоны интереса определяют границы диапазонов интенсивностей, отражающих степени минерализации ткани на этапах костеобразования, и намечают опорные точки, при этом первую точку выбирают на обращенном к диастазу торце проксимального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю линию проксимальной тестовой решетки, состоящей из параллельных линий, перпендикулярных длинной оси кости, а вторую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце дистального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю верхнюю линию дистальной тестовой решетки, каждый участок зоны интереса, ограниченный соседними линиями тестовых решеток, сегментируют по установленным границам на диапазоны интенсивности и определяют доли площадей диапазонов интенсивностей в общей площади каждого участка зоны интереса, по соотношению долей площадей диапазонов интенсивностей оценивают интенсивность костеобразования.

Изобретение поясняется описанием, примером практического использования и иллюстративным материалом, на котором изображено:

фиг.1 - исходная рентгенограмма кости;

Фиг.2 - рентгенограмма кости с оконтуренной зоной интереса;

фиг.3 - рентгенограмма с установленными опорными точками;

фиг.4 - рентегнограмма с тестовой решеткой на проксимальном отломке;

фиг.5 - рентгенограмма с тестовыми решетками на обоих отломках;

фиг.6 - рентгенограмма с совмещенными тестовыми решетками;

фиг.7 - рентгенограмма с зоной интереса, разделенной линиями тестовой решетки на участки;

фиг.8 - таблица распределения площадей тестовых уровней дистракционного регенерата по диапазонам интенсивности (степени минерализации);

фиг.9 - графической изображение соотношения площадей по диапазонам интенсивностей, отражающих степень минерализации дистракционного регенерата и костных фрагментов на 14 день дистракции;

Фиг.10 - диаграмма соотношения долей площадей-диапазонов интенсивностей. отражающих степень минерализации в выделенной зоне интереса на 14 день дистракции:

Фиг.11 - диаграмма соотношения долей площадей диапазонов интенсивное ген. отражающих степень минерализации дистракционного регенерата на 14 день дистракции.

Способ осуществляется следующим образом.

На оцифрованных изображениях обзорных рентгенограмм выделяют одну или несколько зон интереса соответственно количеству очагов костеобразования.

В каждой зоне интереса намечают опорные точки, которые служат ориентиром для наложения тестовых решеток, состоящих из параллельных линий, перпендикулярных длинной оси кости. При этом учитывают, что фрагменты кости могут на разных этапах сближаться (при компрессии в процессе лечения перелома) или удаляться друг от друга (при дистракционном остеосинтезе). Поэтому первую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце проксимального фрагмента кости и с ней совмещают крайнюю нижнюю линию проксимальной тестовой решетки.

Затем выбирают вторую опорную точку на обращенном к диастазу торце дистального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю верхнюю линию дистальной тестовой решетки.

После этого обе тестовые решетки постепенно достраивают на равное количество шагов от опорных точек в направлении диастаза навстречу друг другу до тех пор, пока расстояние между крайними линиями решеток не окажется меньше удвоенного шага (понимая под шагом расстояние между линиями тестовой решетки). Такой способ совмещения тестовых решеток с изображением зоны интереса позволяет стандартизован, нумерацию тестовых уровней. За нулевые линии тестовой решетки принимают те, которые совмещены с опорными точками на проксимальном и дистальном костных фрагментах. Это дает возможность выделить для анализа сопоставимые участки в разноэтапных рентгенограммах даже в тех случаях, когда высота диастаза между костными фрагментами меняется.

Вслед за этим, с учетом интенсивности конкретного рентгенологического изображения устанавливают границы диапазонов интенсивности исследуемой зоны интереса, выделяя при этом участки со средней (тень костно-мозгового канала) и высокой (тень кортикальных пластинок) степенью рентгенконтрастности, а также участки, соответствующие интенсивности изображения тени мягких тканей. Степень интенсивности изображения каждого из перечисленных участков и соответствующие им граничные значения выражаются в условных единицах интенсивности, которые при использовании соответствующего программного обеспечения (например, комплекта специализированных программ для аппаратно-программного комплекса "Диаморф", Москва, Россия), устанавливаются автоматически.

Используя установленные таким образом граничные значения интенсивности изображения, каждый тестовый уровень (участок зоны интереса, ограниченный соседними линиями тестовых решеток) сегментируют на диапазоны интенсивности. Полученный цифровой материал обрабатывают и вносят в таблицы, на основе которых определяют доли площадей диапазонов интенсивностей в площади как каждого исследуемого участка, так и очага костеобразования в целому.

Для упрощения анализа цифрового материала и наглядности процесса костеобразования, на основании данных таблиц могут быть построены графики, характеризующие зону интереса и каждый из ее участков.

Практическое выполнение способа иллюстрируется следующим примером.

Собака №1191, возраст на момент операции 2 года, проводилось удлинение правой голени. Исследовали рентгенограмму оперированной конечности на сроке 14 дней дистракции.

Изображение рентгенограммы ввели в память компьютера с помощью телекамеры или сканера. Осуществили геометрическую и оптическую калибровку изображения. В интерактивном режиме выделили зону интереса (дистракционный регенерат и прилежащие концы отломков большеберцовой кости).

По гистограмме распределения интенсивностей в изображении зоны интереса определили границы диапазонов, отражающих степень минерализации ткани на этапах костеобразования. На том же изображении наметили опорные точки на торцах проксимального и дистального фрагментов болыпеберцовой кости. На каждый из костных фрагментов наложили по тестовой решетке параллельных линий, перпендикулярных длинной оси кости, так, чтобы их крайние, обращенные к диастазу, линии совместились с соответствующими опорными точками.

После этого обе тестовые решетки постепенно достраивали на равное количество линий в направлении диастаза навстречу друг другу до тех пор, пока расстояние между их крайними линиями не оказалось меньше удвоенного шага. Совмещенные с опорными точками линии тестовых решеток обозначили как нулевые и соответствующим образом пронумеровали тестовые уровни (участки зоны интереса, ограниченные соседними линиями тестовых решеток).

Затем каждый уровень планиметрировали и сегментировали по интенсивности, используя установленные ранее граничные значения диапазонов. Полученный цифровой материал внесли в таблицы, на основе которых определили доли площадей диапазонов в общей площади каждого тестового уровня и зоны интереса в целом. Результаты расчетов представлены на графике 1.

Исследование оцифрованного изображения данной этапной рентгенограммы позволило получить количественную оценку очага костеобразования. Анализ полученного цифрового материала показал, что в данном случае имел место активный остеогенез, о чем свидетельствовало соотношение долей площадей диапазонов интенсивностей, отражающих степени минерализации дистракционного регенерата. Доля неминерализованного компонента в площади диастаза (дистракционном регенерате) составила 24%, слабоминерализованного - 34%, среднеминерализованного - 42%, высокоминерализованного - 0%. В общей площади зоны интереса, включающей кроме регенерата и приторцевые участки костных фрагментов, доля неминерализованного компонента - 9%, слабоминерализованного -15%, среднеминерализованного - 65%, высокоминерализованного - 11%.

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение информативности и объективности результатов исследования очага костеобразования.

Способ оценки интенсивности костеобразования путем компьютерной обработки обзорных рентгенограмм, выделения на оцифрованном изображении одной или нескольких зон интереса, соответственно количеству очагов костеобразования, и, используя тестовую решетку, получения количественной оценки интенсивности костеобразования по соотношению площадей, отражающих степени минерализации дистракционного регенерата, отличающийся тем, что для каждой зоны интереса определяют границы диапазонов интенсивностей, отражающих степени минерализации ткани на этапах костеобразования и намечают опорные точки, при этом первую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце проксимального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю нижнюю линию проксимальной тестовой решетки, состоящей из параллельных линий, перпендикулярных длинной оси кости, а вторую опорную точку выбирают на обращенном к диастазу торце дистального фрагмента кости и совмещают с ней крайнюю верхнюю линию дистальной тестовой решетки, каждый участок зоны интереса, ограниченный соседними линиями тестовых решеток, сегментируют по установленным границам на диапазоны интенсивности и определяют доли площадей диапазонов интенсивностей в общей площади каждого участка зоны интереса, по соотношению долей площадей диапазонов интенсивностей оценивают интенсивность костеобразования.