Способ цифровой диагностики деформаций позвоночника

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии, и может найти применение при лечении деформации позвоночника. Метод основан на компьютерной обработке цифровых изображений пациента, полученных цифровой камерой (фотоаппаратом) в трех проекциях - прямой задней, левой боковой и прямой передней. Предварительно на спине пациента вдоль позвоночника ставится семь точечных меток. Метки ставятся приблизительно на равном расстоянии друг от друга. Место установки меток определяется на ощупь, по остистым отросткам. Полученные цифровые изображения вводятся в память ЭВМ. Распознавание меток происходит с помощью оператора. Координаты, полученные при распознавании, используются для математической пространственной обработки. Результатом обработки является получение трехмерного схематичного изображения позвоночника с указанием величин отклонений от нормы в размерах и углах. На основании этих величин вычисляются степени сколиоза, лордоза и кифоза. Метод позволяет проводить раннюю диагностику деформаций позвоночника во фронтальной, горизонтальной, сагиттальной плоскостях, мониторинг, исключить необходимость проведения рентгенологических исследований в процессе лечения деформаций позвоночника. 5 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии, и может найти применение при лечении деформации позвоночника.

В настоящее время происходит постоянное увеличение числа пациентов, страдающих патологией опорно-двигательного аппарата, в первую очередь детей. При этом одно из ведущих мест занимает патология позвоночника.

Для выявления патологии позвоночника традиционно используют рентгенологическое исследование, причем для выявления деформаций позвоночника во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостях выполняют рентгенограммы в прямой и боковой проекциях. Так, например, известен способ Fergusson (Мовшович И.А., Риц И.А. Рентгенодиагностика и принципы лечения сколиоза. - Москва: Медицина. - 1969), основанный на расчерчивании рентгенограмм позвоночника в прямой проекции и определении величины дуги искривления позвоночника по углу, образованному отрезками прямой между геометрическими центрами концевых позвонков и позвонка, лежащего на вершине искривления.

Известен способ рентгеновской объемной компьютерной диагностики позвоночника путем проведения рентгеновского томографического облучения пациента в положении лежа на выдвижном столе, перемещающемся перпендикулярно плоскости вращения источников излучения и получения изображения позвоночника для его исследования (патент РФ 2302203, опубл. 27.03.2005 г., А61В 6/03).

Для динамического наблюдения за течением, например, сколиотической болезни, пациента обследуют ежегодно. Если принять во внимание тот факт, что первично диагноз сколиоза обычно выставляют в среднем в 8-9 лет, а прогрессирование заболевания заканчивается в 16-17 лет, то количество необходимых рентгенограмм может быть до 15 единиц, что связано со значительной лучевой нагрузкой на растущий организм.

Известен метод, не использующий рентгеновского излучения - муаровая топография. Так, например, известен способ компьютерной оптической топографии формы тела человека и устройства для его осуществления" (Евразийский патент 000111, 1998 г., А61В 5/103), включающий проецирование на поверхность тела пациента изображения пространственной системы эквидистантных оптически контрастных прямых линий, видеосъемку этого изображения, аналого-цифровое преобразование сигнала изображения, введение его в систему памяти электронно-вычислительной машины (ЭВМ) и обработку преобразованного сигнала для получения количественных параметров рельефа поверхности.

Предварительно изображение указанной системы линий проецируют под указанным заданным углом на плоский экран и осуществляют видеосъемку изображения в отсутствии пациента. По полученным изображениям авторы судят об изменениях формы тела и делают вывод о том, что при выявлении объемной асимметрии можно говорить о наличии деформации позвоночника.

Недостатком известного метода является то, что наличие объемной асимметрии туловища является лишь косвенным признаком деформации позвоночника. Рельеф поверхности тела создается равно как скелетом, так и мягкими тканями. Известно, что человеческое тело всегда ассиметрично. И это нормально. На этом основании делать выводы о строении скелета не всегда правильно. Кроме того, произвольное расположение пациента перед съемкой не обеспечивает повторяемости результатов от исследования к исследованию.

Известен способ топической диагностики деформаций позвоночника, выбранный в качестве прототипа, включающий расположение пациента в вертикальной плоскости, освещение его когерентным источником света, видеосъемку, введение полученного изображения в ЭВМ и обработку видеосигнала (патент РФ 2204939, опубл. 27.05.2003 г., А61В 5/103). Однако известный способ недостаточно точный для диагностики деформаций позвоночника.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа, безвредного для пациента и позволяющего с высокой точностью при минимальном наборе оборудования осуществлять диагностику деформаций позвоночника. Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе цифровой диагностики деформаций позвоночника, включающем компьютерную обработку цифровых изображений пациента, согласно изобретению перед получением цифровых изображений на передней части тела и на спине пациента ставят точечные метки, помогающие впоследствии выявить ротацию позвоночника вокруг вертикальной оси, справа от пациента для калибровки измерения наносят две метки, расположение которых известно обрабатывающей программе, затем делают три снимка в трех проекциях: для первого снимка пациента устанавливают спиной к фотокамере, для второго снимка - левым боком, для третьего - передом к фотокамере, полученные снимки вводят в ЭВМ, с помощью компьютерной программы получают трехмерное схематичное изображение позвоночника с указанием величин отклонений от нормы и на основании этих величин диагностируют степень деформации позвоночника.

Предлагаемый метод имеет очень высокую точность. Так, при использовании стандартного разрешения цифровой фотокамеры 2448×3264 точность измерения отклонений при правильной расстановке меток достигает ±0,4 мм, а при измерении углов ±0,2 градуса. Метод требует минимальный набор оборудования: цифровая фотокамера на штативе и персональный компьютер. Затраты на это оборудование на порядок меньше, чем затраты на оборудование, используемое при других методах. Это позволяет широко применять метод не только в медицинских учреждениях, но и в детских садах, специализированных санаториях и других бюджетных организациях.

Кроме того, предлагаемый метод, в отличие от других, чувствителен к деформации не только в коронарной и сагиттальной проекции, но и в аксиальной. Это помогает судить о ротации позвоночника вокруг своей оси на всем его протяжении

На Фиг.1, 2 и 3 представлены цифровые снимки пациентов. На Фиг.1 - задняя прямая проекция; На Фиг.2 - боковая проекция; На Фиг.3 - передняя прямая проекция; На Фиг.4 показана возможность увеличения снимков; На Фиг.5 представлены результаты исследований.

Способ осуществляется следующим образом.

Пациента устанавливают на фоне белой стены. Справа от него на стене наносят две метки V1 и V2, которые расположены строго вертикально друг над другом на расстоянии соответственно 1000 мм. и 1500 мм. от пола. Эти метки необходимы для того, чтобы компьютерная программа откалибровала масштаб при расчетах и настроилась на реальную вертикаль. Цифровая фотокамера должна находиться на расстоянии 5-8 метров. При более близком расположении фотокамеры появятся погрешности в измерениях, возникающие от эффекта «вращающейся бочки». Расстояние от пола до оси фотообъектива должно быть приблизительно равно расстоянию от пола до позвонков С7-С8, так как этот отдел является серединой исследуемой области позвоночника.

На спине пациента вдоль позвоночника ставят семь точечных меток. В особо сложных случаях при сильных деформациях позвоночника для получения более полных данных количество меток можно увеличить. Метки ставят приблизительно на равном расстоянии друг от друга. Место установки меток определяется на ощупь, по остистым отросткам. Метки должны иметь вид вертикального штриха длиной 5 мм черной гелиевой авторучкой, это поможет отличить их от родинок. На передней части тела пациента также ставят несколько меток, которые в дальнейшем при цифровой обработке должны помочь определить геометрическую централь туловища. После этого пациента устанавливают ровно спиной к фотокамере так, чтобы метки V1 и V2 находились справа от пациента (Фиг.1а). Делают первый снимок. Затем пациента устанавливают ровно левым боком к фотокамере так, чтобы метки V1 и V2 находились справа от спины пациента (Фиг.2а), и делают второй снимок. Для третьего снимка пациента устанавливают ровно передом к фотокамере так, чтобы метки V1 и V2 находились справа от спины пациента (Фиг.3а).

Далее три цифровых снимка переносят в ЭВМ в программу, разработанную для обработки полученных данных, и производят разметку точек в программе. Для этого программа увеличивает снимки для отчетливого распознавания меток (Фиг.4). Сначала на задней прямой проекции отмечают метки V1 и V2, а затем семь меток на позвоночнике (Фиг.1а). Далее на боковой проекции отмечают метки V1 и V2, после чего программа переносит уровни семи меток с задней прямой проекции в виде горизонтальных линий (Фиг.2а). Отмечают семь меток пересечения линий с задней поверхностью тела пациента и семь меток пересечения линий с передней поверхностью тела. Затем отмечают метки на снимке передней прямой проекции (Фиг.3а). Отмечают метки V1 и V2, после чего программа переносит уровни семи меток с задней прямой проекции в виде горизонтальных линий. Ориентируясь на геометрическую централь туловища, метки ставят на пересечениях горизонтальных линий с централью. Координаты всех отмеченных меток заносятся в память ЭВМ и служат данными для всех расчетов. Далее программа проводит обработку данных. Полученные результаты выводят в графическом виде с указанием всех величин отклонений и углов (Фиг.1б, 2б, 3б, 5б).

До сих пор в ортопедии принято множество методик измерения угла искривления позвоночника, и соответственно, множество различных классификаций с разными величинами углов в градусах. В нашей стране наиболее распространена классификация, предложенная В.Д.Чаклиным (http://www.pozvonok.ru/pozv/page_1_3.html).

По критериям этой классификации программа оценивает все углы и выдает степени сколиоза и кифоза по всем деформированным участкам позвоночника (Фиг.5а).

Как известно, никакая компьютерная программа не вправе ставить диагноз пациенту, но она может быть незаменимым инструментом для сложных и точных расчетов для врача-ортопеда.

Пояснения к чертежам

Фиг.1.а. Снимок пациента. Стрелками указаны калибровочные метки V1 и V2. На спине видны метки по остистым отросткам позвоночника.

Фиг.2.б. Графическое отображение деформации позвоночника после обработки на ЭВМ. Слева указаны отклонения от оси позвоночника в мм. Справа указаны углы между сегментами в градусах. Внизу указано отклонение оси позвоночника от физической вертикали в градусах.

Фиг.2.а. Снимок пациента. Стрелками указаны калибровочные метки V1 и V2. Горизонтальные линии переносят уровни меток с задней прямой проекции. Они помогают отмечать семь меток пересечения линий с задней поверхностью тела пациента и семь меток пересечения линий с передней поверхностью тела.

Фиг.2.б Графическое отображение деформации позвоночника после обработки на ЭВМ. Слева указаны отклонения от оси позвоночника в мм. Справа указаны углы между сегментами в градусах. Внизу указано отклонение оси позвоночника от физической вертикали в градусах.

Фиг.3.a. Снимок пациента. Стрелками указаны калибровочные метки V1 и V2. На передней части тела пациента ставится несколько меток, которые в дальнейшем при цифровой обработке должны помочь определить геометрическую централь туловища. Горизонтальные линии переносят уровни меток с задней прямой проекции. Они помогают отмечать семь меток пересечения линий централью туловища.

Фиг.3.б. Графическое отображение деформации позвоночника после обработки на ЭВМ. Слева указаны отклонения от оси позвоночника в мм. Внизу указано отклонение оси позвоночника от физической вертикали в градусах.

Фиг.5.а. Программа оценивает все углы и выдает степени сколиоза и кифоза по всем деформированным участкам позвоночника.

Фиг.5.б. Графическое отображение объемной деформации позвоночника после обработки на ЭВМ. Слева указаны углы ротации позвоночника вокруг оси в градусах. Внизу указано отклонение оси позвоночника от физической вертикали в градусах.

Способ цифровой диагностики деформаций позвоночника, включающий компьютерную обработку цифровых изображений пациента, отличающийся тем, что пациента устанавливают на фоне белой стены и для калибровки измерений справа от него на стене наносят две метки V1 и V2 на расстоянии 1000 мм и 1500 мм от пола строго вертикально друг над другом, на спине пациента вдоль позвоночника по остистым отросткам, определяемым на ощупь, ставят не менее семи точечных меток, после чего делают три снимка в трех проекциях - для первого снимка пациента устанавливают спиной к фотокамере так, чтобы метки V1 и V2 находились справа от спины пациента, для второго снимка - левым боком и для третьего - передом к фотокамере так, чтобы метки V1 и V2 находились справа от спины пациента, полученные снимки вводят в ЭВМ и обрабатывают с помощью компьютерной программы, получая при этом трехмерное схематичное изображение позвоночника с указанием величин отклонений от нормы, по которым диагностируют степень деформации позвоночника.