Способ диагностики остеоартроза коленного сустава

Авторы патента:

A61B6/03 - томографы с применением вычислительной техники (эхо-томографы A61B 8/14; вычислительные устройства для обработки информации для медицинских и биологических целей G06F 17/00,G06F 19/00)

Владельцы патента RU 2644541:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к медицине, в частности к лучевой диагностике, ревматологии, ортопедии и травматологии, и может быть использовано для диагностики остеоартроза. Согласно изобретению, в способе диагностики остеоартроза коленного сустава, включающем рентгенологическое исследование с получением рентгенограммы, рентгенограмму оцифровывают. На полученном цифровом изображении рентгенограммы коленного сустава выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, по которой строят трехмерный график оттенков серого. Определяют значения показателей числа экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), интенсивности максимального (МахР) и минимального (MinP) пиков, а также разницу между максимальными и минимальными пиками (D). Рассчитывают коэффициент ремоделирования по формуле: OArem=(-0,02×Ln(MaxP))+(0,42×Ln(MinP))+(-0,41×Ln(D))+(-0,41×Ln(EM)) и при получении значения более минус 1,3414 диагностируют остеоартроз коленного сустава. Изобретение позволяет улучшить диагностику остеоартроза коленного сустава и назначить своевременное лечение. 3 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности к лучевой диагностике, ревматологии, травматологии и ортопедии, а именно к исследованию состояния костной ткани и ее количественному выражению. Способ позволяет достоверно выявить изменения, возникающие в структуре костей, образующих коленный сустав, при остеоартрозе уже на ранних стадиях их изменения.

Известен способ диагностики остеоартроза коленного сустава, включающий рентгенологическое исследование плотности костной ткани всего тела человека с использованием специальной укладки трапециевидной формы для фиксации стопы, получение показателя плотности костной ткани в разных отделах бедренной и большеберцовой костей, расчет соотношений минеральной плотности латерального мыщелка бедренной кости к латеральному мыщелку большеберцовой кости, латерального мыщелка большеберцовой кости к ее медиальному мыщелку, латерального мыщелка бедренной кости к медиальному мыщелку большеберцовой кости. В результате получают коэффициент, по величине которого судят о степени остеоартроза (патент №2406442, РФ. Опубл. 20.12.2010). Однако известный способ является дорогостоящим, несет высокую лучевую нагрузку на пациента, так как используется протокол рентгеновской остеоденситометрии «все тело», не предназначен для рутинной рентгенологической диагностики остеоартроза коленного сустава согласно действующим Российским (Алексеева Л.И. Федеральные рекомендации по диагностике и лечению остеоартроза, АРР, 2013 http://rheumatolog.ru/experts/klinicheskie-rekomendacii) и международным рекомендациям (OARSI, 2014, https://www.oarsi.org/sites/default/files/docs/2014/non_surgical_treatment_of_knee_oa_march_2014.pdf), которые рекомендуют в качестве диагностики использовать стандартную рентгенографию для визуализации коленного сустава.

В качестве прототипа выбран рентгенологический способ диагностики остеоартроза, основанный на визуальном определении изменений суставов, включающий рентгенографию пораженного сустава в передне-задней проекции, получение пленочной рентгенограммы, описательную оценку врачом-рентгенологом качественных изменений, включающих сужение суставной щели, склероз субхондральной пластинки, краевые остеофиты, кистозное перерождение суставных концов костей, образующих сустав. На основании полученного описания рентгенологической картины делают вывод о стадии заболевания (Косинская Н.С. Дегенеративно-дистрофические поражения костно-суставного аппарата. - Л.: Медгиз. - 1961. - С. 17-19). Однако известный способ связан с субъективной описательной оценкой рентгенограммы и зависит от опыта врача, не позволяет достоверно выявить изменения, возникающие в структуре субхондральных части сочленяющихся костей, образующих коленный сустав, при остеоартрозе на очень ранних стадиях развития, основан на использовании качественных признаков.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка безопасного способа диагностики остеоартроза коленного сустава, позволяющего наиболее точно диагностировать остеоартроз сустава с использованием скринингового исследования, включающего определение степени ремоделирования костной ткани в области медиального плато большеберцовой кости, включающего математико-статистический метод.

Для решения поставленной задачи в способе диагностики остеоартроза коленного сустава, включающем рентгенологическое исследование с получением рентгенограммы, согласно изобретению рентгенограмму оцифровывают и на полученном цифровом изображении рентгенограммы коленного сустава выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, по которой строят трехмерный график оттенков серого, определяют значения показателей числа экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), интенсивности максимального (МахР) и минимального (MinP) пиков, а также разницу между максимальными и минимальными пиками (D), рассчитывают коэффициент ремоделирования по формуле:

OArem=(-0,02×Ln(MaxP))+(0,42×Ln(MinP))+(-0,41×Ln(D))+(-0,41×Ln(EM)) и при получении значения более минус 1,3414 диагностируют остеоартроз коленного сустава.

Технический результат изобретения заключается в высокой доступности заявленного способа, простоте использования, его безопасность обеспечивается низкой лучевой нагрузкой (менее 0,001 мЗт) на костный мозг и внутренние органы; это позволяет проводить диагностические исследования у лиц любой возрастной группы.

На Фиг. 1 отражен выбор области интереса в зоне субхондральной кости медиального большеберцового плато на стандартной рентгенограмме. Целесообразно, для более четкого определения границ выделенную область проекции мыщелка ограничить прямоугольником.

На Фиг. 2 отражено построение трехмерного графика оттенков серого по области интереса. Стрелками показаны максимальные пики по дистальному контуру графика (ЕМ). Цифра 1 - максимальный пик (МахР). Цифра 2 - минимальный пик (MinP).

На Фиг. 3 отражен результат определения диагностической значимости предлагаемого способа (ROC-анализ).

Способ осуществляют следующим образом.

Осуществляют стандартную укладку обследуемого пациента на столе рентгенологического аппарата в положении на спине для осуществления рентгенологической съемки коленного сустава в передне-задней проекции, производят рентгенографическое исследование. Получают рентгенограмму (электронную или пленочную). Пленочную рентгенограмму следует оцифровывать любым известным способом. Полученное цифровое изображение анализируют при максимальном разрешении, обрабатывают с помощью программы ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/) или любого другого подобного программного обеспечения. Для этого инструментом «прямоугольник» выделяют область интереса (Фиг. 1), включающую участок субхондральной кости размером 48±2×90±4 пикселов в области медиального плато большеберцовой кости. На основе полученного изображения строят трехмерный график (Фиг. 2) со значениями пиксельных оттенков серого по горизонтали по оси X, пиксельные значения по вертикали откладывают на оси Y, на оси Z отмечают полутоновое значение от 0 до 256, оценивают число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), максимальный (МахР) и минимальный пики (MinP), а также разницу между максимальным и минимальным пиками (D). Рассчитывают коэффициент ремоделирования (OArem) субхондральной кости по следующей формуле:

OArem=(-0,02×Ln(MaxP))+(0,42×Ln(MinP))+(-0,41×Ln(D))+(-0,41×Ln(EM)).

При получении значения более чем минус 1,3414 диагностируют остеоартроз коленного сустава.

Проведена оценка диагностической значимости (ROC-анализ) предлагаемого способа по сравнению со стандартной рентгенографией (Фиг. 3). На модели хорошего качества (площадь под кривой - AUC=0,889, p<0,0001) чувствительность данного метода составляет 91,3%, специфичность 75,0%.

Клинические примеры выполнения способа

Пример 1

Пациентка Г., 60 лет, с жалобами на боль механического ритма в правом коленном суставе.

Выполнено стандартное рентгенологическое обследование правого коленного сустава по общепринятой методике в прямой проекции на цифровом рентгенологическом аппарате «КРТ ОКО Электрон». Полученные таким образом цифровые рентгенограммы подвергали анализу в режиме «pixel to pixel» с помощью программы ImageJ. На изображении выбирали область интереса в области медиального плата большеберцовой кости, включающую участок субхондральной кости размером 49×92 пиксела, строили трехмерный график, со значениями пиксельных оттенков серого в горизонтальном положении по оси X, пиксельные значения в вертикальной ориентации откладывали на оси Y, на оси Z отмечали полутоновое значение оттенков серого в диапазоне от 0 до 256. Получали следующие показатели: число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ) - 12, интенсивность максимального пика (МахР) - 209, минимального (MinP) - 128, разница между ними (D) составила 81. Рассчитывали коэффициент ремоделирования (OArem), его значение определено как минус 1,18 (-1,18). Полученное предлагаемым способом значение свидетельствует о наличии остеоартроза коленного сустава у данной пациентки.

Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание полученной рентгенограммы опытным врачом-рентгенологом. На снимке определялся субхондральный склероз, сужение суставной щели, краевые костные разрастания. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у пациентки остеоартроза коленного сустава.

Пример 2

Пациентка В., 74 года, с жалобами на боль стартового ритма в левом коленном суставе.

Выполнено стандартное рентгенологическое обследование левого коленного сустава по общепринятой методике в прямой проекции на аналоговом рентгенологическом аппарате «CLINODIGIT». Полученные таким образом пленочные рентгенограммы оцифровывали с помощью сканера «brother ads-2600we» в высоком качестве разрешения (1200 bp). Полученные цифровые изображения подвергали анализу в режиме с помощью программы ImageJ. На изображении выбирали область интереса в области медиального плата большеберцовой кости, включающую участок субхондральной кости размером 48×93 пиксела, строили трехмерный график, со значениями пиксельных оттенков серого в горизонтальном положении по оси X, пиксельные значения в вертикальной ориентации откладывали на оси Y, на оси Z отмечали полутоновое значение оттенков серого в диапазоне от 0 до 256. Получали следующие показатели: число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ) - 11, интенсивность максимального пика (МахР) - 212, минимального (MinP) - 142, разница между ними (D) составила 70. Рассчитывали коэффициент ремоделирования (OArem), его значение определено как минус 0,751 (-0,751). Полученное предлагаемым способом значение свидетельствует о наличии остеоартроза коленного сустава у данной пациентки.

Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание полученной рентгенограммы опытным врачом-рентгенологом. На снимке определялся субхондральный склероз, выраженное сужение суставной щели левого коленного сустава, крупные краевые костные разрастания. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у пациентки остеоартроза левого коленного сустава.

Предлагаемый способ позволяет проводить скриннинговое исследование для определения признаков остеоартроза. Кроме того, предложенный способ благодаря высокой доступности, простоте использования, низкой лучевой нагрузке (менее 0,001 мЗт) на костный мозг и внутренние органы позволяет проводить исследования у лиц любой возрастной группы.

Способ диагностики остеоартроза коленного сустава, включающий рентгенологическое исследование с получением рентгенограмм, отличающийся тем, что получают цифровое изображение рентгенограммы коленного сустава, на которой выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, по которой строят трехмерный график оттенков серого, определяют значения показателей числа экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), интенсивности максимального (МахР) и минимального (MinP) пиков, а также разницу между максимальными и минимальными пиками (D), рассчитывают коэффициент ремоделирования по формуле:

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для моделирования многофазного потока текучей среды. Структура пор горных пород и других материалов может быть определена посредством микроскопии и подвержена цифровому моделированию для определения свойств потоков текучей среды, проходящих сквозь материал.

Системы и способы цифрового анализа горных пород с определением сэо многофазного потока // 2639727

Якоря для навигации на основе местоположения и приложения дополненной реальности // 2639672

Группа изобретений относится к технологиям кодирования/декодирования машиночитаемых символов. Техническим результатом является повышение эффективности кодирования/декодирования цифровых значений изображения.

Способ обнаружения периодических текстур // 2630744

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – обеспечение определения периодически повторяющихся текстур на изображении.

Системы и способы для создания трехмерного текстурного атласа // 2604674

Изобретение относится, в общем, к системам и способам для создания трехмерного (3D) текстурного атласа. Техническим результатом является повышение эффективности использования кэш-памяти текстур посредством уменьшения объема кэш-памяти текстур, необходимого для хранения каждого текстурного атласа.

Устройство для идентификации символьной области пикселя и способ // 2602348

Изобретение относится к различению текстовой области и нетекстовой области, и, в частности, к оцениванию шрифтового символа, подвергнутого процессу сглаживания. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств оценивания того, содержится ли единичный пиксель в символьной области на экране дисплея.

Способ выявления структуры в поле, способ рулевого управления сельскохозяйственным транспортным средством и сельскохозяйственное транспортное средство // 2571918

Изобретение относится к системам рулевого управления сельскохозяйственным транспортным средством. Техническим результатом является повышение точности рулевого управления сельскохозяйственного транспортного средства за счет передачи сигнала о корректировке, учитывающей характерную структуру поля.

Получение пространственных топографических изображений следов от инструмента с использованием нелинейного фотометрического стерео способа // 2557674

Описаны способ и система формирования пространственного изображения, в общем, для металлических поверхностей с зеркальной характеристикой и, в частности, для баллистических улик, при этом используют фотометрическое стерео путем определения и решения множества систем нелинейных уравнений, содержащих диффузный член и зеркальный член, с тем, чтобы определить поле N(x, y) векторов нормалей к поверхности и использовать N(x, y) для определения пространственной топографии Z(x, y).

Расширение заголовка вырезки для трехмерного видео для прогнозирования заголовков вырезок // 2549168

Изобретение относится к технологиям кодирования и декодирования трехмерных видеоданных. Техническим результатом является повышение эффективности кодирования или декодирования видеоконтента с высоким разрешением или высоким качеством при помощи информации, указывающей на то, закодирована ли информация о текстуре единицы кодирования, и принимая во внимание вырезку глубины.

Способ, устройство и компьютерный программный продукт для компенсации дефектов цвета глаз // 2547703

Изобретение относится к средствам компенсации дефектов цвета глаз на изображении. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения эффекта красных глаз на изображении.

Способ сцинтиграфической диагностики хронического миокардита // 2642928

Изобретение относится к медицине, радионуклидной диагностике, кардиологии и кардиохирургии. Диагностику хронического миокардита проводят путем количественного измерения зон интереса (ROI) в области средостения на совмещенных ОФЭКТ/КТ изображениях.

Способ прогнозирования развития сепсиса у больных с нетравматическими внутричерепными кровоизлияниями // 2641174

Изобретение относится к медицине, нейровизуализационным методам исследования и может быть использовано для прогнозирования развития сепсиса у больных с нетравматическими внутричерепными кровоизлияниями.

Способ прогнозирования вывиха коленной чашки у собак // 2641157

Изобретение относится к ветеринарии, диагностике патологий коленного сустава у собак. Прогнозирование вывиха коленной чашки у собак проводят путем анализа компьютерных томограмм коленного сустава.

Способ проведения эндоскопической хирургической операции на гортани // 2640789

Изобретение относится к медицине, эндоскопической ларингохирургии и компьютерно-томографическим методам исследования гортани. Дооперационно выполняют КТ головы и шеи в положении пациента на спине с запрокинутой назад головой, под которую подложена подушка.

Способ определения сагиттального размера компримирующего фактора // 2640451

Группа изобретений относится к медицине, травматологии, нейрохирургии и ортопедии в клинической практике и научных исследованиях для решения диагностических задач и планирования вида лечения различных повреждений позвоночника.

Поворотный гентри для мультимодальных систем визуализации // 2639999

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к средствам визуализации. Мультимодальная система визуализации содержит неподвижный гентри, поворотный гентри, соединенный с неподвижным гентри по меньшей мере тремя точками крепления.

Способ диагностики расстройства мочеиспускания // 2639426

Изобретение относится к медицине, урологии, диагностике расстройств мочевыделительной функции и может быть использовано для выбора вида лечения при расстройствах мочевыделения, в частности при гиперактивном мочевом пузыре, для контроля эффективности лечения.

Способ мультиспиральной компьютерной томографии-флебографии нижних конечностей при варикозной болезни вен // 2638920

Изобретение относится к медицине, сосудистой хирургии и может быть использовано в диагностике нарушений венозной гемодинамики при лечении пациентов с хронической венозной недостаточностью нижних конечностей (ХВН НК).

Способ оценки эффективности реконструктивной операции на орбите // 2638623

Изобретение относится к медицине, лучевой диагностике, челюстно-лицевой хирургии, предназначено для оценки эффективности реконструктивной операции на орбите. Для этого после реконструктивной операции проводят МСКТ обеих орбит в объемном режиме с толщиной среза 0,5 мм в аксиальной плоскости.

Способ диагностики воспалительного процесса в легких и во внутригрудных лимфатических узлах у больных саркоидозом // 2638447

Изобретение относится к медицине, радионуклидной диагностике, касается определения выраженности и распространенности воспаления в легких и внутригрудных лимфатических узлах (ВГЛУ) у больных саркоидозом.

Способ ранней диагностики остеоартроза коленного сустава // 2644542

Изобретение относится к медицине, в частности к лучевой диагностике, ревматологии, ортопедии и травматологии, и может быть использовано для диагностики остеоартроза. Изобретение включает рентгенологическое исследование коленного сустава с получением рентгенограммы. Рентгенограмму оцифровывают. На цифровом изображении коленного сустава выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, которое переводят в бинарный вид, рассчитывают фрактальный размер методом квадратов, при полученных значениях от 1,726 до 1,739 определяют остеоартроз I стадии, при полученных значениях от 1,740 до 1,767 определяют остеоартроз II стадии, при полученных значениях от 1,768 до 1,772 определяют остеоартроз III стадии, а при значениях в диапазоне от 1,773 до 1,787 определяют остеоартроз IV стадии. Значения фрактального размера от 1,700 до 1,725 соответствуют норме. Технический результат изобретения заключается в том, что в результате скринингового исследования путем определения фрактального размера субхондральной кости в области большеберцового плато медиального мыщелка большеберцовой кости появилась возможность раннего выявления наличия даже незначительного сужения суставной щели и назначить своевременное лечение. Также увеличена безопасность диагностического исследования, поскольку лучевая нагрузка (менее 0,001 мЗт) на костный мозг и внутренние органы достаточно низкая, что позволяет проводить исследования у лиц любой возрастной группы. Также важно, что способ достаточно прост для применения. 1 табл., 2 ил.