Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов



Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов
Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов
Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов
Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов
A61B6/00 - Приборы для радиодиагностики, например комбинированные с оборудованием для радиотерапии (рентгеноконтрастные препараты A61K 49/04; препараты, содержащие радиоактивные вещества A61K 51/00; радиотерапия как таковая A61N 5/00; приборы для измерения интенсивности излучения, применяемые в ядерной медицине, например измерение радиоактивности живого организма G01T 1/161; аппараты для получения рентгеновских снимков G03B 42/02; способы фотографирования в рентгеновских лучах G03C 5/16; облучающие приборы G21K; рентгеновские приборы и их схемы H05G 1/00)

Владельцы патента RU 2692668:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к медицине, а именно к количественной оценке степени остеоинтеграции материалов, а также их влиянию на репаративную регенерацию костной ткани. Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов включает оценку степени интеграции имплантата по рентгеноспектрометрической картине границы «кость – имплантат», при этом методом рентгеновского спектрального микроанализа определяют отношение кальция и фосфора в периимплантной области костного ложа, на основании полученных данных рассчитывают индекс остеоинтеграции , и при ≥ 1 судят о присутствии остеоинтеграции имплантата, при от 1 до 0,5 судят о том, что остеоинтеграция не выражена, а при < 0,5 судят об отсутствии остеоинтеграции, при этом индекс остеоинтеграции рассчитывают по формуле:

, где – индекс остеоинтеграции, – процентное содержания кальция, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата, – процентное содержания фосфора, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата, – процентное содержание кальция, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата, – процентное содержания фосфора, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата. Использование изобретения позволяет более точно определить степень интеграции остеозамещающих материалов при их имплантации для замещения дефектов костной ткани. 4 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной биологии, имплантологии и тканевой инженерии и может быть использовано в фундаментальной науке и на этапе доклинического экспериментального исследования новых остеозамещающих материалов для количественной оценки степени остеоинтеграции материалов, а также их влияния на репаративную регенерацию костной ткани, как трабекулярной, так и кортикальной.

Известен способ определения регенерационной способности костной ткани путем вычисления денситометрического индекса и его оценки в динамике [1]. Согласно этому способу у больных исследуют минеральную плотность костной ткани в различные периоды: до операции, через 1.5 месяца и через 4.5 месяца после операции. Производят измерение минеральной плотности костной ткани (МПКТ) последовательно в левой и правой пяточной кости и в дистальных метафизах правой и левой лучевой кости. Полученные показатели МПКТ пациента суммируют и определяют индекс по их среднему значению, который принимают за исходное. Затем проводят денситометрическое исследование МПКТ через 1.5 месяца после операции и аналогичным образом вычисляют индекс. При выявлении увеличения индекса от исходного значения через 1.5 месяца более 1% определяют благоприятный прогноз регенерации костной ткани, в остальных случаях прогноз считают неблагоприятным.

Точность прогнозирования регенерации костной ткани, достигаемая данным способом, не может быть высокой, поскольку минеральную плотность кости в нем оценивают косвенно, что затрудняет получение количественных данных о завершенности процесса регенерации костной ткани. Кроме того, данный способ не позволяет адекватно оценить остеоархитектонику, восстановление которой является одним из критериев зрелости костной ткани. Не представляется применимым этот способ для экспериментальной оценки интеграции имплантанта в интерфейс костной ткани, так как проводится invivo. Необходимо отметить и то, что применение рентгенологических методов оценки минеральной плотности создает дополнительную лучевую нагрузку на пациента.

Известен также косвенный способ оценки степени остеоинтеграции, основанный на денситометрической оценке плотности костной ткани при проведении компьютерной томографии [2]. Способ включает анализ возможности сравнения изображений, предварительное выделение исследуемой области и совмещение изображений, повышение качества изображений, выбранных для сравнения, выделение контура имплантата и оценку показателей плотности периимплантатной области. Снижение или повышение этой плотности свидетельствует об отсутствии или наличии остеоинтеграции соответственно.

Существенные недостатки данного способа заключаются в том, что в нем для анализа изменений периимплантной плотности необходимо исследование срезов, полностью анатомически совпадающих в пространстве, при этом практически невозможно провести идентичное позиционирование пациентов при выполнении снимка. Нередко снимки выполняются на разных видах оборудования: ортопантомографах, компьютерных томографах, при различных физико-технических условиях съемки объекта, что также затрудняет адекватный анализ изображений. Способ не позволяет в полном объеме оценить остеоархитектонику, восстановление которой является одним из критериев зрелости костной ткани. Кроме того, недостатком способа является его категориальное значение, а не количественное. Способ также проводится invivo, а потому не применим для экспериментальной оценки интеграции имплантанта в интерфейс костной ткани. Как сказано выше, применение рентгенологических методов оценки минеральной плотности создает дополнительную лучевую нагрузку на пациента.

Известен широко применяемый способ изучения остеоинтеграции, основанный на гистологическом исследовании и цитоморфометрии [3]. В нем после декальцинации извлекали имплантат путем надреза на боковой стороне костного блока и последующего отделения стержня. Проводку костного блока осуществляли через батарею спиртов возрастающей концентрации и заливали в парафин по общепринятым гистологическим методикам. На роторном микротоме изготавливали серийные срезы толщиной 5-7 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином. Морфологическое исследование проводили по общепринятым критериям, а именно: количественная и качественная оценка характеристики клеточных элементов и гистологических проявлений процессов репарации в области имплантата (реакция на имплантат, выраженность воспалительной реакции на чужеродную ткань, преобладающий вид ткани в зоне имплантата).

Существенным ограничением этого способа является оценка степени остеоинтеграции костной ткани без самого имплантанта, так как изготовить гистологический срез, включающий кость и металлический компонент, представляется крайне сложной задачей. Низкая разрешающая способность светового микроскопа, невозможность анализа трехмерных изображений создает сложности с визуализацией трещины и других структурных изменений, возникающих на границе «имплантант – костная ткань». При гистологическом исследовании проводится преимущественно качественная оценка реакции костной ткани на имплантант, получение точных количественных данных затруднено.

В работе [4], посвященной изучению свойств пористых титановых имплантатов, остеоинтеграция оценивалась по визуальным признакам рентгеноспектрометрической картины границы «кость – имплантант» и выражалась в баллах. При этом на 4 балла оценивали отсутствие разобщения и разряжения костной ткани между имплантантом и костью; на 3 балла — разобщение между имплантантом и костью линейного характера без признаков резорбции и разряжения костной ткани; на 2 балла — разобщение между имплантантом и костью с признаками резорбции и разряжения костной ткани; на 1 балл оценивали миграцию имплантанта и его нахождение вне костного ложа. В области имплантации отмечали наличие или отсутствие местной воспалительной реакции, далее выполняли балльную оценку стабильности имплантанта и характера его контакта с костью. При этом на 4 балла оценивали отсутствие видимой подвижности имплантанта в костном ложе; на 3 балла — подвижность имплантанта в одной горизонтальной плоскости; на 2 балла — подвижность имплантанта в двух горизонтальных плоскостях; на 1 балл — подвижность имплантанта в вертикальной плоскости. Контакт имплантантов с костной тканью и макроскопический характер регенерата оценивали на 4 балла в случае полного покрытия имплантанта новообразованной костной тканью на уровне поверхности материнской кости; на 3 балла — в случаях, когда костный регенерат частично покрывал имплантант с образованием костного козырька; на 2 балла – при покрытии имплантанта фиброзной тканью; на 1 балл - при резорбции костной ткани в пришеечной части имплантанта.

Главным недостатком данного способа является субъективность оценивания показателей активности остеоинтегративных процессов. К недостаткам относится и его категориальное значение, выражаемое в баллах, а не истинное количественное значение.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке объективного, более точного способа оценки степени интеграции остеозамещающих материалов при их имплантации для замещения дефектов костной ткани.

Метод рентгеновского спектрального микроанализа, реализованный в сканирующей электронной микроскопии, позволяет определить содержание различных химических элементов в периимплантной области. Ключевую роль в остеорегенераторных процессах играют кальций и фосфор, поэтому в заявленном способе степень интеграции имплантанта по рентгеноспектрометрической картине границы «кость – имплантант» оценивают по соотношению кальция и фосфора в периимплантной области костного ложа.

Периимплантная область условно делится на три зоны в зависимости от удаленности от границы «имплантант - костная ткань»:

I. 100 мкм;

II. 101-499 мкм;

III. 500 мкм.

Последовательно в радиальном направлении выбирается 12 аттестационных точек, расположенных в I и III зонах, в которых методом рентгеновского спектрального микроанализа определяется процентное содержание кальция и фосфора (цифровое значение Ca и P определяется в процентах атомного веса энергетических спектров эмитированного рентгеновского излучения, возникающего при взаимодействии электронного пучка и атомов объекта костной ткани). Затем рассчитывается индекс остеоинтеграции по формуле:

,

где – индекс остеоинтеграции,

– процентное содержания кальция, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантанта,

– процентное содержания фосфора, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантанта,

– процентное содержания кальция, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантанта,

– процентное содержания фосфора, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантанта.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в повышении точности, объективности и универсальности оценки степени интеграции остеозамещающих материалов, а также в его простоте и высокой воспроизводимости.

Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлена схема деления периимплантной области на зоны в зависимости от расстояния «имплантант – костная ткань»; на фиг.2 –схема расстановки точек аттестации для определения содержания элементов по зонам в зависимости от расстояния до имплантанта; на фиг.3 – перифокальный элементный анализ. 3D титан (показан белой стрелкой), окруженный новообразованной костной тканью (показано белой стрелкой в черном контуре); на фиг.4 –перифокальный элементный анализ, в котором углеродный наноструктурный имплантант показан белой стрелкой и перифокальная костная ткань, показанная черной стрелкой в белом контуре, а также зона низкой минеральной плотности по результатам рентгеновского микроанализа показана белыми стрелками в черном контуре. В таблице приведены результаты элементного состава костной ткани фрагментов медиального мыщелка поствитальной большеберцовой кости кролика породы Шиншилла массой 2 – 2,5 кг, содержащих имплантированные остеозамещающие материалы: пористый титановый иплантант, полученный методом 3D печати, и углеродный наноструктурный имплантант.

Пример выполнения способа. Для исследования забирались фрагменты медиального мыщелка поствитальной большеберцовой кости кролика породы Шиншилла массой 2 – 2,5 кг, содержащие имплантированные остеозамещающие материалы: пористый титановый иплантант, полученный методом 3D печати, и углеродный наноструктурный имплантант (УНИ, производство «Нанотехмедплюс», Россия) в сроке 25 недель после имплантации. При работе с животными соблюдались «Международные рекомендации» (этический кодекс) по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985).

Подготовка образцов для сканирующей электронной микроскопии проводилась по стандартной процедуре и включала обезжиривание костных фрагментов в ацетоне, заливку в эпоксидную смолу, шлифовку и полировку, нанесение токопроводящего слоя. Далее изучали элементный состав костной ткани в указанных выше областях с помощью рентгеновского спектрального микроанализа, реализованного в сканирующем электронном микроскопе JSM-6390 LV (Япония). Результаты приведены в таблице.

Исследования показали, что для образцов с пористым титаном больше единицы, следовательно, данный материал претерпевает интеграцию с окружающей его костной тканью. По результатам исследования образцов, содержащих углеродный имплантант, можно говорить об отсутствии интеграции между имплантатом и костной тканью, так как значение меньше 0,5.

Таким образом, заявленный способ позволяет просто с высокой воспроизводимостью, повышенной точностью, объективностью и универсальностью оценивать степень интеграции остеозамещающих материалов.

Источники информации:

1. Патент РФ №2238039 «Способ прогнозирования регенерации костной ткани;

2. Стрельников В.Н. и др. Методика оценки остеоинтеграции дентальных внутрикостных имплантатов на основе автоматической обработки изображений// X-RayArt, 2013, № 3 (02), С. 24-26;

3. Митрошин А.Н. и др. Сравнительная оценка остеоинтеграции винтовых конических и цилиндрических титановых имплантатов, обработанных методом микродугового оксидирования //Фундаментальные исследования. – 2011. – №9– С. 447-451;

4. Байриков И.М. и др. Особенности остеоинтеграции нетканого титанового материала со сквозной пористостью// Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 6.

Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов, включающий оценку степени интеграции имплантата по рентгеноспектрометрической картине границы «кость – имплантат», отличающийся тем, что методом рентгеновского спектрального микроанализа определяют отношение кальция и фосфора в периимплантной области костного ложа, на основании полученных данных рассчитывают индекс остеоинтеграции , и при ≥ 1 судят о присутствии остеоинтеграции имплантата, при от 1 до 0,5 судят о том, что остеоинтеграция не выражена, а при < 0,5 судят об отсутствии остеоинтеграции, при этом индекс остеоинтеграции рассчитывают по формуле:

,

где – индекс остеоинтеграции,

– процентное содержание кальция, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата,

– процентное содержание фосфора, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата,

– процентное содержание кальция, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата,

– процентное содержание фосфора, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам отображения медицинских изображений, полученных от мишени с использованием рентгеновского излучения.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам отображения медицинских изображений, полученных от мишени с использованием рентгеновского излучения.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкоурологии и радиологии, и может быть использовано для лечения почечно-клеточного рака (ПКР) с диссеминацией в лимфатические узлы.

Изобретение относится к медицине, а именно к рентгенохирургическим методам диагностики сердечной недостаточности (СН), и может быть использовано для ранней диагностики сердечной недостаточности.

Рентгеновская система (2) для получения изображения объекта имеет детектор (8) рентгеновского излучения, который разбит на множество смежных детекторных ячеек. В частности, изображение может представлять собой двумерное проекционное изображение, но также и трехмерный объем объекта, восстановленный на основе сбора данных томосинтеза.
Изобретение относится к медицине, а именно к рентгенологии, может быть использовано для диагностики грыжи пищеводного отверстия диафрагмы и сопутствующих функциональных нарушений пищевода.
Изобретение относится к медицине, а именно к способам диагностики нарушений моторно-эвакуаторной функции толстой кишки. Для этого проводят пероральное введение сферических маркеров 3-4 мм в диаметре в количестве 18-24 штук Оценку состояния кишечного транзита производят через 100-120 часов по количеству маркеров, находящихся в исследуемом отделе толстой кишки.

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской радиологии. Способ планирования радиохирургического лечения опухолей головного мозга, расположенных в области моторной коры и/или прилегающих к данной области, включает: проведение МРТ исследований головного мозга без использования контрастного вещества с получением серии изображений анатомических срезов головного мозга, взвешенных по времени Т1.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для ведения пациентов после первичного выявления у них рака кожи. Для этого осуществляют диспансеризацию с проведением обследований в объёме, необходимом для своевременной диагностики новых злокачественных новообразований, в том числе иной локализации.
Изобретение относится к области медицины, конкретно к кардиологии. Проводят экстренную коронарную ангиографию и при выявлении острой окклюзии коронарной артерии и наличия длины тромба более 3 диаметров артерии осуществляют антитромбоцитарную терапию, включающую итегрилин с гепарином или бивалирудин.

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологи, и может быть использовано для радионуклидной диагностики анапластической астроцитомы. Пациенту вводят радиофармацевтический препарат на основе меченной технецием-99m производной глюкозы, содержащий 1-тио-D-глюкозы натриевой соли гидрата 0,625 мг, олова дихлорид 2-водный 0,044-0,052 мг, аскорбиновой кислоты не более 0,125 мг, натрия хлорида 8,0-10,0 мг, воду для инъекций до 1 мл, в дозе 500 МБк.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам защиты медицинского персонала от рассеянного рентгеновского излучения. Система защиты штатного сотрудника от рассеянного рентгеновского излучения содержит блок локализации местоположения и блок определения, причем блок локализации местоположения выполнен с возможностью обнаружения положения защитного устройства и положения штатного сотрудника, подлежащего защите, блок определения выполнен с возможностью определения местопроисхождения потенциального рассеянного рентгеновского излучения, и определения того, позиционировано ли защитное устройство для защиты штатного сотрудника, на основании местопроисхождения потенциального рассеянного рентгеновского излучения, положения защитного устройства и положения штатного сотрудника, подлежащего защите.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии и может быть использовано для диагностики состояния аппендикса при аппендикулярном инфильтрате. Проводят компьютерную томографию.

Изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к способам оценки состояния сердечно-сосудистой системы посредством анализа результатов эндоскопической ОКТ стенок кровеносных сосудов.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к травматологии-ортопедии, и может применяться для диагностики повреждения связок голеностопного сустава.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам отслеживания движения челюсти пациента. Устройство для отслеживания движения челюсти человека содержит по меньшей мере одну камеру, выполненную с возможностью фотографировать движение элементов отслеживания, содержащих реперные объекты и прикрепленных к нижней челюсти человека и к верхней челюсти человека или к части анатомической структуры человека, которая находится в неподвижном соединении с верхней челюстью, систему управления, включающую в себя первую подсистему для управления операциями по меньшей мере одной камеры, и вторую подсистему, содержащую средства обработки визуальной информации для обнаружения проекций и определения позиций элемента отслеживания на изображениях, захваченных по меньшей мере одной камерой, и для использования этой информации применительно к цифровой модели, изображающей твердую ткань по меньшей мере нижней челюсти, а также для генерирования динамической цифровой модели, подлежащей показу на дисплее, который визуализирует движение твердой ткани нижней челюсти в соответствии со сфотографированным движением реперных объектов, при этом устройство дополнительно содержит медицинский аппарат для формирования рентгеновских изображений, имеющий рентгеновский источник и детектор рентгеновского изображения, а система управления дополнительно содержит третью подсистему, которая включает в себя функции управления, относящиеся к управлению операциями аппарата для формирования рентгеновских изображений для получения информации краниального рентгеновского снимка и для генерирования КТ-реконструкции краниальной анатомической структуры, при этом по меньшей мере одна камера, предназначенная для фотографирования движения элементов отслеживания, является физической частью медицинского аппарата для формирования рентгеновских изображений.

Изобретение относится к медицинской радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации. Способ определения передаточных характеристик пикселей плоскопанельного детектора рентгеновского излучения включает сбор исходных данных для нескольких значений поглощенной дозы в каждом пикселе матрицы детектора, апроксимацию полученных данных линейной зависимостью, сбор данных для учета темнового тока для каждого пикселя матрицы детектора, считывание полученных данных с матрицы детектора и отображение их в виде цифрового сигнала, при этом считывание данных с матрицы детектора проводят между импульсами рентгеновского излучения, а отображение считанных данных в виде цифрового сигнала проводят в зависимости от поглощенной дозы.

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской визуализации и лечению, и может быть использовано для автоматического построения контуров на медицинском изображении.

Изобретение относится к электронной технике, точнее к детекторам излучения рентгеновских экспонометров и приборам дозиметрического контроля, которые используются как в промышленной, так и медицинской рентгенологии.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к слежению за объектом для медицинской системы и получению изображений для слежения за заданным подвижным объектом.

Изобретение относится к медицине, а именно к количественной оценке степени остеоинтеграции материалов, а также их влиянию на репаративную регенерацию костной ткани. Способ оценки степени интеграции остеозамещающих материалов включает оценку степени интеграции имплантата по рентгеноспектрометрической картине границы «кость – имплантат», при этом методом рентгеновского спектрального микроанализа определяют отношение кальция и фосфора в периимплантной области костного ложа, на основании полученных данных рассчитывают индекс остеоинтеграции, и при ≥ 1 судят о присутствии остеоинтеграции имплантата, при от 1 до 0,5 судят о том, что остеоинтеграция не выражена, а при < 0,5 судят об отсутствии остеоинтеграции, при этом индекс остеоинтеграции рассчитывают по формуле: , где – индекс остеоинтеграции, – процентное содержания кальция, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата, – процентное содержания фосфора, соответствующее i точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 100 мкм от имплантата, – процентное содержание кальция, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата, – процентное содержания фосфора, соответствующее j точке в периимплантной зоне, расположенной на удалении 500 мкм от имплантата. Использование изобретения позволяет более точно определить степень интеграции остеозамещающих материалов при их имплантации для замещения дефектов костной ткани. 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх