способ оценки степени роста костного регенерата

Формула изобретения

Способ оценки степени роста костного регенерата, включающий выполнение и исследование рентгенограмм, отличающийся тем, что в качестве анатомической модели используют экспериментальное животное, при этом фиксируют большеберцовую кость аппаратом для чрескостного остеосинтеза, в средней трети диафиза формируют сегментарный дефект, который изолируют от мягких тканей аллокостью, затем выполняют компьютерный анализ площадей с изображений рентгенограмм во фронтальной и сагиттальной плоскостях, на каждом этапе эксперимента замеряют параметры дефекта, теней проксимального и дистального костных отделов регенерата исследуемой области и вычисляют их площади, при этом рассчитывают средний суточный прирост проксимальных или дистальных костных отделов, используя математическое выражение:

ССП_прокс.=S_прокс./n, или ССП _дист.=S_дист./n,

где ССП_{прокс. или дист.} - средний суточный прирост проксимального и дистального костных отделов регенерата,

S_{прокс. или дист.} - относительная площадь, занимаемая проксимальным или дистальным костными отделами регенерата в площади дефекта;

n - количество дней, через которые появляются контуры отделов регенерата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, в частности к анатомическим моделям, используемым для исследования костной ткани, а именно применяется для диагностики роста костного регенерата с использованием рентгенограмм и их компьютерного анализа.

Известен способ оценки активности репаративного процесса и типа остеогенеза в условиях дистракционного остеосинтеза, в котором методом энергетической допплерографии оценивают наличие и количество сосудистых эхо-сигналов в зоне дистракционного регенерата, при этом рассчитывают коэффициент его васкуляризации (К_вдр), а по полученным данным оценивают высокую активность репаративного процесса и преобладание первичного ангиогенного остеогенеза, нормальную активность репаративного процесса и синхронное протекание процессов десмального и первичного ангиогенного остеогенеза, пониженную активность репаративного процесса и протекание процессов остеогенеза преимущественно по типу десмального, фиброзирование соединительно-тканной прослойки, замедление процессов костеобразования и истощение репаративного потенциала или отсутствие тканевого субстрата, при этом оценку проводят в первые три дня дистракции, в конце первой, второй и третьей недели дистракции и далее через каждые две недели удлинения (Пат. №2199953, РФ. Опубл. 10.03.2003).

Однако известный способ не может быть использован для оценки апозиционного регенерата, изолированного аллокостью.

Известен способ прижизненной оценки динамики остеогенеза и перестройки новообразованной костной ткани, включающий поэтапную стереометрию очага костеобразования по рентгенограммам, рентген-компьютерным или ЯМР-томограммам, а также построенным на их основе трехмерным реконструкциям, при этом в качестве оценочного теста используют суточную и (или) удельную скорости изменения стереометрических характеристик исследуемого объекта или его отдельных частей (Пат. №99107796, РФ. Опубл. 20.02.2001).

Однако известный способ предназначен для оценки дистракционного регенерата и основан на измерении объемов проксимального и дистального эндостальных регенератов по их трехмерным компьютерным реконструкциям, для чего необходимо наличие дорогостоящего оборудования (томографа, компьютерной программы 3D-реконструкции), кроме того, данный способ не предусматривает оценку апозиционного регенерата, т.е. растущих навстречу друг другу его проксимального и дистального костных отделов и измерение их площадей на двумерных изображениях рентгенограмм.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего в условиях моделирования замещения дефекта длинной трубчатой кости оценить возможность роста костной ткани.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки степени роста костного регенерата, включающем выполнение и исследование рентгенограмм, в качестве анатомической модели используют экспериментальное животное, при этом фиксируют большеберцовую кость аппаратом для чрескостного остеосинтеза, в средней трети диафиза формируют сегментарный дефект, который изолируют от мягких тканей аллокостью, затем выполняют компьютерный анализ изображений рентгенограмм в двух проекциях (фронтальной и сагиттальной), на каждом этапе эксперимента оконтуривают исследуемые области, замеряя параметры дефекта, теней проксимального и дистального костных отделов регенерата и вычисляют их площади, при этом рассчитывают средний суточный прирост костных отделов, используя математическое выражение

где ССП_{прокс., дист.} - средний суточный прирост проксимального или дистального костных отделов регенерата;

S_{прокс, дист.} - относительная площадь, занимаемая проксимальным или дистальным костными отделами регенерата в площади дефекта;

n - количество дней, через которые появляются четкие контуры отделов регенерата.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, примером выполнения способа в эксперименте и иллюстративным материалом в виде изображений рентгенограмм, на которых:

Фиг.1 - Изображение рентгенограммы в день операции. Оконтуривание дефекта и измерение площади диастаза в день операции.

Фиг.2 - Изображение рентгенограммы через 14 дней эксперимента. Оконтуривание и измерение площадей проксимального и дистального костных отделов регенерата через 14 дней эксперимента.

Фиг.3 - Изображение рентгенограммы через 21 день эксперимента. Оконтуривание и измерение площадей проксимального и дистального костных отделов регенерата через 21 день эксперимента

Способ осуществляют следующим образом.

В условиях операционной экспериментальному животному под внутривенным барбитуровым наркозом для стабильной фиксации фрагментов большеберцовой кости на голень накладывают адаптированный для экспериментальных целей аппарат для чрескостного остеосинтеза. Чрезнадкостнично пилой Джигли создают сегментарный дефект в средней трети диафиза. Область дефекта изолируют от окружающих мягких тканей подготовленной трубчатой аллокостью. Рану послойно ушивают.

На этапах эксперимента (день операции, 7^-ой, 14^-ый , 21^-ый, 28^-ой день, затем ежемесячно) выполняют рентгенологические исследования в двух проекциях - фронтальной и сагиттальной.

Ввод и компьютерную планиметрию изображений осуществляют на аппаратно-программном комплексе "ДиаМорф" (г. Москва, регистрационное удостоверение МЗ РФ №98/219-137). Компьютерный анализ оцифрованных изображений рентгенограмм проводят по макросу, составленному из стандартных операций пакета прикладных программ "ДиаМорф-Cito". Для получения объективных количественных данных выполняют геометрическую калибровку. На изображениях рентгенограмм с помощью «мыши» выделяют зоны интереса, т.е. оконтуривают область дефекта, а также тени проксимального и дистального костных отделов регенерата. Затем измеряют площадь дефекта в день операции, величину которого принимают как постоянную на протяжении всего эксперимента, и площадь костных отделов регенерата на каждом этапе эксперимента. При этом площадь дефекта в день операции принимают за 100%, после чего анализируют соотношение площадей дефекта и теней костных отделов регенерата.

Для характеристики каждого этапа эксперимента используют результаты измерений как минимум двух изображений рентгенограмм, выполненных во фронтальной и сагиттальной проекциях.

Контуры костных отделов регенерата, позволяющие выделить их на изображениях рентгенограмм, определяются только с 14 дня эксперимента.

Среднюю арифметическую площадь выделенных зон рассчитывают, используя следующие математические выражения

где S_деф. - средняя арифметическая площадь дефекта в день операции;

S_прокс., S_дист. - средняя арифметическая площадь проксимального или дистального костных отделов регенерата на этапах эксперимента;

S _фронт. - площадь теней дефекта и костных отделов регенерата во фронтальной проекции;

S_сагит. - площадь теней дефекта и костных отделов регенерата в сагиттальной проекции.

Процентное содержание костных отделов регенерата в площади дефекта на каждом этапе эксперимента вычисляют следующим образом:

где S_прокс., S_дист. - площадь проксимального или дистального костных отделов регенерата в площади дефекта;

S_деф., S_прокс., S_дист. - средние площади дефекта, проксимального или дистального. костных отделов регенерата.

При появлении первых рентгенологических признаков (теней) костных отделов регенерата средний суточный прирост рассчитывают по математической формуле

где ССП_прокс., ССП_дист. - средний суточный прирост проксимального или дистального костных отделов регенерата;

S_прокс., S_дист. - относительная площадь, занимаемая проксимальным или дистальным костными отделами регенерата в площади дефекта;

n - количество дней, через которые появляются четкие контуры отделов регенерата.

На остальных этапах эксперимента: в числителе из площади, занимаемой костным отделом регенерата в площади дефекта на данном этапе, вычитают площадь, занимаемую этим же отделом регенерата в площади дефекта на предыдущем этапе эксперимента. В знаменателе указывается количество дней между последующим и предыдущим этапами эксперимента.

Пример выполнения способа.

История болезни №161, животное №2453, возраст 2 года, вес 17 кг, длина голени 14,5 см.

В условиях операционной у наркотизированного животного 5% спиртовым раствором йода обрабатывают операционное поле. Через проксимальный и дистальный концы большеберцовой кости проводят по две пары взаимоперекрещивающихся спиц, которые закрепляют в опорах аппарата. Из двух боковых разрезов с латеральной и медиальной сторон в средней трети голени чрезнадкостнично пилой Джигли резецируют поперечно участок диафиза большеберцовой кости. Для отграничения области дефекта от параоссальных тканей между проксимальным и дистальным фрагментами большеберцовой кости устанавливают трубчатую аллокость. Швы послойно накладывают на мягкие ткани.

На изображениях рентгенограмм, выполненных в день операции в двух проекциях, оконтуривают область дефекта, измеряют его площадь и рассчитывают среднее значение:

1. Дефект: в день операции (Фиг.1).

S_фронт.=427 мм²,

S _сагит.=452 мм²,

2. Этап эксперимента: 14^-ый день (Фиг.2).

На изображениях рентгенограмм, выполненных через 14 дней эксперимента в двух проекциях, оконтуривают тени проксимального и дистального костных отделов регенерата, измеряют их площади и рассчитывают средние значения:

S_{фронт.прокс.}=65 мм² ,

S_{сагит.прокс.}=52 мм²,

S _{фронт.дист.}=44 мм²,

S_{сагит.дист.} =46 мм²,

Рассчитывают процентное содержание костных отделов регенерата в площади дефекта через 14 дней эксперимента:

Рассчитывают средний суточный прирост проксимального и дистального костных отделов регенерата в первые 14 дней эксперимента:

3. Этап эксперимента: 21^-ый день (Фиг.3).

На изображениях рентгенограмм, выполненных через 21 день эксперимента в двух проекциях, оконтуривают проксимальный и дистальный костные отделы регенерата, измеряют их площади и рассчитывают средние значения:

S_{фронт,прокс.}=75 мм²,

S_{сагит.прокс.}=78 мм²,

S_{фронт.дист.} =71 мм²,

S_{сагит.дист.}=75 мм ²,

Рассчитывают процентное содержание костных отделов регенерата в площади дефекта через 21 день эксперимента:

Рассчитывают средний суточный прирост проксимального и дистального костных отделов регенерата в период с 14^-го по 21^-ый дни эксперимента:

Предлагаемый способ позволяет оценить и спрогнозировать направление течения репаративного процесса в дефектах длинных трубчатых костей, изолированных от параоссальных тканей аллокостью. Относительные показатели дают возможность сравнивать их у животных с различной длиной и диаметром большеберцовой кости.

Кроме того, предлагаемый способ доступен (можно применять любую компьютерную программу, работающую с геометрическими характеристиками объекта) и прост для выполнения, не требует использования дорогостоящей аппаратуры, основан на анализе рентгенологического материала, который можно получить практически в любом лечебном учреждении.

Предлагаемый способ используют в экспериментальном отделе РНЦ «ВТО» им. академика Г.А.Илизарова.