способ оценки минерализации костного регенерата по изображениям рентгенограмм

Формула изобретения

Способ исследования костного регенерата, включающий изготовление цифрового изображения рентгенограмм, выбор участка для исследования, отличающийся тем,,что используют аппаратно-программный комплекс «Диаморф», определяют интенсивность каждого пикселя тени регенерата, дополнительно измеряют среднюю интенсивность теней мягких тканей и фона изображения рентгенограммы на уровне костного регенерата, значения которых используют для расчета оптической плотности пикселей, анализируют полученные вариационные ряды значений оптической плотности в регенерате с использованием метода описательной статистики и методов проверки статистических гипотез, затем вариационный ряд ранжируют по возрастанию, разбивают диапазон оптической плотности от 0 до 1,1 у.е. на 22 равных интервала с шагом 0,05 у.е. и определяют долю пикселей, имеющих оптическую плотность, соответствующую каждому интервалу, в площади регенерата, строят гистограмму распределения оптических плотностей, соответствующую распределению структур с различной степенью минерализации в костном регенерате.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, в частности к ортопедии и травматологии, а именно к методам исследования костного регенерата.

Известен способ определения содержания минерального вещества в костной ткани, при котором изготавливают цифровую рентгенограмму объекта съемки с использованием эталона минеральной плотности, выбирают участок для исследования, составляют математический алгоритм построений "гладкой" денситометрической кривой и осуществляют привязку плотности изображения эталона к содержанию минерального вещества в исследуемом участке объекта съемки, перед изготовлением цифровой рентгенограммы объект съемки и эталон минеральной плотности помещают в водную среду, причем толщина водной среды должна быть постоянной по всей поверхности съемки (№2000108703/14, Заявл. 11.04.00, Опубл. 27.11.00, Бюл. №33).

Однако данный способ предполагает наличие специальных условий (емкости с водой) при изготовлении рентгенограмм, позволяет исследовать только дистальные сегменты конечностей (кисть, предплечье, стопа, голень), не может быть использован для анализа архивного материала.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего исследовать изменение минерализации костного регенерата по оцифрованным изображениям рентгенограмм.

Поставленная задача решается тем, что в способе количественной оценки минерализации костного регенерата по изображениям рентгенограмм, определяют интенсивность каждого пикселя тени регенерата, дополнительно измеряют среднюю интенсивность теней мягких тканей и фона изображения рентгенограммы на уровне костного регенерата, значения которых используют для расчета оптической плотности пикселей, анализируют полученные вариационные ряды значений оптической плотности в регенерате с использованием метода описательной статистики и методов проверки статистических гипотез, затем вариационный ряд ранжируют по возрастанию, разбивают диапазон оптической плотности от 0 до 1,1 у.е. на 22 равных интервала с шагом 0,05 у.е. и определяют долю пикселей, имеющих оптическую плотность, соответствующую каждому интервалу, в площади регенерата, строят гистограмму распределения оптических плотностей, соответствующую распределению структур с различной степенью минерализации в костном регенерате.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, экспериментальным примером выполнения способа и чертежами в виде изображений рентгенограмм.

Фиг.1 - фрагмент исходного изображения рентгенограммы через 21 сутки дистракции.

Фиг.2 - фрагмент изображения рентгенограммы с оконтуренными тенями регенерата.

Фиг.3 - изображение теней костного регенерата.

Фиг.4 - вариационные ряды значений интенсивности и оптической плотности пикселей теней регенератов через 14 и 21 день дистракции.

Фиг.5 - шкала с диапазоном оптической плотности от 0 до 1,1 у.е. и шагом 0,05 у.е.; распределение в изображении регенерата пикселей с соответствующей оптической плотностью по интервалам шкалы.

Фиг.6 - гистограмма распределения оптических плотностей в изображении регенерата.

Способ осуществляют следующим образом.

Ввод фрагментов изображений рентгенограмм 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". Известно, что интенсивность рентгеновской тени кости на 95% обеспечивается ее минеральным компонентом. Следовательно, оптическая плотность кости на рентгенограмме отражает содержание солей кальция. Поэтому по данному показателю можно судить об изменении минерализации кости. При оцифровке изображение разлагается на отдельные элементы или пиксели, оптическая плотность которых характеризует распределение структур с различной степенью минерализации в костном регенерате. На изображениях рентгенограмм с помощью «мыши» оконтуривают тени костного регенерата, удаляют изображение вне контура, измеряют интенсивность каждого пикселя выделенного участка. Выполняют оптическую калибровку, заключающуюся в измерении средней интенсивности теней мягких тканей и фона изображения рентгенограммы на уровне костного регенерата, значения которых используют для расчета оптической плотности пикселей. С помощью статистического пакета анализа данных в программе "Microsoft Excel-97" определяют статистические характеристики вариационных рядов оптической плотности. Для определения нормальности распределения и значимости различий между рядами используют программу AtteStat Версия 1.0 (Свидетельство №2002611109 РФ на программу "AtteStat". Версия 1.0. Опубл. 28.06.2002). Вариационные ряды ранжируют по возрастанию оптической плотности. При анализе оцифрованных изображений рентгенограмм на разных сроках эксперимента нами установлено, что средняя оптическая плотность теней костного регенерата изменяется в диапазоне от 0 до 1,1 у.е. Данный диапазон оптической плотности разбивают на 22 равных интервала с шагом 0,05 у.е. и определяют долю площади пикселей, имеющих оптическую плотность, соответствующую каждому интервалу, в площади регенерата, строят гистограмму распределения оптических плотностей, соответствующую распределению структур с различной степенью минерализации в костном регенерате.

Пример выполнения способа.

История болезни №71, животное №6691, возраст 1,5 года, вес 14 кг, длина голени 16,5 см.

На изображениях рентгенограмм, выполненных через 14 и 21 день дистракции, оконтуривают костные регенераты, удаляют изображение вне контуров, измеряют интенсивность каждого пикселя выделенных участков. Измеряют среднюю интенсивность фона рентгенограмм и теней мягких тканей. Рассчитывают оптическую плотность каждого пикселя выделенных участков. В программе "Microsoft Excel-97" с помощью статистического пакета анализа данных рассчитывают основные показатели описательной статистики: среднюю арифметическую, стандартную ошибку, медиану, дисперсию стандартное отклонение, эксцесс, асимметрию, минимальное и максимальное значения, уровень надежности.

На основании рассчитанных по данным вариационным рядам показателей описательной статистики с уровнем надежности 95% установлено, что среднее значение оптической плотности регенерата через 14 дней дистракции находилось в пределах от 0,20 до 0,28 у.е., через 21 день дистракции - от 0,26 до 0,32 у.е. Отрицательные значения коэффициентов асимметрии говорят о незначительной левосторонней асимметрии в рядах и распределении близком к нормальному. Нормальность распределения в рядах подтверждается и критерием Колмагорова (р=0,5). Для определения значимости различий между рядами используют t-критерий Стьюдента (Свидетельство №2002611109 РФ на программу "AtteStat". Версия 1.0. Опубл. 28.06.2002). Установлено, что оптическая плотность (минерализация) регенерата через 21 день (0,29±0,09 у.е.) дистракции значимо выше оптической плотности регенерата через 14 дней (0,24±0,11) (р<0.05).

Вариационные ряды ранжируют по возрастанию оптической плотности. Диапазон оптической плотности от 0 до 1,1 у.е. разбивают на 22 равных интервала с шагом 0,05 у.е. и определяют долю площади пикселей, имеющих оптическую плотность, соответствующую каждому интервалу, в площади регенерата, строят гистограмму распределения оптических плотностей, соответствующую распределению структур с различной степенью минерализации в костном регенерате.

Предлагаемый способ доступен и прост для выполнения, позволяет расширить возможности интерпретации рентгенологического исследования костного регенерата, оценить и сравнить изменение минерализации костного регенерата на разных этапах исследования.

Предлагаемый способ применяется в научном экспериментально-клиническом отделе морфологических исследований ГУ РНЦ "ВТО" им. академика Г.А.Илизарова.