способ количественной оценки органотипической перестройки патологического очага при лечении больных с дефект-псевдоартрозами диафиза длинных костей

Формула изобретения

1. Способ количественной оценки органотипической перестройки патологического очага при лечении больных с дефект-псевдоартрозами диафиза длинных костей, включающий выполнение на этапах лечения сеансов компьютерной томографии, отличающийся тем, что в динамике на этапах лечения выполняют сеансы компьютерной томографии одновременно парных сегментов конечностей пациента на уровне патологического очага, сохраняют изображения в IBM-совместимом формате, из всех сеансов анализируют одноуровневые сканы, переведенные в серую палитру, по эталонному отрезку проводят их геометрическую калибровку, в изображении здорового сегмента определяют диапазон и максимальное значение интенсивности теней мягких тканей (I_max), из всех отобранных для анализа изображений удаляют, замещая черным, пикселы с интенсивностью, меньшей I_max+1, с помощью заливки красным цветом изображения области мягких тканей визуализируют незамкнутые пространства в области теней костных структур, оставляя черным ограниченные костными стенками тени костномозговых полостей, черный цвет замещают синим; обработанные таким образом изображения сегментируют, выделяя все серые пикселы - тени костных структур - в один файл, а синие тени костномозговых полостей - в другой, сохраняют их попиксельно в виде таблиц, рассчитывают площади теней костных структур (А_к) и костномозговых полостей (А_п) и индекс органотипичности по их отношению - А _к/А_п.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют аппарат внешней фиксации, в котором проецирующиеся на зону интереса детали выполнены из рентгеннейтрального материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для количественной оценки процесса органотипической перестройки патологического очага при лечении дефект-псевдоартрозов длинных костей.

Известны рентгенологические признаки нарушения органотипической структуры берцовых костей при дефект-псевдоартрозах - заращение костномозгового канала и остеосклероз концов отломков (Шевцов В.И., Макушин В.Д., Куфтырев Л.М. Дефекты костей нижней конечности. Чрескостный остеосинтез по методикам Российского научного центра «ВТО» им. академика Г.А.Илизарова. - М.: ИПП «Зауралье», 1996. - 504 с.).

Однако они не позволяют количественно оценивать динамику изменений отношения костномозговых полостей и их костных стенок в зоне патологического очага в процессе лечения.

Известен способ стереологической оценки степени консолидации псевдоартроза и межберцового синостоза по транспортированным через телекоммуникационные каналы связи цифровым изображениям компьютерных томограмм, полученных на этапах лечения, в том числе в аппарате внешней фиксации (Чевардин А.Ю и др. Стереологическая оценка степени консолидации псевдоартроза и межберцового синостоза по цифровым изображениям рентгенограмм и компьютерных томограмм // Украинский журнал телемедицины и медицинской телематики. - 2006, том 4, № 1 - С.42-48).

Однако способ не предназначен для количественной оценки динамики органотипической перестройки патологического очага.

Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего возможность количественной оценки динамики изменений отношения костномозговых полостей и их костных стенок в зоне патологического очага как показателя органотипической перестройки в процессе лечения данной категории больных.

Указанная задача решается тем, что в способе количественной оценки органотипической перестройки патологического очага при лечении больных с дефект-псевдартрозами диафиза длинных костей, включающем выполнение на этапах лечения сеансов компьютерной томографии, в динамике на этапах лечения выполняют сеансы компьютерной томографии одновременно парных сегментов конечностей пациента на уровне патологического очага, сохраняют изображения в IBМ-совместимом формате, из всех сеансов анализируют одноуровневые сканы, переведенные в серую палитру, по эталонному отрезку проводят их геометрическую калибровку, в изображении здорового сегмента определяют диапазон и максимальное значение интенсивности теней мягких тканей (I _max); из всех отобранных для анализа изображений удаляют, замещая черным, пикселы с интенсивностью, меньшей I_max +1, с помощью заливки красным цветом изображение области мягких тканей визуализируют незамкнутые пространства в области теней костных структур, оставляя черными ограниченные костными стенками тени костномозговых полостей, черный цвет замещают синим, обработанные таким образом изображения сегментируют, выделяя все серые пикселы - тени костных структур - в один файл, а синие тени костномозговых полостей - в другой, сохраняют их попиксельно в виде таблиц, рассчитывают площади теней костных структур (А_К) и костномозговых полостей (А_П) и индекс органотипичности по их отношению - А_К/А_П. Используют аппарат внешней фиксации, в котором проецирующиеся на зону интереса детали выполнены из рентгеннейтрального материала.

Способ поясняется описанием, примером практического использования и иллюстративным материалом, на котором изображено:

Фиг.1 - обзор уровней сканов в сеансе компьютерной томографии голени пациентки Б. от 07.10.2003 г.; используемые обозначения и изображения: МБК - тень малоберцовой кости; ББК - тень большеберцовой кости; РНС - тень стерженя из рентгеннейтрального материала; серые горизонтальные линии - уровни сканов; белая горизонтальная линия - выбранный для анализа скан.

Фиг.2 - фрагмент скана для анализа (Im8) из сеанса КТ пациентки Б от 07.10.03 после удаления пикселов мягкотканого диапазона; используемые обозначения: «Пр» и «Лев» - тени костных структур правой и левой голеней; Л1 - линия сканирования шкалы эталонного отрезка для геометрической калибровки; РНС - тени деталей аппарата из рентгеннейтрального материала; - инструмент "заливка".

Фиг.3 - геометрическая калибровка изображения 8 (КТ голени пациентки Б от 07.10.03).

Фиг.4 - обработанные изображения одноуровневых сканов в сеансах КТ голени пациентки Б от 07.10, 18.12 и 29.12.2003 г., таблица результатов их геометрической калибровки, измерения площадей костных стенок (Ак, серый цвет), замкнутых костных полостей (Ап, синий цвет) и расчет индекса органотипичности (И_орг - А_К/А_П ).

Фиг.5. Пациентка Б. Динамика изменений площади (мм²) костномозговых полостей и их костных стенок на этапах лечения.

Фиг.6. Пациентка Б. Динамика изменений И_орг на этапах лечения.

Способ осуществляют следующим образом.

Для изучения динамики органотипической перестройки в зоне патологического очага в процессе лечения диафизарных дефект-псевдоартрозов длинных костей пациенту проводят этапные сеансы компьютерной томографии (КТ), во время которых одновременно сканируют парные сегменты конечной. При этом если для лечения пациента используют аппарат внешней фиксации, то проецирующиеся на зону интереса детали должны быть выполнены из рентгеннейтрального материала, что обеспечивает получение качественных томографических изображений. Изображения томограмм сохраняют в IBM-совместимом формате и транспортируют по телекоммуникационным каналам связи в специализированное подразделение для анализа.

Поступившие изображения просматривают в программе графического редактора (например, Adobe Photoshop), отбирают для анализа наиболее репрезентативные сканы, расположенные во всех сеансах КТ на одинаковых уровнях патологического очага, их сохраняют в серой палитре попиксельно с расширением *.bmp и осуществляют геометрическую калибровку, рассчитывая по эталонному отрезку длину стороны (мм) и площадь (мм²) одного пиксела.

По наружным границам мягких тканей выделяют изображение тени здорового сегмента конечности в отдельный файл, определяют в нем диапазон интенсивностей теней мягкотканых структур и расчитывают максимальное значение интенсивности (I_max ) и пикселы с интенсивностью, меньшей I_max+1, удаляют из всего изображения томограммы, замещая черным (фоновый цвет аддитивных изображений); освободившуюся зону мягкотканых структур заливают красным, визуализируя все дефекты корковых пластинок диафизов и не замкнутые костными стенками костномозговые полости. При этом тени ограниченных костными стенками костномозговых полостей остаются черными, что позволяет их визулизировать, заместив черный синим как наиболее удаленным от красного основным цветом. Обработанные таким образом изображения сегментируют, выделяя все серые пикселы в один, а синие - в другой файл, сохраняют их попиксельно в виде таблиц, по которым рассчитывают площади (А) теней костных структур (Ак) и костномозговых полостей (Ап), а также индекс органотипичности И_орг как их отношение Ак/Ап. При этом результаты расчетов указанных параметров во всех отобранных для анализа сканах могут быть сведены в таблицы и представлены в виде диаграмм, позволяющих проследить их временную динамику.

Практическое использование способа иллюстрирует следующий пример.

Для исследования были направлены цифровые изображения сканов трех сеансов компьютерной томографии обеих голеней пациентки Б., последний из которых выполнен после снятия аппарата (29-12-2003), а два (07-10-2003 и 18-12-2003 г.) - на этапе лечения дефект-псевдоартроза берцовых костей правой голени с помощью аппарата внешней фиксации, детали которого, проецирующиеся на зону интереса, были выполнены из рентгеннейтрального материала.

Поступившие изображения просмотрели в программе графического редактора Adobe Photoshop 3.0 и отобрали (фиг.1) для анализа три наиболее репрезентативных скана, расположенные во всех сеансах КТ на одинаковых уровнях патологического очага. Отобранные изображения перевели в серую палитру, сохранили попиксельно (*.bmp) и осуществили геометрическую калибровку (фиг.2), рассчитав по эталонному отрезку длину стороны (мм) одного пиксела (фиг.3).

В изображении здоровой голени контуром выделили в отдельный файл тени мягкотканых структур, сохранили его в табличном формате и рассчитали максимальное значение интенсивности I_max. Из всех отобранных для анализа изображений удалили все пикселы, интенсивность которых была ниже I_max+1, в результате в изображениях остались лишь тени костных структур более высокой, чем I_max, интенсивности.

Расположив соответствующий инструмент в освободившейся зоне мягкотканых структур, осуществили заливку красным, визуализировав тем самым все незамкнутые пространства в области теней костных структур, тогда как ограниченные костными стенками тени костномозговых полостей остались черными, что позволило выделить их в изображении, замещая черный цвет синим. Обработанные таким образом изображения сегментировали, выделив все серые пикселы - тени костных структур - в один файл, а синие тени костномозговых полостей - в другой, и сохранили их в табличном формате, что дало возможность рассчитать их площади (Ак и Ап), а также отношение этих площадей - индекс органотипичности (фиг.4). Полученные результаты расчетов названных параметров представили в диаграммах (фиг.5, 6), которые наглядно демонстрируют максимальное отличие исследуемых параметров от уровня здоровой голени на наиболее раннем сроке исследования и тенденцию к нормализации - на втором и, особенно, на третьем сроке.

Использование предложенного способа в РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А.Илизарова показало, что его применение обеспечивает возможность объективной количественной оценки динамики изменений отношения костномозговых полостей и их костных стенок как показателя органотипической перестройки в зоне патологического очага в процессе лечения дефект-псевдоартрозов берцовых костей, повышая тем самым информативность рентгеноморфологических исследований. При этом предлагаемый способ позволяет получить дополнительную информацию для решения вопроса о показаниях к окончанию аппаратного этапа лечения.