Способ ранней диагностики остеоартроза коленного сустава
EARLY DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR KNEE OSTEOARTHROSIS

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.
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_kne e_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, получении пленочной рентгенограммы, описательной оценке 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 настоящего изобретения является разработка простого способа ранней диагностики остеоартроза коленного сустава при небольшом сужении суставной щели, повышение безопасности лучевого воздействия на костный мозг и внутренние органы пациента в период диагностического исследования, скрининговое исследование путем определения фрактального размера субхондральной кости в области большеберцового плато медиального мыщелка большеберцовой кости для ранней диагностики остеоартроза коленного сустава.
Для решения поставленной задачи в способе ранней диагностики остеоартроза коленного сустава, включающем рентгенологическое исследование с получением рентгенограммы, согласно изобретению выполняют оцифрование рентгенограммы, на полученном цифровом изображении выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального плато большеберцовой кости, 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. 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.
На Фиг. 1 отражен выбор области интереса на рентгенограмме.
На фиг. 2 представлены изображения области интереса: А - полутоновое изображение области интереса, Б - бинарное изображение области интереса.
Целесообразно для более четкого определения границ выделенную область проекции мыщелка ограничить прямоугольником.
Способ осуществляют следующим образом.
Обследуемого пациента укладывают 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 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, включающую участок субхондральной кости размером 48±2×90±4 пикселов в области медиального плато большеберцовой кости. Выделенное таким образом изображение области интереса подвергают процедуре бинаризации с помощью автоматического протокола. Для бинарного изображения рассчитывают фрактальный размер (D) методом квадратов.
При полученных значениях D в диапазоне от 1,700 до 1,725 определяют нормальное состояние.
При полученных значениях D в диапазоне от 1,726 до 1,739 определяют остеоартроз I стадии.
При полученных значениях D в диапазоне от 1,740 до 1,767 определяют остеоартроз II стадии.
При полученных значениях D в диапазоне от 1,768 до 1,772 определяют остеоартроз III стадии.
При полученных значениях D в диапазоне от 1,773 до 1,787 определяют остеоартроз IV стадии.
Проведена оценка диагностической значимости предлагаемого способа по сравнению со стандартной рентгенографией (таблица). На модели хорошего качества чувствительность данного метода составляет от 91,0%, специфичность от 75,0% в зависимости от стадии заболевания. Для определения раннего остеоартроза диагностическая ценность: чувствительность 95%, специфичность 83%.
Клинические пример выполнения способа.
Пример 1
Пациентка Н., 56 лет, с жалобами на боль механического ритма левом коленном суставе.
Стандартное рентгенологическое обследование левого коленного сустава по общепринятой методике в прямой проекции на цифровом рентгенологическом аппарате «КРТ ОКО Электрон». Цифровые рентгенограммы обрабатывали 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, переводили полутоновое изображение в бинарное с помощью стандартной автоматической процедуры, рассчитывали фрактальный размер методом квадратов, который был равен 1,728. Полученные значения соответствуют I стадии остеоартроза коленного сустава.
Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание опытным врачом-рентгенологом рентгенограммы, на которой определялся незначительное сужение суставной щели, не определялись краевые костные разрастания и остеосклероз. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у обследуемой I стадии остеоартроза коленного сустава.
Пример 2
Пациент Т., 44 года, с жалобами на боль невропатического ритма в области левого коленного сустава и голени.
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 плато большеберцовой кости, включающую участок субхондральной кости размером 48×92 пиксела, переводили полутоновое изображение в бинарное с помощью стандартной автоматической процедуры, рассчитывали фрактальный размер методом квадратов, который был равен 1,716. Полученные значения соответствуют норме.
Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание опытным врачом-рентгенологом рентгенограммы, на которой определялся нормальная конфигурация и размеры суставной щели, отсутствие остеофитов и признаков субхондрального остеосклероза. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у обследуемой II стадии остеоартроза коленного сустава.
Предлагаемый способ позволяет проводить скрининговое исследование для определения признаков остеоартроза, в том числе на очень ранних стадиях, и может быть использовано для дифференциальной диагностики у пациентов с болью в коленном суставе. 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.