Способ определения формирования костной мозоли ультразвуковой компрессионной эластографией
METHOD FOR DETERMINING CALLUS FORMATION WITH ULTRASOUND COMPRESSION ELASTOGRAPHY

Изобретение относится к медицине, а именно к ультразвуковой диагностике, и может быть использовано в травматологии и ортопедии для контроля формирования костной мозоли при переломах, и позволяет исследовать зрелость костной мозоли на разных сроках ее формирования с применением ультразвуковой компрессионной эластографии.
Формирование костной мозоли при переломах костей проходит в 3 стадии: соединительнотканная стадия - в течение 7-12 дней после перелома, остеоидная - на 12-20 день после перелома, и костная - с 20-22 дня после перелома [1]. Контроль состояния костных отломков, и костной мозоли, осуществляют рентгенологическими методами (рентгенография, рентгеновская денситометрия, рентгеновская компьютерная томография), которые выявляют минеральную плотность костей и костной мозоли [2]. Первые 2 стадии формирования костной мозоли рентгенологически не определяются. Рентгенологически первые признаки костной мозоли проявляются лишь с началом обызвествления мозоли. Таким образом, в течение 3-4 недель после перелома, не удается контролировать формирование костной мозоли и, соответственно, корректировать тактику ведения пациента. Нормальной жесткости костная мозоль достигает в течение 2-6 месяцев, в зависимости от вида кости и характера перелома, при этом, зачастую, сроки иммобилизации передерживаются. Поскольку у травматологов нет информативного способа точного определения жесткости костной мозоли, врачу легче перестраховаться, чем не додержать сроки иммобилизации. Рентгенологический способ определения минеральной плотности костей и костной мозоли взят нами за прототип.
Ультразвуковая компрессионная эластография обеспечивает статистически значимое определение формирования жесткости костной мозоли на разных сроках после перелома, включая ранние сроки, начиная с 5-7 дня после перелома. Ионизирующая доза облучения отсутствует. Возможность многократного повторения исследования в условиях стационара, и амбулаторно, позволяет получить точную оценку формирования костной мозоли, ее количественные результаты в режиме реального времени.
Целью изобретения является создание информативного способа определения жесткости костной мозоли на разных сроках после перелома ультразвуковой компрессионной эластографией.
Сущность изобретения состоит в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения искомого технического результата, состоящего в повышении чувствительности и точности диагностики формирования жесткости костной мозоли за счет создания новых критериев ее оценки с применением ультразвуковой компрессионной эластографии.
Ультразвуковая компрессионная эластография - современная ультразвуковая технология, с помощью которой появилась возможность исследовать упругость, эластичность и жесткость тканей методом их качественного и количественного анализа [3]. При компрессионной эластографии, на зону интереса - исследуемую ткань оказывают дополнительное воздействие давлением ультразвуковым датчиком. На современных ультразвуковых аппаратах, вследствие их высокой чувствительности, для создания давления достаточно тремора рук, или передаточной пульсации окружающих сосудов. Разные ткани обладают различной эластичностью, по результатам ее исследования формируется качественная оценка - цветовая картограмма эластичности тканей [4]. На цветовой шкале монитора определяются цветовые гаммы, которые соответствуют жестким тканям (обозначается "Hard") и мягко-эластичным тканям (обозначается "Soft"). В зависимости от производителей ультразвуковых аппаратов цветовые гаммы могут отличаться [5]. Так производители восточных стран для жестких тканей выделяют темно-синие тона, а для мягкоэластичных тканей - желто-красные. У западных производителей аппаратов иначе: жесткие ткани обозначаются желто-красными тонами, мягкоэластичные ткани окрашиваются темно-синими тонами.
Количественную оценку жесткости тканей при ультразвуковой компрессионной эластографии отражает коэффициент деформации - Strain Ratio (SR), определяемый соотношением жесткости костной ткани и жесткости зоны интереса:
SR=B/A,
где:"В" - жесткость костной ткани;
"А" жесткость окружающих тканей [6, 7].
В нашем способе мы сравниваем жесткость костной мозоли "А" с жесткостью костной ткани "В". Количественный результат получают в единицах. Исследование отличается неинвазивностью, высокой точностью, оно комфортно и безвредно для пациента. Ультразвуковая компрессионная эластография опционально может применяться в большинстве современных ультразвуковых систем.
Сущность способа определения формирования костной мозоли ультразвуковой компрессионной эластографией включает визуализацию области перелома. Иследование проводят на ультразвуковых сканерах, снабженных опцией "Компрессионная эластография", с использованием линейных датчиков частотой 8-16 МГц, в "В" режиме, и режиме "компрессионная эластография". Ультразвуковой датчик устанавливают в проекции зоны интереса, проводят активное полипозиционное сканирование, фиксируя положение датчика, включают режим ультразвуковой компрессионной эластографии, при этом участки различной жесткости картируются разными цветами, что отражается на цветовой шкале монитора. Вращая трекбол, поочередно подводят в зону интереса один, или несколько, контрольных объемов, свободно перемещаемых, и изменяемых по размерам. При этом на мониторе отображаются количественные показатели коэффициента деформации SR в единицах.
Ультразвуковые сканеры, снабженные опцией "Компрессионная эластография", с использованием линейных датчиков частотой 8-16 МГц, в "В" режиме, и режиме "компрессионная эластография" - необходимое оборудование для осуществления предложенного способа.
Работа в "В" режиме позволяет точно определить границы костных отломков и мозоли.
Включение режима ультразвуковой компрессионной эластографии позволяет определить качество мозоли, что отражается на цветовой шкале монитора окраской участков различной жесткости разными цветами.
Ультразвуковой датчик устанавливают в проекции зоны интереса, проводят активное полипозиционное сканирование с фиксацией положения датчика - для получения данных о деформации тканей.
Вращение трекбола, поочередное подведение в зону интереса один, или нескольких, контрольных объемов, свободно перемещаемых, и изменяемых по размерам, позволяет получить на мониторе количественные показатели коэффициента деформации SR в единицах, при этом, по ходу формирования костной мозоли и нарастания ее жесткости, значение коэффициента стремится к единице (1,0).
Способ поясняют иллюстрации, где:
На Фиг. 1 - приведены сонограммы пациентки С., 75 лет. Слева кадр в режиме "компрессионной эластографии", справа - в "В" режиме. Контрольные объемы в зоне костной мозоли и в зоне костной ткани. Коэффициент деформации SR=0,93.
На Фиг. 2 - рентгенограмма пациента И., 34 лет. Закрытый оскольчатый перелом с/3 левой лучевой кости. 4 недели после перелома. Слабо выраженная костная мозоль.
На Фиг. 3 - сонограмма пациента И., 34 лет. Слева компрессионная эластограмма, справа изображение в "В" режиме. Сопоставление костных отломков не удовлетворительное. Контрольные объемы в зоне костной ткани и в зоне костной мозоли. Коэффициент деформации SR=0,56.
Способ применяют следующим образом.
Исследование проводят на ультразвуковых сканерах, снабженных опцией «компрессионная эластография», с использованием линейных датчиков частотой 8-16 МГц, применяя продольные ультразвуковые волны, которые оказывают давление на ткани, и приводят к их деформации. Сканируют зону перелома, окружающие мягкие ткани и кости. Для точного определения границ перелома костей, проводят ультразвуковое исследование в обычном "В" режиме, где «В» - первая буква словосочетания «Brightness modulation» - регулировка яркости. На кожу предварительно наносят ультразвуковой гель, ультразвуковой датчик устанавливают на поверхность кожи, в проекции зоны интереса. Проводят активное полипозиционное сканирование, затем, после определения границ костных отломков и мозоли в "В" режиме, рука оператора фиксирует положение датчика, и включают режим ультразвуковой компрессионной эластографии, что позволяет получить изображение зоны интереса - костной мозоли и в режиме компрессионной эластографии. На мониторе одновременно будут 2 изображения: в "В" режиме и режиме компрессионной эластографии. Участки различной жесткости будут картироваться разными цветовыми гаммами, которые соответствуют жестким тканям (обозначается "Hard") и мягко-эластичным тканям (обозначается "Soft") на цветной шкале монитора. Так мы определяем участки различной жесткости костной мозоли качественно. Для количественной оценки жесткости костной мозоли в зоны интересов (костная ткань и зона костной мозоли) поочередно подводят один, или несколько, контрольных объемов, свободно перемещаемых и изменяемых по размерам. Повторно нажимают кнопку с последним значением, и на мониторе автоматически получают изображения количественных показателей коэффициента деформации SR в единицах.
Таким образом, в заявленном способе определение формирования жесткости костной мозоли ультразвуковой компрессионной эластографией реализуется с использованием совершенно нового подхода оценки жесткости костной мозоли.
По ходу формирования, и нарастания, жесткости костной мозоли, показатель коэффициента деформации SR стремится к единице (1,0), исходя из формулы SR=B/A. То есть, чем выше жесткость костной мозоли, тем ближе к единице 1,0 будет коэффициент деформации SR. По тому, как быстро, или, медленно, нарастает показатель коэффициента деформации SR, можно четко определить какими темпами идет формирование костной мозоли, и прогнозировать сроки окончания формирования ее жесткости, что будет существенно влиять на тактику лечения конкретного пациента. Клинический пример 1.
Пациентка С, 75 лет. Закрытый перелом левой лучевой кости в типичном месте. 6 недель после перелома. Обратилась в ГАУЗ «РКБ МЗ РТ» по поводу болей в области перелома и умеренной отечность левой кисти. При УЗИ зоны перелома в "В" режиме, и в режиме "компрессионная эластография", определили следующее: сопоставление костных отломков удовлетворительное, коэффициент деформации SR=0,93 (Фиг. 1). Это означает, что жесткость костной мозоли близка к норме.
Клинический пример 2.
Пациент И., 34 лет. Диагноз: закрытый оскольчатый перелом с/3 левой лучевой кости. 4 недели после перелома. В ГАУЗ «РКБ МЗ РТ» обратился с жалобами на боли в области перелома. На рентгенограмме (Фиг. 2.) закрытый оскольчатый перелом левой лучевой кости после фиксации металлической конструкцией, со слабо выраженной костной мозолью. На сонограмме (Фиг. 3) неудовлетворительное сопоставление отломков костей, при ультразвуковой компрессионной эластографии коэффициент деформации SR=0,56, что отражает остеоидную стадию формирования мозоли. Это означает, что костная мозоль выражена слабо, необходимо продолжать фиксацию отломков с коррекцией их положения.
Источник информации
1. Дуглас С. Кац, Кевин Р. Мас, Стюарт А. Гроскин. Секреты рентгенологии /Пер. с англ. - М - СПб.: "Издательство БИНОМ" - "Издательство" Диалект", 2003. - 704 с., ил.
2. Лучевая диагностика: Учебник Т. 1. / под ред. Труфанова Г.Е. - М.: ГЭОТАР - Медиа, 2007. - 416 с.: ил.
3. Применение ультразвука в медицине: Физические основы: П75 Пер. с англ./ Под ред. К. Хилла. - М.: Мир, 1989. - 568 с., ил.
4. Зыкин Б.И., Постнова Н.А., Медведев М.Е. Эластография: анатомия метода // Променевадiагностика, променеватерапiя. - 2012. - №2-3. - С. 107-113.
5. Тухбатуллин М.Г., Янакова К.В. Роль ультразвуковой эластографии сдвиговой волны и эхоморфометрии шейки матки в прогнозировании преждевременных родов // Российский электронный журнал лучевой диагностики. - 2019. - Т. 9. - №4. - стр. 97-105.
6. Изранов В.А., Казанцева Н.В., Мартинович М.В., Бут-Гусаим В.И., Степанян И.А. Физические основы эластографии печени // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. - 2019. - №2. - стр. 69-87.
7. Jeong W.K., Lim Н.K., Lee Н.-K. et al. Principles and clinical application of ultrasound elastography for diffuse liver disease // Ultrasonography. 2014. Vol.33 (3). P. 149-160.