СПОСОБ ОЦЕНКИ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГРЫЖЕВЫХ ВЫПЯЧИВАНИЙ МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ С4-С5, С5-С6 И С6-С7 ШЕЙНОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНИКА
METHOD FOR ASSESSING THE RISK OF HERNIATED PROGRESSIONS IN THE C4-C5, C5-C6 AND C6-C7 INTERVERTEBRAL DISC OF THE CERVICAL SPINE

Изобретение относится к медицине, а именно к медико-биологическим исследованиям и клинической медицине, и может быть использовано для оценки риска формирования грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков С4-С5, С5-С6 и С6-С7 шейного отдела позвоночника.
Дорсопатия является наиболее распространенным заболеванием опорно-двигательного аппарата. Дегенеративно-дистрофическое поражение шейного отдела позвоночника является существенным фактором развития дорсопатии у большинства людей, которые обращаются за медицинской помощью с болью в шее (Farrell S.F., Smith A.D., Hancock M.J., Webb A.L., Sterling M. Cervical spine findings on MRI in people with neck pain compared with pain-free controls: A systematic review and meta-analysis. J Magn Reson Imaging. 2019; 49(6):1638-1654).
Среди различных патогенетических форм дегенеративно-дистрофических изменений позвоночника, вызывающих неврологические осложнения, ведущую значение имеют протрузии и грыжи межпозвоночных дисков (МПД). Основными причинами патологии МПД являются его старение и механическое повреждение, связанное с родом занятий (физическая нагрузка, стресс на работе). С годами классическое представление о старении и износе межпозвонковых дисков трансформировалась в сложную модель болезни с множественными причинами, основанную на молекулярных и генетических изменениях (Zielinska Nicol,  Robert  and Lukasz Olewnik. 2021. "Risk Factors of Intervertebral Disc Pathology-A Point of View Formerly and Today-a Review" Journal of Clinical Medicine 10, no. 3: 409).
При этом очевидно, что факторы окружающей среды взаимодействуют с генетическими факторами и ускоряют процесс дегенерации МПД (Zielinska, Nicol,  and  Olewnik. 2021. "Risk Factors of Intervertebral Disc Pathology-A Point of View Formerly and Today-A Review" Journal of Clinical Medicine 10, no. 3: 409). В связи с этим представляется крайне важным усовершенствование методологии анализа механизмов развития дегенеративно-дистрофических процессов различных анатомических структур позвоночника, обуславливающих формирование грыжевых выпячиваний МПД, для выработки рациональных лечебно-диагностических стратегий.
Техническим результатом изобретения является создание нового эффективного способа оценки риска возникновения грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков шейного отдела позвоночника, основанного на влиянии биомеханического фактора, рассматриваемого как рычаг II рода, на процесс формирования смещений дискового материала (грыжевого выпячивания) за пределы пространства МПД шейного отдела позвоночника, повышение информативности МРТ-изображения, возможность изучения процесса формирования грыжевого выпячивания и своевременного влияния на него, возможность персонализировать лечебный процесс и разработать индивидуальный комплекс превентивных медицинских мероприятий (особенности лечебной гимнастики, рекомендации по соблюдению профессиональных нагрузок, повседневных флексорных силовых упражнений с воздействием на шейно - грудной отдел и др.).
Указанный технический результат достигается в способе оценки риска возникновения грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков С4-С5, С5-С6 и С6-С7 шейного отдела позвоночника путем МРТ-исследования, в котором на МРТ-изображении исследуемого межпозвонкового диска измеряют высоту диска на уровне передних краев соседних позвонков и длину отрезка, лежащего между точкой середины высоты диска и точкой пересечения сагиттальной плоскости и прямой, проходящей через центры межпозвонковых суставов, определяют их соотношение по следующей формуле:
X=1/2 H/L, где:
H - высота диска на уровне передних краев соседних шейных позвонков в сагиттальной плоскости;
L - длина отрезка, лежащего между точкой середины высоты диска и точкой пересечения сагиттальной плоскости и прямой, проходящей через центры межпозвонковых суставов; оценивают риск возникновения грыжевого выпячивания для каждого диска следующим образом: при значении X большем или равном 0,11 - высокий риск; при значении X от 0,06 включительно до 0,08 включительно - средний риск; при значении X, равном 0,05 и ниже - низкий риск.
Способ иллюстрируется фиг. 1-7 где:
На фиг. 1, 2 - в сагиттальной и горизонтальной плоскостях соответственно представлены схемы формирования рычага силы в ПДС шейного отдела С4-С5, С5-С6, С6-С7 при сгибании шеи в зависимости от анатомических особенностей каждого из позвонков С4-С7. На фиг 1. - отрезок ОА лежит в сагиттальной плоскости и перпендикулярен отрезку AV, который представляет собой середину расстояния между соседними позвонками в сагиттальной плоскости по их передним краям.
На фиг. 2 - отрезок ОА лежит на прямой, проходящей в сагиттальной плоскости и перпендикулярной к отрезку F1F2, соединяющего центры межпозвонковых суставов; и соединяет центр отрезка F1F2 (т.О) и середину расстояния между соседними позвонками в сагиттальной плоскости по их передним краям (т.А).
1
2
1
1
На фиг. 3 - схема формирования рычагов силы в ПДС шейного отдела (С4-С7) при флексии шеи в зависимости от анатомических особенностей позвонков С4-С7 (расположение суставных отростков относительно диска и ширина диска) - упрощенное изображение сагиттального среза ПДС: О - центр пульпозного ядра; О - точка пересечения сагиттальной плоскости и линии, соединяющей центры межпозвонковых суставов позвонка; О - точка, аналогичная O при более вентральном расположении межпозвонковых суставов; А - передний край межпозвонкового диска; V - точка пересечения сагиттальной плоскости и нижнего края позвонка; V - точка, аналогичная ν при большей ширине диска.
На фиг. 4 - формирование рычагов шейного сегмента на примере ПДС С4-С5 с точкой опоры, расположенной в центре межпозвонковых суставов: а - схема, b - пластинированный сагиттальный срединный распил шеи красным выделен фрагмент, соответствующий схеме.
На фиг. 5. - шейные сегменты С4-С5, С5-С6, С6-С7 - пластинированный сагиттальный срединный распил шеи.
При описании морфологического субстрата дорсопатий используют ПДС, который включает в себя два смежных позвонка, межпозвонковые суставы, межпозвонковый диск, межпозвонковые связки, а также мышцы и фиброзные ткани (Кузьмин А.И., Кон И.И., Беленький В.Е. Сколиоз, М., 1981).
Каждый ПДС в стабильных условиях представляет собой систему уравновешенных рычагов с точкой опоры на уровне суставов.
Смещение дискового материала за пределы пространства межпозвонкового диска происходит по следующим основным причинам: изменение нормальной анатомической структуры ПДС, дегенерация фиброзного кольца межпозвонкового диска, увеличение механического фактора - давления на пульпозное ядро. При изучении изолированных биомеханических факторов, на первый план выходит трехмерная структура позвонка, так как именно она, в конечном счете, определяет длины рычагов и векторы направления силы. Несмотря на это, в рутинной практике, дегенеративные изменения межпозвонкового диска оцениваются двумерными геометрическими, и сигнальными характеристиками.
По данным исследования (Hu X. et al. Is it appropriate to measure age-related lumbar disc degeneration on the mid-sagittal MR image? A quantitative image study // European Spine Journal. - 2018. - T. 27. - №. 5. - C. 1073-1081; Suzuki A. et al. Magnetic Resonance Classification System of Cervical Intervertebral Disk Degeneration //Clinical spine surgery. - 2017. - T. 30. - №. 5. - С.E547-E553), высота диска на срединно-сагиттальном MP-изображении не является надежным признаком определения возрастной дегенерации диска. В исследовании (Sang D. et al. The effect of cervical intervertebral disc degeneration on the motion path of instantaneous center of rotation at degenerated and adjacent segments: A finite element analysis //Computers in Biology and Medicine. - 2021. - T. 134. - C. 104426), демонстрируется конечно-элементное моделирование валидированной модели ПДС, на которой изучали траектории движения мгновенного центра скоростей при различных степенях дегенерации МПД. Авторы предложили метод прогнозирования компенсаторных механизмов при дегенерации ПДС, однако, конечно-элементное моделирование требует значительных вычислительных и временных ресурсов. Это накладывает ограничение на внедрение вышеупомянутых методов в рутинную практику.
Заявляемый способ основан на оценке дегенерации зоны интереса на МРТ-изображении, позволяющей связать геометрические характеристики с механикой ПДС.
Рычаг силы, посредством которого осуществляется давление на центр пульпозного ядра при сгибании шейного отдела позвоночника, представляет собой гипотенузу OV прямоугольного треугольника OVA, лежащего в сагиттальной плоскости (фиг. 1, 2). Гипотенуза OV является отрезком, лежащим между точкой пересечения сагиттальной плоскости и прямой, проходящей через центры межпозвонковых суставов. Катет OA (обозначенный L) указанного треугольника лежит между точкой середины высоты диска и точкой пересечения сагиттальной плоскости и прямой, проходящей через центры межпозвонковых суставов. Катет VA соединяет точку середины высоты (Н) диска, лежащей на линии, соединяющей центры межпозвонковых суставов (О) и передний край (V) соседнего позвонка. Обозначим угол VOA как α.
Соотношение длин плеч рычага II рода, оказывающего давление на центр межпозвонкового диска, находится в прямой зависимости от величины угла α. Так как в данном исследовании, на основании данных магнитно - резонансной томографии (МРТ) определяли значение OA в горизонтальной проекции, а также значение AV, равное  высоты межпозвонкового диска, главным критерием оценки эффективности рычага ПДС будет тангенс угла α.
Здесь же стоит отметить, что мы рассматривали некий идеализированный вариант рычага II рода, в котором точка опоры жестко фиксирована, а сам рычаг представляет собой прямую. В реальном анатомическом объекте точка опоры может перемещаться в определенном диапазоне, ограниченном суставной капсулой межпозвонковых суставов, а сам рычаг (рычаги) имеют более сложную форму (поверхность) (фиг. 4 а, b; 5).
Однако, несмотря на вышеуказанные различия, используемая нами модель корректно описывает механические особенности соединения позвонков, так как учитывает наиболее значимые особенности строения позвонков, оказывающие влияние на изменение длин плеч рычагов, оказывающих давление на центр межпозвонкового диска.
На фиг. 4. - формирование рычагов шейного сегмента С4-С5 с точкой опоры, расположенной в центре межпозвонковых суставов: а - схема, b - пластинированный сагиттальный срединный распил шеи, где красным выделен фрагмент, соответствующий схеме.
На фиг. 5. - шейные сегменты С4-С5, С5-С6, С6-С7 - пластинированный сагиттальный срединный распил шеи.
В сагиттальной проекции определяли значение высоты межпозвонкового диска на уровне передних краев тел позвонков (для всех вышеуказанных ПДС, а также значение AV, равное  высоты межпозвонкового диска. Производили вычисления tgα для каждого ПДС. Все данные заносили в таблицу (см. табл. 1).
Кроме того, для каждого ПДС фиксировали факт наличия или отсутствия выпячиваний межпозвонковых дисков по принципу наличия или отсутствия признака (1/0). Под термином «выпячивание» следует понимать выход межпозвонкового диска за линию, соединяющую в изучаемом сагиттальном срезе тела соседних позвонков более чем на 2 мм.
Таким образом, представленные нами данные, подтверждают тот факт, что использование заявляемого способа подходит для изучения изолированного влияния биомеханических факторов на процесс формирования смещений дискового материала (выпячивания) за пределы пространства межпозвонковых дисков шейного отдела позвоночника. Главным критерием оценки эффективности рычага ПДС является значение tgα, которое определяется как отношение  высоты диска на уровне переднего края позвонков в сагиттальной плоскости и отрезка, лежащего между точкой середины высоты диска и точкой пересечения сагиттальной плоскости и прямой, проходящей через центры межпозвонковых суставов.
Специфичность заявляемого способа составляет 75%; чувствительность 80%.
Способ осуществляют следующим образом.
Выполняют МРТ-исследование шейного отдела позвоночника. На МРТ-изображении в сагиттальной проекции определяют значение высоты Н межпозвонкового диска на уровне переднего края тела соответствующего позвонка для всех вышеуказанных ПДС, а также значение AV, равное  высоты Н межпозвонкового диска.
Производят вычисление по следующей формуле: X=1/2 H/L, которое соответствует значению tgα для каждого ПДС. Оценивают риск возникновения грыжевого выпячивания следующим образом: X≥0,12 - крайне высокий риск; 0,09≤Х≤0,11 - высокий риск; 0,06≤Х≤0,08 - средний риск; 0,03≤X≤0,05 - низкий риск; Х<0,03 - очень низкий риск.
Способ подтверждается следующими клиническими примерами.
Пример 1. Пациенту М. 28 лет (табл. 2), поступившему с диагнозом дорсопатия шейной области, произведены исследования согласно заявляемому способу.
На основании данных МРТ шейного отдела позвоночника определяли значение X=1/2 H/L, которое соответствует значению tgα. Подтвержден диагноз дорсопатия шейной локализации. Значение величины tgα (сегм. С4-С5)=0,04 - низкий риск; tgα (сегм. С5-С6)=0,06 - средний риск; tgα (сегм. С6-С7)=0,09 - высокий риск. Соответственно риск возникновения грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков шейного отдела позвоночника у данного пациента для разных сегментов различный. Даны рекомендации по ограничению флексорных силовых и вынужденных нагрузок, разработан индивидуальный комплекс профилактических мероприятий, рекомендован контроль МРТ-исследования через 12 месяцев.
На фиг. 6. - определение высоты межпозвонковых дисков на уровне передних краев тел позвонков.
Пример 2. Пациент И., 37 лет (табл. 3), поступившему с диагнозом дорсопатия шейной области, произведены исследования согласно настоящему изобретению. На основании данных МРТ шейного отдела позвоночника определяли значение X=1/2 H/L, которое соответствует значению tgα. Значение величины tgα во всех ПДС (С4-С7) составили значение менее 0,03, а соответственно, риск возникновения грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков шейного отдела позвоночника у данного пациента очень низкий.
На фиг. 7 - определение размера выпячиваний межпозвонковых дисков.
Пример 3. Пациент К., 27 лет (табл. 4), поступившему с диагнозом дорсалгия шейной области, шейная радикулопатия. Произведены исследования согласно настоящему изобретению. На основании данных МРТ шейного отдела позвоночника определяли значение X=1/2 H/L, которое соответствует значению tgα. Подтвержден диагноз дорсопатия шейной локализации. Значение величины tgα в ПДС С6-С7 составило 0,15, что соответствует очень высокому риску грыжеобразования на данном уровне. Персонализирован лечебный процесс и разработан индивидуальный комплекс превентивных медицинских мероприятий (особенности лечебной гимнастики, рекомендации по соблюдению профессиональных нагрузок, повседневных сгибательных упражнений с воздействием на шейный отдел позвоночника). Рекомендован контроль МРТ-исследования через 6 месяцев.
Способ проверен на 124 пациентах. Во всех случаях были приняты своевременные меры по разработке индивидуального плана превентивных медицинских мероприятий, влияющих на процесс формирования смещений дискового материала.
Способ позволяет повысить информативность МРТ-исследования, определять риск возникновения грыжевых выпячиваний межпозвонковых дисков специалистам различной квалификации, прогнозировать развитие дорсопатий шейного отдела, использовать при моделировании послеоперационных осложнений оперативного лечения на шейном отделе с использованием имплантов, персонализировать лечебный процесс и разработать индивидуальный комплекс превентивных медицинских мероприятий.