Способ диагностики остеоартроза коленного сустава
DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR KNEE JOINT 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. Способ позволяет достоверно выявить изменения, возникающие в структуре костей, образующих коленный сустав, при остеоартрозе уже на ранних стадиях их изменения.
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_knee_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, получение пленочной рентгенограммы, описательную оценку 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, на решение которой направлено изобретение, является разработка безопасного способа диагностики остеоартроза коленного сустава, позволяющего наиболее точно диагностировать остеоартроз сустава с использованием скринингового исследования, включающего определение степени ремоделирования костной ткани в области медиального плато большеберцовой кости, включающего математико-статистический метод.
Для решения поставленной задачи в способе диагностики остеоартроза коленного сустава, включающем рентгенологическое исследование с получением рентгенограммы, согласно изобретению рентгенограмму оцифровывают и на полученном цифровом изображении рентгенограммы коленного сустава выбирают зону интереса в области субхондральной кости медиального большеберцового плато, по которой строят трехмерный график оттенков серого, определяют значения показателей числа экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), интенсивности максимального (МахР) и минимального (MinP) пиков, а также разницу между максимальными и минимальными пиками (D), рассчитывают коэффициент ремоделирования по формуле:
OArem=(-0,02×Ln(MaxP))+(0,42×Ln(MinP))+(-0,41×Ln(D))+(-0,41×Ln(EM)) и при получении значения более минус 1,3414 диагностируют остеоартроз коленного сустава.
Технический результат изобретения заключается в высокой доступности заявленного способа, простоте использования, его безопасность обеспечивается низкой лучевой нагрузкой (менее 0,001 мЗт) на костный мозг и внутренние органы; это позволяет проводить диагностические исследования у лиц любой возрастной группы.
На Фиг. 1 отражен выбор области интереса в зоне субхондральной кости медиального большеберцового плато на стандартной рентгенограмме. Целесообразно, для более четкого определения границ выделенную область проекции мыщелка ограничить прямоугольником.
На Фиг. 2 отражено построение трехмерного графика оттенков серого по области интереса. Стрелками показаны максимальные пики по дистальному контуру графика (ЕМ). Цифра 1 - максимальный пик (МахР). Цифра 2 - минимальный пик (MinP).
На Фиг. 3 отражен результат определения диагностической значимости предлагаемого способа (ROC-анализ).
Способ осуществляют следующим образом.
Осуществляют стандартную укладку обследуемого пациента 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 при 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 (Фиг. 1), включающую участок субхондральной кости размером 48±2×90±4 пикселов в области медиального плато большеберцовой кости. На основе полученного изображения строят трехмерный график (Фиг. 2) со значениями пиксельных оттенков серого по горизонтали по оси X, пиксельные значения по вертикали откладывают на оси Y, на оси Z отмечают полутоновое значение от 0 до 256, оценивают число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ), максимальный (МахР) и минимальный пики (MinP), а также разницу между максимальным и минимальным пиками (D). Рассчитывают коэффициент ремоделирования (OArem) субхондральной кости по следующей формуле:
OArem=(-0,02×Ln(MaxP))+(0,42×Ln(MinP))+(-0,41×Ln(D))+(-0,41×Ln(EM)).
При получении значения более чем минус 1,3414 диагностируют остеоартроз коленного сустава.
Проведена оценка диагностической значимости (ROC-анализ) предлагаемого способа по сравнению со стандартной рентгенографией (Фиг. 3). На модели хорошего качества (площадь под кривой - AUC=0,889, p<0,0001) чувствительность данного метода составляет 91,3%, специфичность 75,0%.
Клинические примеры выполнения способа
Пример 1
Пациентка Г., 60 лет, с жалобами на боль механического ритма в правом коленном суставе.
Выполнено стандартное рентгенологическое обследование правого коленного сустава по общепринятой методике в прямой проекции на цифровом рентгенологическом аппарате «КРТ ОКО Электрон». Полученные таким образом цифровые рентгенограммы подвергали анализу 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, строили трехмерный график, со значениями пиксельных оттенков серого в горизонтальном положении по оси X, пиксельные значения в вертикальной ориентации откладывали на оси Y, на оси Z отмечали полутоновое значение оттенков серого в диапазоне от 0 до 256. Получали следующие показатели: число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ) - 12, интенсивность максимального пика (МахР) - 209, минимального (MinP) - 128, разница между ними (D) составила 81. Рассчитывали коэффициент ремоделирования (OArem), его значение определено как минус 1,18 (-1,18). Полученное предлагаемым способом значение свидетельствует о наличии остеоартроза коленного сустава у данной пациентки.
Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание полученной рентгенограммы опытным врачом-рентгенологом. На снимке определялся субхондральный склероз, сужение суставной щели, краевые костные разрастания. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у пациентки остеоартроза коленного сустава.
Пример 2
Пациентка В., 74 года, с жалобами на боль стартового ритма в левом коленном суставе.
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 плата большеберцовой кости, включающую участок субхондральной кости размером 48×93 пиксела, строили трехмерный график, со значениями пиксельных оттенков серого в горизонтальном положении по оси X, пиксельные значения в вертикальной ориентации откладывали на оси Y, на оси Z отмечали полутоновое значение оттенков серого в диапазоне от 0 до 256. Получали следующие показатели: число экстремумов пиков высокой интенсивности у основания контура оси Y (ЕМ) - 11, интенсивность максимального пика (МахР) - 212, минимального (MinP) - 142, разница между ними (D) составила 70. Рассчитывали коэффициент ремоделирования (OArem), его значение определено как минус 0,751 (-0,751). Полученное предлагаемым способом значение свидетельствует о наличии остеоартроза коленного сустава у данной пациентки.
Для подтверждения полученного результата произведено стандартное подписание полученной рентгенограммы опытным врачом-рентгенологом. На снимке определялся субхондральный склероз, выраженное сужение суставной щели левого коленного сустава, крупные краевые костные разрастания. Клинико-рентгенологические результаты подтверждают наличие у пациентки остеоартроза левого коленного сустава.
Предлагаемый способ позволяет проводить скриннинговое исследование для определения признаков остеоартроза. 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.