Способ определения степени зрелости легких с использованием данных рентгенографического исследования при помощи метода компьютерной морфометрии Российский патент 2024 года по МПК A61B6/03 

Изобретение относится к медицине, а именно к неонатологии и радиологии, и предназначено для определения степени зрелости легких у недоношенных новорожденных, что обеспечивает возможность объективной оценки количественных параметров рентгенологических снимков легких с помощью компьютерной программы ImageJ (Java-based, США) в формате JPEG и позволяет оптимизировать тактику ведения детей в условиях отделения реанимации новорожденных.

Недоношенность является одной из важнейших причин неонатальной заболеваемости и смертности детей. Актуальность изучения причин формирования патологии обусловлена тем, что их смертность в 10 раз выше, чем у доношенных, а заболеваемость доходит до 70-80 %, что является важной медицинской, социальной и экономической проблемой для государства (Преждевременные роды: Клинические рекомендации. М.: Российское общество акушеров-гинекологов, 2020. 43 с).

Зрелость легких плода имеет первостепенное значение для внеутробного выживания новорожденных детей (Новорождённый ребёнок. Методика исследования и семиотика нарушений в неонатальном периоде: учебное пособие для студентов / Е. А. Ткачук, Н. Н. Мартынович; ФГБОУ ВО ИГМУ Минздрава России, кафедра педиатрии. - Иркутск: ИГМУ, 2021. - 76 с.). Развитие легких является мультифакторным процессом, нарушение которого приводит к формированию патологических процессов у новорожденных, особенно недоношенных.

Незрелые легкие плода являются фоном для формирования дыхательных нарушений у недоношенных детей, таких как транзиторное тахипноэ (P22.1), врожденные пневмонии (P23), бронхолегочная дисплазия (P27.1), респираторный дистресс-синдром (P22.0) (Badreldeen Ahmeda, Justin C. Konje. Fetal lung maturity assessment: A historic perspective and Non - invasive assessment using an automatic quantitative ultrasound analysis (a potentially useful clinical tool). Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2021 Mar;258:343-347. doi: 10.1016/j.ejogrb.2021.01.025. Epub 2021 Jan 18.), что обуславливает необходимость поиска методов определения стадии развития легких при рождении ребенка.

На сегодняшний день степень зрелости легких описывается только патоморфологически и не может быть определена у ребенка постнатально.

В настоящее время с помощью рентгенографии можно быстро оценивать состояние легких, а учитывая, что многие современные аппараты способны делать снимки прямо у постели больного в высоком разрешении, это позволяет увидеть мелкие дефекты и изменения, которые дают возможность заподозрить патологию (Потрахов Ю.Н. Современные технические средства рентгенодиагностики в неонатологии и педиатрии. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Фундаментальные исследования в педиатрии». Санкт-Петербург, 2019; 2 (Спецвыпуск 3): 44-5.). На каждой рентгенограмме новорожденного ребенка обязательно оцениваются форма грудной клетки с наличием асимметрий или деформаций, форма и размеры легочных полей, их «прозрачность», наличие теней, просветлений, усиление или обеднение легочного рисунка, изменение сердечно-сосудистой тени (Синькова А.В., ред. Методика анализа рентгенограмм: Учебное пособие. Сидоров А.И., Щербатых А.А., Покровская Л.Н. Иркутск: ИГМУ, 2012. 22 с). Все эти данные могут дать информацию о проявлении патологий легких и после компьютерной обработки изображений ткани и органы можно исследовать в трех проекциях, эффект наложения теней от органов в случае с компьютерной томографии отсутствует.

Однако, приведенные выше методы практически невозможны для их использования у детей находящихся в тяжелом состоянии (искусственная вентиляция легких, наложение катетеров) а рентгенография не всегда дает достаточно четкую картину изменений, связанных с незрелостью легких.

Аналогами данного изобретения являются:

• Способ диагностики функциональной зрелости легких плода при родах путём исследования пробы околоплодных вод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ускорения способа, в пробе определяют содержание хлоридов и при их концентрации 71.-110 м экв/л диагностируют зрелость легких плода, а при концентрации 53-70,9 м экв/л диагностируют функциональную незрелость легких (Окоев Г.Г., Григорян Д.З., Арутюнян Ж.С. / Патент на изобретение № 1057015 «Способ диагностики функциональной зрелости легких плода при родах» (рег. № 3307674 от 09.04.1981). Опубликовано: 30.11.1983).

• Способ определения зрелости легких плода, заключающийся в определении концентраций лецитина (L) и сфингомиелина (S) в извлеченной околоплодной жидкости при проведении амниоцентеза, по соотношению которых судят о развитии легких. Нормальное отношение L/S составляет от 2,0 до 2,5. Отношение L/S менее 2,0 свидетельствует о незрелости легких (Lecithin Sphingomyelin Ratio. Chioma Ogbejesi, Prasanna Tadi. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan. 2022 May 8.).

Недостатком вышеприведенных методов является их инвазивность, что может привести к инфицированию плода, а также спровоцировать преждевременное излитие околоплодных вод и развитие родовой деятельности.

Наиболее близким прототипом заявляемого изобретения является способ определения степени зрелости легких плода человека с помощью ультразвукового исследования, который заключается в проведении доплерометрии на уровне клапанов сердца в верхнем правом и в верхнем левом квадранте легкого с дальнейшим определением индекса резистентности (ИР) кровотока и по наибольшей величине одного из них или при равнозначности полученных величин определяют степень зрелости легких плода. Так, при величине ИР больше 0,70 устанавливают 0 степень, при величине ИР от 0,70 до 0,55 - I степень и при величине ИР меньше 0,55 - II степень зрелости легких плода человека (Крамарский В.А., Трусов Ю.В. Патент на изобретение 2646570 C1 «Способ определения степени зрелости лёгких плода человека» (рег. № 2017103046 от 30.01.2017. Опубликовано: 2018.03.05. Бюл. № 7). Недостатком данного метода является трудоемкость проведения диагностики и необходимости в высокой квалификации персонала.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа определения степени зрелости легких с использованием данных рентгенографического исследований при помощи метода компьютерной морфометрии, на основании измерения плотности легочной ткани в 4-м, 6-м и 7-м межреберье правого легкого с последующим вычислением прогностического индекса (PI).

Технический результат: способ не инвазивен, определение степени зрелости легких у новорожденных позволяет оптимизировать тактику ведения детей с различной степенью зрелости легких.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляется способ определения степени зрелости легких с использованием данных рентгенографического исследования на основании метода компьютерной морфометрии, отличающийся тем, что у новорожденных проводят рентгенографическое исследование с измерением плотности легочной ткани в 4-м, 6-м и 7-м межреберье правого легкого, и последующим вычислением прогностического индекса (PI).

Способ отличается тем, что у новорожденных при отсутствии факторов, осложняющих оценку плотности (наложение катетеров, пневмония, пневмоторакс) проводят рентгенографическое исследование легких в первые часы жизни с определением плотности медиальной точки 4-го и латеральной точки 6-го межреберья легочной ткани с вычислением прогностического индекса (PI) по формуле 1:

PI = 1,621 × X1 + 0,069 × X2 - 0,132 × X3 - 31,899, где:

Х1 - срок гестации,

Х2 - максимальное (max) значение медиальной точки 4-го межреберья,

Х3 - значение «max» латеральной точки 6-го межреберья,

- 31,899 - константа,

при PI менее 0 прогнозируют наличие каналикулярной стадии развития легких у недоношенных новорожденных, при PI более 0 делают заключение о саккулярной стадии развития легких;

при наличии факторов, осложняющих оценку плотности, учитывают показатели латеральной точки 6-го и средней точки 7-го межреберья с последующим вычислением прогностического индекса (PI) по формуле 2:

PI = 1,585 × X1 - 0,193 × X2 + 0,085 × X3 - 25,623, где:

Х1 - срок гестации

Х2 - среднее (mean) значение латеральной точки 6-го межреберья

Х3 - среднее (mean) значение средней точки 7-го межреберья

- 25,623 - константа,

при PI менее 0 прогнозируют наличие каналикулярной стадии развития легких у недоношенных новорожденных, при PI более 0 делают заключение о саккулярной стадии развития легких.

Чувствительность метода составляет - 84,6%, специфичность - 84,2%, диагностическая эффективность = 84,4%.

Заявляемый способ оценки не требует дорогостоящего оборудования или специальной подготовки врача, а использует программное обеспечение, находящееся в свободном доступе.

Способ поясняется фигурами иллюстраций.

На Фиг. 1 представлен рентгеновский снимок, открытый в программе ImageJ. В диалогом окне выбирается последовательность открытия команды измерения - Analyze → Tools →ROI Manager.

На Фиг. 2 представлено открытое диалоговое окно команды ROI Manager, в котором выделяются галочками параметры Show All» и «Labels».

На Фиг. 3 представлен рентгеновский снимок, на котором проводится условное деление 4-го, 6-го и 7-го межреберья на равные части (латеральную, среднюю и медиальную) - пунктирные линии.

На Фиг. 4 представлена работа с функцией Oval, при помощи которой выделяются равные по площади «зоны интереса» с параметрами w (ширина)=10, h (высота)=10, где 1 - необходимые параметры для выделения равных участков.

На Фиг. 5 представлен рентгеновский снимок, на котором выделены три «зоны интереса», равные по площади и последовательность оценки получаемых данных с помощью функции Measure.

Способ осуществляют следующим образом: проводится исследование легких ребенка в первые часы жизни на цифровом рентгеновском аппарате. При проведении исследования ребенок находится в условиях клинического инкубатора. Снимок с рентгеновского аппарата загружается в программу ImageJ (Java-based, США) в формате JPEG, которая является бесплатной с открытым исходным кодом для анализа и обработки изображений. Программа позволяет отображать, редактировать, анализировать и обрабатывать 8-, 16- и 32-битные изображения, проводить создание гистограмм плотности.

В программе изображение легких оценивается с помощью команды Analyze → Tools →ROI Manager. В появившемся окне ставятся галочки для параметров «Show All» и «Labels», что необходимо для того, чтобы отметки, выделенные на рентгенологическом снимке, оставались видимыми. Затем с помощью функции Oval на рентгенологическом снимке выделяются участки правого легкого. Участки должны быть равные по площади, для чего при выделении участка ориентируются на параметры w (ширина)=10, h (высота)=10. Точки, необходимые для оценки выбираются следующим образом: 4-е, 6-е и 7-е межреберья делятся на три равные части (латеральную, среднюю и медиальную), в каждой части выбираются участки, не перекрываемые тенью ребер, лопатки, сердца. Программа рассчитывает параметры area - площадь, mean - среднее значение плотности, min - минимальное значение плотности, max - максимальное значение плотности. С использованием функции Measure возможно посмотреть получаемые данные по каждому выделенному участку.

Для достижения поставленной цели проведено обследование 38 недоношенных новорожденных, у которых оценивались рентгенологические снимки. Дети были разделены на две группы:

1 группа - новорожденные с подтвержденной на патолого-анатомическом вскрытии каналикулярной стадией развития легких (n=18).

2 группа - новорожденные с подтвержденной на патолого-анатомическом вскрытии саккулярной стадией развития легких (n=20).

Срок гестации детей на момент рождения составлял 23-27 недель. Рентгенологическое исследование проводилось детям в первые часы жизни на цифровом рентгеновском аппарате Samsung GM85 с принадлежностями (2020 года выпуска, Южная Корея). Рентгеновские снимки оценивались в программе ImageJ.

Методом пошагового дискриминантного анализа с исключением переменных у новорожденных при отсутствии факторов осложняющих оценку плотности (наложение катетеров, пневмония, пневмоторакс), определены наиболее статистически значимые точки в межреберьях правого легкого, определяющие степень зрелости легких - медиальная точка 4-го и латеральная точка 6-го межреберья. При наличии у ребенка этих факторов, наиболее информативными явилась оценка плотности в латеральной точке 6-го и средней точке 7-го межреберья.

С помощью, выявленных показателей был разработан способ определения степени зрелости легких с использованием данных рентгенографического исследований при помощи метода компьютерной морфометрии с использованием двух математических моделей.

Изобретение иллюстрируется примерами:

Пример 1. Новорожденный ребенок от преждевременных оперативных родов в 24 недели гестации. С рождения начата искусственная вентиляция легких. Диагноз при рождении: респираторный дистресс-синдром, тяжелая асфиксия при рождении, недоношенность. В отделении реанимации и интенсивной терапии проведено рентгенологическое исследование легких. Заключение: респираторный дистресс-синдром, отек легких. Рентгенологический снимок оценен в программе ImageJ, в связи с отсутствием факторов, осложняющих оценку плотности, расчеты произведены по первой формуле. Показатели максимальной плотности (max) в медиальной точке 4-го межреберья - 122, в латеральной точке 6-го межреберья - 143.

По формуле определили значение прогностического индекса:

PI = 1,621 × 24 + 0,069 × 122 - 0,132 × 143 -31,899 = -3,453, что меньше 0 и свидетельствует о каналикулярной стадии развития легких.

Ребенок прожил двое суток. На патологоанатомическом вскрытии диагностирована каналикулярная стадия развития легких.

Пример 2. Новорожденный ребенок от преждевременных оперативных родов в 24 недели гестации. С рождения начата искусственная вентиляция легких. Диагноз при рождении: респираторный дистресс-синдром, тяжелая асфиксия при рождении, недоношенность. В отделении реанимации и интенсивной терапии проведено рентгенологическое исследование легких новорожденного. Заключение: респираторный дистресс-синдром, двусторонняя пневмония, отек легких. Рентгенологический снимок оценен в программе ImageJ, расчеты произведены по второй формуле, в связи с наличием факторов, осложняющих оценку плотности. Показатели среднего значения плотности (mean) в латеральной точке 6-го межреберья - 74,15, в средней точке 7-го межреберья - 52,737.

По формуле определили значение прогностического индекса:

PI = 1,585 × 24 - 0,193 × 74,15 + 0,085 × 52,737 -25,623 = 2,588, что больше 0 и свидетельствует о саккулярной стадии развития легких

Ребенок прожил четверо суток. На патологоанатомическом вскрытии диагностирована саккулярная стадия развития легких.

Заявляемый способ прост, неинвазивен, осуществляется за короткий промежуток времени. Использование предлагаемого способа дает врачам неонатологам и реаниматологам необходимую информацию для подготовки к оказанию реанимационного пособия и совершенствования подходов к выхаживанию, лечению недоношенных новорожденных.

Изобретение относится к медицине, а именно к неонатологии и радиологии, и может быть использовано для определения степени зрелости легких у недоношенных новорожденных. В первые часы жизни ребенка проводят рентгенографическое исследование легких на цифровом рентгеновском аппарате. На полученном изображении 4-е, 6-е и 7-е межреберья делят на три равные части - латеральную, среднюю и медиальную. В каждой части выбирают участки, не перекрываемые тенью ребер, лопатки, сердца. При отсутствии наложения катетеров, пневмонии, пневмоторакса определяют плотность легочной ткани в медиальной области 4-го межреберья и в латеральной области 6-го межреберья и вычисляют прогностический индекс (PI) по формуле: PI = 1,621 × X1 + 0,069 × X2 - 0,132 × X3 - 31,899, где Х1 – срок гестации, Х2 – максимальное значение плотности легочной ткани в медиальной области 4-го межреберья, Х3 – максимальное значение плотности легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья. При значениях PI менее 0 определяют каналикулярную стадию развития легких. При значениях PI более 0 определяют саккулярную стадию развития легких. При наличии наложения катетеров, пневмонии, пневмоторакса определяют плотность легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья и в средней области 7-го межреберья и вычисляют прогностический индекс (PI) по формуле: PI = 1,585 × X1 - 0,193 × X2 + 0,085 × X3 - 25,623, где Х1 – срок гестации, Х2 – среднее значение плотности легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья, Х3 - среднее значение плотности легочной ткани в средней области 7-го межреберья. При занчениях PI менее 0 определяют каналикулярную стадию развития легких. При значениях PI более 0 определяют саккулярную стадию развития легких. Способ обеспечивает необходимую информацию для подготовки к оказанию реанимационного пособия и совершенствования подходов к выхаживанию, лечению недоношенных новорожденных за счет определения стадии развития легких. 5 ил., 2 пр.

Способ определения степени зрелости легких у недоношенных новорожденных, заключающийся в том, что в первые часы жизни ребенка проводят рентгенографическое исследование легких на цифровом рентгеновском аппарате, на полученном изображении 4-е, 6-е и 7-е межреберья делят на три равные части - латеральную, среднюю и медиальную, в каждой части выбирают участки, не перекрываемые тенью ребер, лопатки, сердца,

при отсутствии наложения катетеров, пневмонии, пневмоторакса определяют плотность легочной ткани в медиальной области 4-го межреберья и в латеральной области 6-го межреберья и вычисляют прогностический индекс (PI) по формуле:

PI = 1,621 × X1 + 0,069 × X2 - 0,132 × X3 - 31,899, где Х1 – срок гестации, Х2 – максимальное значение плотности легочной ткани в медиальной области 4-го межреберья, Х3 – максимальное значение плотности легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья, и при значениях PI менее 0 определяют каналикулярную стадию развития легких, при значениях PI более 0 определяют саккулярную стадию развития легких;

при наличии наложения катетеров, пневмонии, пневмоторакса определяют плотность легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья и в средней области 7-го межреберья и вычисляют прогностический индекс (PI) по формуле:

PI = 1,585 × X1 - 0,193 × X2 + 0,085 × X3 - 25,623, где Х1 – срок гестации, Х2 – среднее значение плотности легочной ткани в латеральной области 6-го межреберья, Х3 - среднее значение плотности легочной ткани в средней области 7-го межреберья, и при занчениях PI менее 0 определяют каналикулярную стадию развития легких, при значениях PI более 0 определяют саккулярную стадию развития легких.