Способ количественной оценки процессов остеогенеза в периимплантационной зоне с использованием компьютерной томографии Российский патент 2025 года по МПК A61B6/03 A61B17/58 G01N23/83 

Область техники

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической ортопедии и лучевой диагностике, и может быть использовано для количественной оценки плотности костной ткани вокруг установленных имплантов в дефекты костной ткани при воспалительных, опухолевых, дегенеративно-дистрофических и травматических поражениях костей и суставов.

Уровень техники

В современной пластической костной хирургии все более широкое использование находят небиологические импланты, которые позволяют замещать костные дефекты любой формы и величины. По своим физико-химическим и биологическим свойствам искусственный имплант должен приближаться к нормальной костной ткани, т.е. быть остеосовместимым и способствовать оптимальному протеканию репаративных процессов.

Одной из проблем визуализации состоятельности адаптации импланта в костной ткани в послеоперационном периоде является субъективность методик его оценок. Известна рентгенологическая оценка структурных изменений костной ткани вокруг имплантов, однако условия рентгенологического анализа носят только качественный характер, а описываемые изменения костной ткани основаны на субъективном восприятии данных рентгенограммы.

Остеопенические синдромы коррелируют с морфометрическими изменениями в костно-суставной системе, выявленные при МРТ (3,4). Поэтому в ряде случаев исследователи используют магнитно-резонансного для визуализации изменений кости вокруг имплантов. Однако структура костной ткани в отличие от компьютерной томографии при магнитно-резонансной томографии четко не дифференцируется, а, следовательно, не подлежит количественному анализу.

Отличается субъективностью и достаточной трудоемкостью оценка оптической плотности костной ткани вокруг импланта с помощью компьютерной рентгенометрии по методу Кириловой Е.С.

Известен метод оценки состояния костной ткани при использовании компьютерной томографии (КТ), основанный на вычислении единиц плотности Хаунсфилда (HU) (7,8), рассматриваемый как аналог. Ниже приводится таблица критериев, характеризующих 5 условных типов выявляемых изменений, соответствующие им значения единиц Хаунсфилда и описательная характеристика костной структуры.

Таблица 1. Качественные и количественные характеристики изменений костной ткани с использованием единиц Хаунсфилда (Lekholm and Zerb (1985)

Тип HU Трактовка D1 Более 1250 Гомогенная кость D2 850-1250 Толстый слой кортикальной кости, окружающий плотную трабекулярную кость D3 350-850 Тонкий слой кортикальной кости, окружающий плотную трабекулярную кость достаточной прочности D4 150-350 Тонкий слой кортикальной кости, окружающий трабекулярную кость пониженной плотности D5 Менее 150 Очень «мягкая» кость с незавершенной минерализацией

Также из уровня техники известен способ прогнозирования высокой эффективности применения титановых имплантатов с использованием метода рентгеновской микротомографии (RU 0002667306 (дата приоритета 08.06.2017)). Для оценки интенсивности остеогенеза в перимплантационой зоне определяют показатель рентгеновской плотности (HU), показатель минеральной плотности (BMD) и отношение объема трабекул к общему объему костной ткани (TrV/Total V). Данный способ предполагает оценку рентгеновской плотности костной ткани в ранние сроки после операции и включает в себя трехкомпонентный анализ показателей, что существенно ограничивает свое использование в практической деятельности. В связи с этим данное изобретение также послужило аналогом нашей заявки.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении данного способа, и которая не могла быть решена при осуществлении или использовании аналогов, и в частности у прототипа, заключается в том, что традиционные методы оценки могут предоставлять ограниченное количество информации и не всегда позволяют достоверно определить степень интеграции импланта с окружающей костной тканью. Более того, оценка процессов остеогенеза в периимплантационной зоне часто зависит от субъективного мнения специалиста, что может привести к недостаточно точным результатам и интерпретациям.

Таким образом, с целью объективизации оценки плотностных показателей костной ткани вокруг внедренного в нее импланта необходима разработка более объективной, простой в использовании и воспроизводимой методики количественного анализа критериев (единиц Хаунсфилда), учитывающие показатели во всей периимплантационной зоне.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка количественной методики компьютерно-томографической оценки процессов остеогенеза вокруг имплантов.

Решение задачи осуществляется за счет того, данный способ позволяет целенаправленно вычислять плотность костной ткани в определенных точках вокруг импланта, находящихся на определенном расстоянии от него. Путем целенаправленного вычисления плотности костной ткани в единицах Хаунсфилда в пяти определенных точках вокруг импланта на расстоянии 1-2 мм от него, на площади 0,1 см² (310 пикселей) в каждой точке. Затем эти значения суммируются с вычислением показателя M±m, полученное значение соотносят с типом изменений костной ткани.

Техническим результатом является разработка способа объективной количественной компьютерно-томографической оценки процессов остеогенеза вокруг имплантов.

Осуществление изобретения

Способ осуществляют по следующей схеме:

1 - операционный материал в виде костного фрагмента с имплантом помещают в рентгеноконтрастный контейнер в консоли компьютерного томографа.

2 - после задания всех необходимых для работы аппарата настроек нажимают кнопку подтверждения выбранных параметров и затем кнопку подачи напряжения. При появлении сигнала происходит включение гентри, а затем сканирование с толщиной среза не более 1 мм. После того, как интересующая зона просканирована, происходит получение нескольких серий изображений, которые просматриваются с помощью программы на рабочей станции томографа (или на любой другой программе, поддерживающей стандарт DICOM).

3 - в аксиальной проекции выбираются наиболее подходящие два среза, на которых имплантат визуализируется полностью (рис. 1).

4 - производится измерение плотностных показателей костной ткани в окружности площадью 0,1 см² (310 пикселей) последовательно в пяти точках на 2 срезах с шагом 1 мм (рис. 2а).

5 - после проведения измерений денситометрических показателей производится вычисление суммарного показателя путем сложения величин, полученных при измерении в пяти определенных точках (рис. 2б), вычисление средней величины (М) и среднего квадратичного отклонения (m), используя компьютерную программу StatPlus 2009 - 2Professional» (или любую другую компьютерную программу для статистического анализа данных).

Клинический пример

Требуется сравнить динамику плотности образованной костной ткани вокруг импланта при использовании различных остеозамещающих материалов. Выполнено вычисление количества единиц Хаунсфилда в пяти точках по описанному выше способу (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительный анализ плотности костной ткани вокруг имплантов через 1 месяц после операции

№ точки 1 наблюдение (материал X), единицы Хаунсфилда 2 наблюдение (материал Y), единицы Хаунсфилда 1 299 323 2 202 210 3 93 245 4 213 253 5 153 279 Сумма 960 1310 M±m 192,0±28,3 262,0±37,6

В процессе динамического наблюдения выполнены аналогичные вычисления через 2 и 4 месяца после оперативного вмешательства. Обобщённые данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Динамическая оценка рентгеновской плотности вокруг имплантов при использовании различных остеозамещающих материалов через 1, 2 и 4 месяца после операции

Наблюдения 1 месяц, единицы Хаунсфилда 2 месяца, единицы Хаунсфилда 4 месяца, единицы Хаунсфилда 1 192,0±28,3 267,0± 38,1 475,0±42,1 2 262,0±37,6 521,0±42,6 867,0±48,6

Динамическая оценка денситометрической плотности вокруг импланта показала, что через 1 месяц после операции при использовании обоих материалов состояние костной ткани вокруг имплантов не различалось между собой (р<0, 05) и соответствовало типу D4. В процессе динамического наблюдения, через 2 месяца после операции адаптация остеозамещающего материала при 1 наблюдении была достоверно ниже (р<0,05), чем при 2 наблюдении и продолжала соответствовать типу D4, в то же время изменения остеогенеза в 2 наблюдении в эти сроки стали соответствовать типу D3. Через 4 месяца после операции процессы остеогенеза вокруг импланта значительно различались между собой (р<0,001) и соответствовали в 1 наблюдении типу D3, а во 2 наблюдении - типу D2. Таким образом, путем использования количественного анализа показателей рентгеновской плотности костной ткани можно сделать вывод о более интенсивном течении процессов остеогенеза во 2 клиническом наблюдении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Рис. 1. Сагиттальные срезы бедренной кости с «шагом» в 1 мм. В центре среза визуализируется титановый винт (1), вокруг импланта зона измененной костной плотности (2).

Рис. 2:

А. Пример измерения плотностных показателей костной ткани вокруг имплантата на примере КТ-скана.

Б. Схема последовательности измерения по 5 точкам показателей костной ткани вокруг импланта, где цифры 1-5 являются точками для измерения.

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической ортопедии и лучевой диагностике. Проводят компьютерную томографию костного фрагмента с имплантом, толщиной среза не более 1 мм, выбирают два среза в аксиальной проекции, на которых имплантат визуализируется полностью. Производят измерение рентгеновской плотности костной ткани в единицах Хаунсфилда в пяти точках вокруг импланта на расстоянии 1-2 мм от него на площади 0,1 см², соответствующей 310 пикселям, в каждой точке. Суммируют полученные значения, вычисляют среднюю величину (М) и среднее квадратичное отклонение (m). Способ прост в использовании, воспроизводим, обеспечивает объективную оценку плотностных показателей костной ткани вокруг внедренного в нее импланта за счет вычисления плотности костной ткани в определенных точках вокруг импланта, находящихся на определенном расстоянии от него. 2 ил., 3 табл., 1 пр.

Способ количественной оценки остеогенеза в перимплантационной зоне, включающий проведение компьютерной томографии костного фрагмента с имплантом, толщиной среза не более 1 мм, получение серий изображений и выбор двух срезов в аксиальной проекции, на которых имплантат визуализируется полностью, отличающийся тем, что производят измерение рентгеновской плотности костной ткани в единицах Хаунсфилда в пяти точках вокруг импланта на расстоянии 1-2 мм от него на площади 0,1 см², соответствующей 310 пикселям, в каждой точке; суммируют полученные значения, вычисляют среднюю величину (М) и среднее квадратичное отклонение (m).