КТ

    Оценка микроархитектоники костной ткани путем цифрового анализа компьютерных томограмм для диагностики остеопороза.



    2 3 4 


    Оценка микроархитектоники костной ткани путем цифрового анализа компьютерных томограмм для диагностики остеопороза.

    Килина О.Ю., Завадовская В.Д., Данильчук Р.В., Третьяков Е.М., Родионова О.В., Баранова О.В.

    Сибирский государственный медицинский университет МЗ РФ, г. Томск

    Исследованы возможности цифрового анализа компьютерных томограмм поясничных позвонков в качестве метода диагностики остеопороза. Разработано специальное программное обеспечение, предназначенное для оценки минеральной массы и структуры кости. Программное обеспечение апробировали при исследовании 10 анатомических препаратов поясничных позвонков и 20 больных хронической почечной недостаточностью, полу­чающих лечение гемодиализом.КТ

    Сопоставление результатов цифрового анализа компьютерных томограмм, исследования минерального состава и гистоморфометрии анатомических препаратов поясничных позвонков показали, что разработанный способ позволяет достоверно анализировать структуру трабекулярной кости и косвенно оценивать минераль­ную плотность.

    Ключевые слова: остеопороз, гистоморфометрия, компьютерная томография, структура кости, минераль­ная плотность кости.

    Период с 2000 по 2010 г. объявлен ВОЗ дека­дой борьбы с патологией костей и суставов, це­лью которой является улучшение качества жизни лиц с заболеваниями опорно-двигательного ап­парата. Остеопороз относится к наиболее рас­пространенным метаболическим заболеваниям скелета и приводит к высокому проценту инвали­дизации, в том числе и среди трудоспособного населения. Увеличение продолжительности жиз­ни людей и, соответственно, частоты заболеваемости остеопорозом делают проблему ранней диагностики этого состояния актуальной как в медицинском, так и в социально-экономическом аспектах [1, 2, 4, 5].КТ

     

    Изменения кости при остеопорозе проявля­ются в снижении костной плотности и нарушении микроархитектоники костной ткани, что приводит к множественным микроповреждениям, снижению вследствие этого механической прочности кости и возникновению переломов [3, 4, 8]. Ранняя ди­агностика, своевременное назначение лечения и профилактических мероприятий дают возмож­ность значительно снизить риск развития трав­матического повреждения костей.КТ

    Современные методы лучевой диагностики остеопороза основаны преимущественно на оп­ределении минеральной плотности кости (МПК). Наиболее точными из них являются количест­венная компьютерная томография (ККТ) и дву-энергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ДРА) [1, 2, 4, 6, 7]. В последние годы в зарубеж­ных публикациях появились сообщения, посвя­щенные способам оценки микроархитектоники кости с помощью цифрового анализа медицин­ских изображений. Детальный анализ структуры трабекулярной кости возможен при использова­нии компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) с высокой разре­шающей способностью [3, 6-8]. Однако высоко­эффективные современные денситометрические методы диагностики и способы оценки костной архитектоники с помощью высокоразрешающих томографических методов малодоступны для широкой клинической практики ввиду высокой стоимости диагностической аппаратуры и про­граммного обеспечения. Учитывая распростра­ненность остеопороза и актуальность его ранней диагностики, целесообразна разработка эффек­тивных и в то же время широкодоступных мето­дов оценки минеральной плотности и архитекто­ники кости.КТ

    Цифровая обработка медицинских изображе­ний, в частности компьютерных томограмм позвон­ков, открывает новые возможности для получения количественных диагностических критериев из­менений структуры кости, а также для оценки ми­неральной плотности костной ткани. На сего­дняшний день многие вопросы использования цифрового анализа медицинских изображений для диагностики остеопороза требуют дальней­шего исследования.КТ

    Целью нашей работы является исследование возможностей цифрового анализа компьютерных томограмм аксиального отдела скелета в качест­ве метода диагностики остеопоротических изме­нений трабекулярной кости.

    Материал и методы

    Для реализации цели исследования разрабо­тано специальное программное обеспечение, предназначенное для анализа томографических изображений на персональном компьютере. То­мографическое изображение тела поясничного позвонка в аксиальной проекции из архива ком­пьютерного томографа переносилось в цифро­вом формате и с помощью конвектора «Osiris» преобразовывалось в широкодоступный графи­ческий формат bmp. Анализ томографического изображения включает: выделение зоны интере­са, которое осуществляется либо автоматически путем вычитания кортикального слоя, либо вруч­ную с помощью графических инструментов про­граммного обеспечения; определение значений интенсивности для элементов костной плотности, на основании которых рассчитывались индекс костной плотности, число трабекул, толщина тра-бекул (рис. 1).КТ

    Рис. 1. Интерфейс программного обеспечения: выделение зоны интереса с определением значений интенсивности для элементов костной плотности

     

    Программное обеспечение апробировали при исследовании 10 анатомических препаратов по­ясничных позвонков и 20 больных хронической почечной недостаточностью (ХПН), получающих лечение гемодиализом. Всего исследовано 7 женщин и 13 мужчин в возрасте от 32 до 47 лет, страдающих хроническим гломерулонефритом (10), диабетической нефропатией (6), поликисто­зом почек (4). В зависимости от длительности лечения гемодиализом все исследованные паци­енты разделены на 2 группы: у пациентов I груп­пы (n = 8) срок лечения гемодиализом составил от 3 до

    6 мес, у больных II группы (n = 12) - от 18 до 24 мес.

    Исследование анатомических препаратов включало компьютерную томографию, спек­тральный анализ минерального состава и мор­фологический анализ структуры исследуемых образцов, а также цифровой анализ полученных компьютерных томограмм. Всем пациентам с ХПН выполнялась компьютерная томография поясничного отдела позвоночника (L1, L2, L3) с последующим цифровым анализом полученных томограмм. Дополнительно всем больным ХПН проведено рутинное рентгенологическое иссле­дование - рентгенография кистей.КТ

    Компьютерная томография выполнялась на спиральном компьютерном томографе «Toshiba» Xpress/GX при 120 кВ, 230 мА • с. Толщина выде­ляемого слоя - 1 мм, шаг - 8 мм. Обработка изображений осуществлялась в режиме костного окна.

    Для каждого анатомического препарата по­звонка определяли количественное содержание кальция, фосфора и магния. Количественное со­держание элементного состава образцов костной ткани определялось методом эмиссионного спек­трального анализа. В качестве эталонов использовались государст­венные стандартные образцы СОГ-28. Подготов­ка проб проводилась путем озоления в муфель­ных печах при температуре 450 °С. Спектрогра-фирование производили в дуге постоянного тока спектрографа СП-30 на фотопластину СП-2. Ве­личины аналитических сигналов эталонов и проб извлекали с помощью микрофотометра МФ-2 и на основании полученных значений рассчитыва­ли процентное содержание элементов в пробах (мг/%) с 10%-й погрешностью.КТ

    С помощью морфометрического анализа структуры трабекулярной кости вычисляли объем трабекулярной кости, число трабекул, толщину трабекул. Подготовка образцов костной ткани для морфометрического анализа осуществлялась

    Оценка микроархитектоники костной ткани...

    путем декальцинации, проводки через спирты и заливки целлоидином

    2 3 4