Патент на изобретение №2305489

(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СИНОВИТА ТАЗОБЕДРЕННОГО И КОЛЕННОГО СУСТАВОВ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ В НИХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицине и предназначено для диагностики синовита тазобедренного и коленного суставов с определением количества жидкости в них. Обследуют пациента на магнитно-резонансном томографе. Исследуют тазобедренный или коленный сустав в корональной, аксиальной и косо-сагиттальной плоскостях. Находят на томограммах участки в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Из найденных участков выбирают участок наибольшей площади, измеряют оптическую плотность на этом участке и находят точки-пиксели с минимальным и максимальным значением оптической плотности. Принимают эти значения за границы диапазона плотности жидкости данного пациента. Маркируют пиксели всех участков, имеющие плотность в этом диапазоне. На всех срезах отсканированной серии суммируют маркированные пиксели в срезах N_cp. Определяют количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве. Суммируют виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс. Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} и объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс. межср.} Затем определяют объем жидкости в суставе V_общ. При объеме жидкости в полости сустава V_общ более 1,3 мл диагностируют синовит сустава. Предлагаемый способ позволяет определить количество жидкости в суставе. 13 ил., 6 табл.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”детей на дорентгенологической фазе, Актуальные вопросы лечения заболеваний и повреждений опорно-двигательного аппарата у детей, СПб, 1997,с.166.

Изобретение относится к медицине, а именно к магнитно-резонансной томографии, и может быть использовано для диагностики количества жидкости в миллилитрах в полостях крупных суставов в ортопедической и хирургической практике.

Актуальность проблемы в определении количества жидкости в миллилитрах в полостях крупных суставов при различных заболеваниях и травмах является необходимым условием для выбора дальнейшего вида лечения.

Известны способы исследования крупных суставов методом классической рентгенографии, КТ и пневмоартрографии и УЗИ.

Пневмоартрография, обзорная рентгенография и КТ связаны с воздействием на детей ионизирующего излучения, которое негативно влияет на репродуктивную функцию ребенка, кроме того, пневмоартрография – это инвазивный метод, поэтому широкого применения в диагностике заболеваний тазобедренного сустава не нашел.

Все изменения в пораженном суставе оцениваются в сравнении с контралатеральным суставом. Неинвазивность УЗИ позволяет повторять исследование в динамике без негативного воздействия на организм человека.

Существующие методы исследования тазобедренного сустава, такие как классическая рентгенография, пневмоартрография, УЗИ, не позволяют определять количество жидкости в полости сустава в миллилитрах.

Однако и методом МРТ определить количество жидкости в миллилитрах невозможно.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении точности диагностики заболеваний суставов и контроля эффективности проводимого лечения за счет точного определения количества жидкости в полости тазобедренного и коленного суставов с помощью МРТ.

Поставленная задача достигается тем, что для диагностики синовита тазобедренного и коленного суставов с определением количества жидкости в них, при обследовании пациента на магнитно-резонансном томографе проводят исследование тазобедренного или коленного сустава в корональной, аксиальной и косо-сагиттальной плоскостях в последовательностях Т1 ВИ в ИП SE и Т2 ВИ в ИП GRE. Находят на томограммах участки в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Из найденных участков выбирают участок наибольшей площади. Измеряют оптическую плотность на этом участке и находят точки-пиксели с минимальным и максимальным значением оптической плотности и принимают эти значения за границы диапазона плотности жидкости данного пациента. Маркируют пиксели всех участков, имеющие плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии суммируют маркированные пиксели в срезах N_cp. Определяют количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах, суммируют виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс.

Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле:

V_{вокс. среза}=S_H×S_V×S_T,

где S_H – размер пикселя по горизонтали, мм;

S_V – размер пикселя по вертикали, мм;

S_T – толщина среза, мм.

Рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс.межср.} по формуле:

V_{вокс. межср.}=S_H×S_V×S_ms,

где S_H – размер пикселя по горизонтали, мм;

S_V – размер пикселя по вертикали, мм;

S_ms – расстояние между срезами, мм.

Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

где V_{вокс. среза} – объем одного воксела в срезе, мм³;

N_cp – количество маркированных пикселей в срезах, ед.;

V_{вокс. межср.} – объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве, мм³;

N_мс – количество виртуальных маркированных пикселей в межсрезовых пространствах, ед.;

и при объеме жидкости в полости сустава V_общ более 1,3 мл -диагностируют синовит сустава.

Новизна способа:

– Находят на томограммах участки в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Это необходимо для того, чтобы идентифицировать участки жидкости и убедиться, что интенсивность МР-сигнала на этих участках однородная.

– Из найденных участков выбирают участок наибольшей площади для уменьшения погрешности измерений. Измеряют интенсивность МР-сигнала всех точек на этом участке и определяют значения с минимальным и максимальным значением интенсивности МР-сигнала. Принимают эти значения за границы диапазона измерений. Это необходимо, чтобы отличить жидкость от других анатомических структур. Причем определяется оптическая плотность жидкости именно для данного пациента.

– Маркируют точки-пиксели всех участков, имеющие плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, суммируют маркированные точки-пиксели в срезах N_cp, которые и будут использоваться в дальнейших расчетах.

– Определяют количество виртуальных маркированных точек-пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных точек-пикселей в соседних срезах, суммируют виртуальные маркированные точки-пиксели в межсрезовых пространствах N_мс. При расчете это даст объем, неучтенный в срезах, тем самым повысится точность измерений.

– Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза}, рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс. межср.} по предложенным формулам, так как параметры: поле обзора, толщина среза, расстояние между срезами и размеры матрицы изображения различаются в разных исследованиях.

– Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

где V_{вокс. среза} – объем одного воксела в срезе, мм³;

N_cp – количество маркированных пикселей в срезах, ед.;

V_{вокс. межср.} – объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве, мм³;

N_мс – количество виртуальных маркированных пикселей в межсрезовых пространствах, ед.

Данная формула позволяет более точно учесть объем жидкости в суставе, так как учитывает объемы срезов и виртуальных межсрезовых пространств.

При объеме жидкости в полости сустава V_общ более 1,3 мл диагностируют синовит сустава.

Предложенный способ позволяет получить новый технический результат в виде более точного определения жидкости в суставе. Это дает возможность повысить качество диагностики состояния суставов после лечения, когда отсутствуют клинические проявления заболевания, а количество жидкости в суставе, несмотря на проведенное лечение, остается повышенным. Такой контроль позволяет своевременно принять меры и скорректировать лечебные мероприятия для больного.

Для пояснения изобретения даны изображения схем, иллюстрирующих расчет объема воксела в срезе и воксела в межсрезовом пространстве – Фиг.1-2 и изображения МР томограмм суставов – Фиг.3-13.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала проводят исследование пациента на магнитно-резонансном томографе Vectra-2 фирмы GE с сверхпроводящим магнитом и индукцией магнитного поля 0,5 Tc. Для исследования суставов использовались приемно-передающие катушки, которые позволяли выбрать малое поле зрения без артефактов или пространственного искажения и давали возможность увеличения коэффициента сигнал/шум. Это достигалось фокусировкой «зоны видимости» приемно-передающей катушки на исследуемой зоне, что позволяло максимально исключить шум от анатомический зон, не включенный в объем исследования.

МРТ суставов проводилась в корональной, аксиальной и сагиттальной плоскостях с получением Т1 и Т2 – взвешенных изображений (Т1 ВИ и Т2 ВИ) в импульсных последовательностях (ИП) спин-эхо (SE) и GRE с шагом томографа 5 мм. При необходимости, например, для детей раннего возраста, заданные параметры для томографа могут быть изменены, уменьшен шаг и расширено поле обзора.

Технические характеристики для исследования тазобедренного и коленного суставов на МРТ представлены в таблице 1, 2.

На деку стола магнитно-резонансного томографа устанавливается квадратурная приемно-передающая катушка. Пациент укладывается на спину так, чтобы суставы помещались в центре катушки. Пациент фиксируется к деке стола для обеспечения полной неподвижности. Затем стол с пациентом завозится в тоннель магнита. На пульте управления набираются технические параметры для получения суставов в корональной, аксиальной и косо-сагиттальной плоскостях в последовательностях Т1 и Т2 ВИ в ИП SE и GRE.

Измерение объема жидкости сустава производится программой, разработанной в отделении лучевой диагностики больницы, где работают авторы изобретения. Программа производит измерение объема любого интересующего объекта, имеющего четкие границы и отличного по плотности от соседних анатомических структур. Описание расчета пикселей и объема векселей со ссылкой на схемы на Фиг.1 и 2:

– Находят на томограммах участки в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости (для наглядности на Фиг.1-13 они помечены белым цветом). Это необходимо для того, чтобы идентифицировать участки жидкости и убедиться, что интенсивность МР-сигнала на этих участках однородная.

– Из найденных участков выбирают участок наибольшей площади для уменьшения погрешности измерений. Измеряют интенсивность МР-сигнала всех точек на этом участке и определяют значения с минимальным и максимальным значением оптической плотности. Принимают эти значения за границы диапазона измерений оптической плотности жидкости конкретного пациента. Это необходимо, чтобы отличить жидкость от других анатомических структур.

– Маркируют точки-пиксели всех участков, имеющие оптическую плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, суммируют маркированные точки-пиксели в срезах N_cp, которые и будут использоваться в дальнейших расчетах.

– Определяют количество виртуальных маркированных точек-пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных точек-пикселей в соседних срезах, суммируют виртуальные маркированные точки-пиксели в межсрезовых пространствах N_мс. При расчете это даст объем, неучтенный в срезах, тем самым повысится точность измерений.

– Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза}, рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс. межср.} по предложенным формулам, так как параметры: поле обзора, толщина среза, расстояние между срезами и размеры матрицы изображения различаются в разных исследованиях.

– Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

где V_{вокс. среза} – объем одного воксела Фиг.1 в срезе, мм³;

N_cp – количество маркированных пикселей в срезах, ед.;

V_{вокс. межср} – объем одного виртуального воксела Фиг.2 в межсрезовом пространстве, мм³;

N_мс – количество виртуальных маркированных пикселей в межсрезовых пространствах, ед.

Данная формула позволяет более точно учесть объем жидкости в суставе, так как учитывает объемы срезов и виртуальных межсрезовых пространств.

При объеме жидкости в полости сустава V_общ более 1,3 мл диагностируют синовит сустава.

Обоснование достоверности результатов. Обследован 121 ребенок – синовит выявлен у 81 ребенка. Количество выявляемой жидкости у 35 было до 4 мл, 29 – 7 мл, у 17-10 мл, в то время как у здоровых детей количество жидкости было менее 1,3 мл.

Пример 1. Девочка 6 лет. Болезнь Пертеса головки левой бедренной кости.

На Фиг.3, 4, в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE находим участки 1 с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Из найденных участков выбираем участок наибольшей площади – участок 2 на Фиг.3. Измеряем интенсивность МР-сигнала на этом участке 2 и находим пиксели с минимальным – 350 и максимальным значением интенсивности МР-сигнала 700 и принимаем эти значения за границы диапазона плотности жидкости у этой пациентки.

Размер пикселей определяем с учетом заданного разрешения аппарата. Рассчитываем размеры пикселя по горизонтали:

S_H = FOV_H/N_H,

где FOV_H – поле обзора по горизонтали,

N_H – разрешение (количество – пикселей в изображении) по горизонтали.

S_H=350/256=1,367 мм для тазобедренного сустава.

Рассчитываем размеры пикселя по вертикали:

S_V=FOV_V/N_V,

где FOV_V – поле обзора по вертикали,

N_V – разрешение (количество пикселей в изображении) по вертикали.

S_V=350/192=1,822 мм для тазобедренного сустава

Маркируем точки-пиксели всех участков, обозначенных цифрой 3, имеющие оптическую плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, Фиг.5, 6, маркированные пиксели показаны белым цветом.

Суммируем маркированные, пиксели в срезах N_cp (таблица 3), количество пикселей 735 для тазобедренного сустава с патологией.

Определяем количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах (Таблица 3). Суммируем виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс.=697 для тазобедренного сустава с патологией.

Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле:

V_{вокс. среза}=1,367×1,822×4=9,96 мм для тазобедренного сустава.

Рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс.межср.} по формуле:

V_{вокс. межср}=1,367×1,822×1=2,49 мм³ для тазобедренного сустава.

Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

для тазобедренного сустава с патологией.

Таким образом, клинические проявления заболевания тазобедренного сустава обусловлены наличием избыточного количества синовиальной жидкости в полости сустава.

Пример 2. Та же девочка 6 лет, исследование правого здорового тазобедренного сустава.

На Фиг.3, 4 в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE находим участок 4 с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Участок с жидкостью один. Измеряем интенсивность МР-сигнала на этом участке 4 и находим пиксели с минимальным – 350 и максимальным значением оптической плотности МР-сигнала 700 и принимаем эти значения за границы диапазона оптической плотности жидкости.

Размер пикселей определяют с учетом заданного разрешения аппарата. Рассчитываем размеры пикселя по горизонтали S_H=350/256=1,367 мм для тазобедренного сустава.

Рассчитываем размеры пикселя по вертикали:

Sv=350/192=1,822 мм для тазобедренного сустава

Маркируем точки-пиксели, имеющие оптическую плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, Фиг.3, 4, маркированные пиксели показаны белым цветом (один участок 4).

Суммируют маркированные пиксели в срезах N_cp, например (таблица 4), количество пикселей 82 для здорового тазобедренного сустава.

Определяем количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах (Таблица 4). Суммируем виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс.=77 для здорового тазобедренного сустава.

Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле:

V_{вокс. среза}=1,367×1,822×4=9,96 мм³ для тазобедренного сустава.

Рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс.межср.} по формуле:

V_{вокс. межср.}=1,367×1,822×1=2,49 мм³ для тазобедренного сустава.

Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

для здорового тазобедренного сустава.

Пример 3. Мальчик 10 лет. Синовит левого коленного сустава.

На Фиг.7, 8, в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE находим участки 5 с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Из найденных участков выбираем участок наибольшей площади – участок 6 на Фиг.8. Измеряем интенсивность МР-сигнала на этом участке 6 и находим пиксели с минимальным – 386 и максимальным значением оптической плотности МР-сигнала 1000 и принимаем эти значения за границы диапазона оптической плотности жидкости для данного пациента.

Размер пикселей определяют с учетом заданного разрешения аппарата. Рассчитывают размеры пикселя по горизонтали:

S_H=200/256=0,781 мм для коленного сустава.

Рассчитывают размеры пикселя по вертикали:

S_V=200/192=1,04 мм для коленного сустава.

Маркируют точки-пиксели всех участков 7, имеющие оптическую плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, Фиг.9, 10, маркированные пиксели показаны белым цветом.

Суммируют маркированные, пиксели в срезах N_cp (таблица 5), количество пикселей 3122 для коленного сустава с патологией.

Определяют количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах (Таблица 5). Суммируют виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс.=2960 для коленного сустава с патологией.

Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле:

V_{вокс. среза}=0,781×1,04×4=3,24 мм³ для коленного сустава.

Рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс.межср.} по формуле:

V_{вокс. межср.}=0,781×1,04×1=0,81 мм³ для коленного сустава.

Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

для коленного сустава с патологией. Количество жидкости в суставе значительно больше 1 мл, что является причиной заболевания левого тазобедренного сустава.

Пример 4. Тот же больной мальчик 10 лет. Здоровый правый коленный сустав.

На Фиг.11, 12, 13, в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE находим участки 8 с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости. Из найденных участков выбираем участок наибольшей площади – это участок 9 на Фиг.11. Измеряем интенсивность МР-сигнала на этом участке 9 и находим пиксели с минимальным – 386 и максимальным значением интенсивность МР-сигнала 1000 и принимаем эти значения за границы диапазона оптической плотности жидкости данного пациента.

Размер пикселей определяют с учетом заданного разрешения аппарата. Рассчитывают размеры пикселя по горизонтали:

S_H=200/256=0,781 мм для коленного сустава.

Рассчитывают размеры пикселя по вертикали:

S_V=200/192=1,04 мм для коленного сустава.

Маркируют точки-пиксели всех участков, имеющие оптическую плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии.

Суммируют маркированные пиксели в срезах N_cp (таблица 6), количество пикселей 317 для коленного сустава с патологией.

Определяют количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах (Таблица 6). Суммируют виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс.=305 для здорового коленного сустава.

Рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле:

V_{вокс. среза}=0,781×1,04×4=3,24 мм для коленного сустава.

Рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс.межср.} по формуле:

V_{вокс. межср}=0,781×1,04×1=0,81 мм³ для коленного сустава.

Определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле:

для здорового коленного сустава.

Разработанный способ позволил определить количество жидкости в полости суставов в миллилитрах. Это позволило повысить точность диагностики заболеваний суставов и контроля эффективности проводимого лечения за счет точного определения количества жидкости в полости тазобедренного и коленного суставов с помощью МРТ. Кроме того, по этому показателю можно выявлять скрытое течение различных заболеваний, связанных с выпотом жидкости в полость суставов, когда еще отсутствуют клинические проявления. При контроле за эффективностью проводимого лечения можно своевременно провести этот контроль и при выявлении отсутствия положительной динамики скорректировать лечение.

Формула изобретения

Способ диагностики синовита тазобедренного и коленного суставов с определением количества жидкости в них при обследовании пациента на магнитно-резонансном томографе, включающий исследование тазобедренного или коленного суставов в корональной, аксиальной и кососагиттальной плоскостях в последовательностях Т1 ВИ в ИП SE и Т2 ВИ в ИП ORE, отличающийся тем, что находят на томограммах участки в последовательности Т2 ВИ в ИП GRE с гиперинтенсивным сигналом, соответствующим жидкости, из найденных участков выбирают участок наибольшей площади, измеряют оптическую плотность на этом участке и находят точки-пиксели с минимальным и максимальным значениями оптической плотности и принимают эти значения за границы диапазона плотности жидкости данного пациента, маркируют пиксели всех участков, имеющие плотность в этом диапазоне, на всех срезах отсканированной серии, суммируют маркированные пиксели в срезах N_cp; определяют количество виртуальных маркированных пикселей в одном межсрезовом пространстве как среднеарифметическое от количества маркированных пикселей в соседних срезах, суммируют виртуальные маркированные пиксели в межсрезовых пространствах N_мс; рассчитывают объем одного воксела в срезе V_{вокс. среза} по формуле

V_{вокс. среза} = S_H×S_V×S_T,

где S_H – размер пикселя по горизонтали, мм;

S_V – размер пикселя по вертикали, мм;

S_T – толщина среза, мм,

рассчитывают объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве V_{вокс. межср.} по формуле

V_{вокс. межср.} = S_H×S_V×S_ms,

где S_H – размер пикселя по горизонтали, мм;

S_V – размер пикселя по вертикали, мм;

S_ms – расстояние между срезами, мм,

определяют объем жидкости в суставе V_общ. по формуле

где V_{вокс. среза} – объем одного воксела в срезе, мм³;

N_cp – количество маркированных пикселей в срезах, ед;

V_{вокс. межср.} – объем одного виртуального воксела в межсрезовом пространстве, мм³;

N_мс – количество виртуальных маркированных пикселей в межсрезовых пространствах, ед,

и при объеме жидкости в полости сустава V_общ более 1,3 мл диагностируют синовит сустава.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.02.2008

Извещение опубликовано: 20.02.2010 БИ: 05/2010