Спосіб діагностики ревматоїдного поліартриту по рентгенограмах кистей

Спосіб діагностики ревматоїдного поліартриту по рентгенограмах кистей, шляхом визначення ступеня остеопорозу по зміні оптичної густини в проекції дрібних суглобів, який відрізняється тим, що формують псевдокольорове зображення, офарбовуючи ділянки, які мало відрізняються по оптичній густині в контрастні кольори, виділяючи при цьому еквіденсити, і по наявності зазублених контурів еквіденсит, зміні їхньої ширини, форми і кількості в проекції головок п'ясткових кісток і основ проксимальних фаланг визначають ступінь патологічної перебудови кісткової тканини. (19) (21) 2000063304 (22) 06.06.2000 (24) 16.07.2001 (33) UA (46) 16.07.2001, Бюл. № 6, 2001 р. (72) Согоконь Олександр Борисович, Бабанін Сергій Володимирович, Волочай Ірина Леонідівна, Согоконь Світлана Іванівна (73) Согоконь Олександр Борисович, UA, Бабанін Сергій Володимирович, UA, Волочай Ірина Леонідівна, UA, Cогоконь Світлана Іванівна, UA 40119 і плюсневих кісток. При порівнянні з оптичною густиною в проекції клина еталона визначається мінеральна насиченість кісткової тканини. Виявлення зниження мінеральної насиченості епіфізів (у сполученні з клінічними і лабораторними даними) є свідченням остеопорозу і, відповідно, ознакою 0 стадії ревматоїдного поліартриту. Недоліком цього методу є невисока точність, обумовлена широким вимірювальним вікном (діаметром 0,5 см, сумірним із діаметром самої кістки), складність його реалізації (денситометричний клин представляє з себе розрізнені циліндри, довгий час вимірів). В основу винаходу поставлена задача підвищення точності і достовірності аналізу рентгенограм, особливо на ранніх стадіях ревматоїдного поліартриту шляхом визначення ступеня остеопорозу за зміною оптичної густини в проекції дрібних суглобів. Для досягнення цілі формують псевдокольорове зображення, офарбовуючи ділянки, які мало відрізняються по оптичній густині в контрастні кольори, виділяючи при цьому еквіденсити, і по наявності зазублених контурів еквіденсит, зміні їхньої ширини, форми і кількості в проекції основ проксимальних фаланг і головок п'ясткових кісток, визначають ступінь патологічної перебудови кісткової тканини. Це забезпечує підвищення точності аналізу рентгенограм, а крім того, спрощує його. Запропонований винахід має новизну. Суттєві ознаки винаходу, які включені у формулу винаходу, не забезпечують сумарний ефект від їхнього використання, відомий із рівня техніки, не очевидні для спеціаліста в даній галузі, що свідчить про те, що запропонований винахід не є частиною рівня техніки і відповідає критерію винахідницького рівня. Зазначений технічний результат досягається в такий спосіб. Ступінь почорніння світлочутливого шару залежить від експозиції або, говорячи іншими словами, від кількості променистої енергії, що потрапила на нього за час витримки. Експозиція прямо пов'язана з інтенсивністю випромінювання, що пройшло через досліджуваний об'єкт. Інтенсивність визначається ослабленням первинного пучка рентгенівського випромінювання. Ослаблення первинного пучка рентгенівського випромінювання описується формулою: об'єкта, його атомного складу і щільності. Отже, ступінь почорніння фотоемульсії (оптична густина) визначається також товщиною (формою) об'єкта, його атомним складом і щільністю. Сума трьох кольорів (червоного, зеленого і синього) при максимальній яскравості дає білий, при мінімальній - чорний колір. Відтінки сірого кольору утворюються при змішанні всіх трьох основних кольорів. Таким чином, чорно-біле зображення можна представити утвореним із трьох компонент: червоної, зеленої і синьої. Градаційна крива відображає вхідні і вихідні значення яскравості зображення (див. Фіг. 1-4) Горизонтальна вісь представляє поточні (вхідні) значення, а вертикальна - скоректовані (вихідні) значення. До внесення змін вхідні і вихідні значення однакові, і графік має форму прямої лінії, що перетинає поле по діагоналі (тобто відображають лінійний зв'язок між колірними компонентами), її нижня ліва точка представляє чорний колір, центральна частина - середні тони, а верхня права точка - світло в зображенні. Напівтонова шкала представляє значення яскравості від чорного до білого. Математично це можна представити у вигляді формули: І = αх, де: І - це інтенсивність колірної компоненти, х значення яскравості, α - коефіцієнт пропорційності (при наявності колірного балансу дорівнює 1). Щоб здійснити колірне кодування, необхідно змінити рівні яскравості компонент або ж, говорячи іншими словами, змінити градаційні криві для кожної з трьох компонент і загального сумарного зображення або для деяких із них (див. Фіг. 5-8). При зміні градаційних характеристик із зберіганням лінійних зв'язків між компонентами відбувається фарбування зображення, але еквіденсити не формуються. Математично це виражається в такий спосіб: Іr = αrx+br, Іg = αgx+bg, Іb = αbx+bb, де: b - деяка константа, що характеризує зсув градаційної кривої по вертикалі. Для одержання еквіденсит необхідно створити нелінійні зв'язки між колірними компонентами. У загальному вигляді це виражається в такий спосіб: JD=J0e-μD, де: J0 - інтенсивність первинного пучка рентгенівського випромінювання; JD - інтенсивність випромінювання, що пройшло через прошарок речовини товщиною D; е - основа натурального логарифма; μ - лінійний коефіцієнт ослаблення. У свою чергу, лінійний коефіцієнт ослаблення можна визначити як добуток масового коефіцієнта ослаблення (μm) і щільності речовини (ρ): I = αnxn + αn-1xn-1 +...+ α2x2 + α1x + α0. Для одержання максимального колірного контрасту при зміні характеристик колірних компонентів використовують поліноми з протилежними знаками при старших членах. Для одержання псевдокольорового зображення рентгенограм кистей ми використовуємо градаційні криві, апроксимовані поліном 5-го ступеня (див. Фіг. 9-12). μ = μm ρ, Масовий коефіцієнт ослаблення пропорційний четвертому ступеню порядкового номера елемента. Таким чином, очевидно, що ослаблення первинного пучка рентгенівського випромінювання залежить від товщини (або форми) досліджуваного І0 = -αх5+bх4+сх3+dх2+ех+ƒ Іg = αх5+bх4+сх3+ dх2+ех+ƒ Іr = αх Іb = -αх. 2 40119 У результаті колірного кодування рентгенівського зображення сусідні ділянки зображення, що мало відрізняються за оптичною густиною можна офарбити в контрастні кольори. Крім того, усі ділянки зображення, що мають ту саму оптичну густину, будуть мати однаковий колір. Вигляд еквіденсит (їхній колір, ширина, форма, контури, розподіл) залежать від оптичної густини вихідного рентгенівського зображення. А оскільки остання визначається формою і структурою об'єкта, то по параметрах еквіденсит із високою точністю визначаються його структурно-щільнісні характеристики. Для об'єкта з постійною товщиною за виглядом еквіденсит можна визначати коефіцієнт поглинання рентгенівського випромінювання і, відповідно, судити про його щільність і однорідність атомного складу. При колірному кодуванні рентгенограм незмінених (здорових) кистей (див. Фіг. 13) форма еквіденсит відрізняється великою складністю (див. Фіг. 14) через те, що вона обумовлена складною геометричною формою досліджуваних кісток. Найбільш зручними для аналізу представляються еквіденсити, що утворяться в проекції основ проксимальних фаланг пальців і головок п'ясткових кісток (див. Фіг. 15). У фалангових і п'ясткових кістках губчата кісткова тканина епіфізів представлена дрібноячеїстою структурою, що складається з рясно переплетених між собою кісткових балок. Тобто епіфізи фалангових і п'ясткових кісток у нормі являють собою об'єкти практично однорідної структури (тобто об'єкти з однаковою на всьому протязі щільністю й атомним складом). Отже, розподіл еквіденсит у проекції нормальних епіфізів визначається тільки їхньою формою. Еквіденсити в цих областях мають вигляд концентричних, рівноокреслених, витягнутих овалів. У початкових стадіях ревматоїдного поліартриту остеопороз починає розвиватися в епіфізах кісток, що зщеплюються. Ця ознака є найбільш ранньою, що передує іншим морфологічним змінам. З рентгенологічної і патологоанатомічної точки зору остеопороз являє собою патологічну перебудову кісткової тканини, що супроводжується її розрідженням, тобто зменшенням кількості кісткової тканини в одиниці об'єму кістки. При цьому зменшується товщина і кількість кісткових балок. Форма і розміри кістки при остеопорозі залишаються без змін. В основі остеопорозу лежить т. зв. лакунарна резорбція кісткової тканини. При цьому остеокласти, розташовуючись на поверхні кісткових балок, розчиняють кісткову тканину (ліоцитоз). У місцях їхнього зіткнення з поверхнею кісткових балок залишаються досить глибокі ямки (гаушпировські лакуни). Численні лакуни з усіх боків балки губчатої речовини ведуть до розпушення, стоншення і, нарешті, до повної їхньої руйнації і розсмоктуванню. Таким чином, зниження мінеральної насиченості кістки відбувається не рівномірно на всьому протязі, а носить лакунарний характер. Результатом цього є те, що епіфіз втрачає однорідність щільності й атомного складу, що знаходить свій відбиток у розподілі оптичної густини на рентгенограмі. При 0 стадіїревматоїдного артриту ці зміни настільки незначні, що не визначаються при зви чайному візуальному аналізі рентгенограм (див. Фіг. 16). При колірному кодуванні зазначені зміни знаходять свій відбиток у вигляді зміни еквіденсит. Останні втрачають свою рівноокресленість і контури їх стають зазубленими (див. Фіг. 17 і 18). У хворих з І стадією ревматоїдного поліартриту, з наявністю визначуваного візуально остеопорозу (див. Фіг. 19), зміна нормальної картини еквіденсит більш виражена (див. Фіг. 20 і 21). Зменшується число концентричних еквіденсит у проекції основ фаланг і головок п'ясткових кісток у зв'язку зі зниженням оптичної густини рентгенограми в результаті дифузного остеопорозу епіфізів. Контури еквіденсит зазублені (відбиток лакунарної резорбції). Надалі при прогресуванні процесу (див. Фіг. 22) до остеопорозу додаються морфологічні зміни у вигляді сплощення і деструкції епіфізів, що виявляється при колірному кодуванні (див. Фіг. 23 і 24) зменшенням кількості еквіденсит, ще більшою зазубленістю їхніх контурів, і ще більшим переваженням поздовжника овальних еквіденсит в основах фаланг над поперечником. Цінність колірного кодування при аналізі рентгенограм кистей при ревматоїдному поліартриті полягає в тому, що завдяки цьому методу можна легко і вірогідно визначити початкові ознаки розвитку остеопорозу, і, тим самим, діагностувати патологію на самих ранніх стадіях. Це, у сполученні з візуальним аналізом рентгенограми, дозволяє підвищити точність рентгенівської діагностики даного захворювання. Сутність винаходу пояснюється фігурами 1-24, на яких зображено: Фіг. 1-4. Градаційні криві чорно-білого зображення. Градаційна крива відображає вхідні і вихідні значення яскравості чорно-білого зображення. Горизонтальна вісь представляє поточні (вхідні) значення, а вертикальна - скоректовані (вихідні) значення. До внесення змін вхідні і вихідні значення однакові, і графік має форму прямої лінії, що перетинає поле по діагоналі (тобто відображають лінійний зв'язок між колірними компонентами), її нижня ліва точка представляє чорний колір, центральна частина - середні тони, а верхня права точка - світло в зображенні. Фіг. 1 - градаційна крива червоної компоненти чорно-білого зображення; фіг. 2 - градаційна крива зеленої компоненти чорно-білого зображення; фіг. 3 - градаційна крива синьої компоненти чорно-білого зображення; фіг. 4 - градаційна крива сумарного чорно-білого зображення (тобто сума червоної, зеленої та синьої компонент). Фіг. 5-8. Градаційні криві псевдокольорового зображення без утворення еквіденсит. Фіг. 5 - градаційна крива червоної компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 6 - градаційна крива зеленої компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 7 - градаційна крива синьої компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 8 - градаційна крива сумарного псевдокольорового зображення. При зміні градаційних характеристик із збереженням лінійних зв'язків між компонентами відбувається фарбування зображення, однак еквіденсити при цьому не утворяться. 3 40119 Фіг. 9-12. Приклад модулювання градаційних кривих, які використані для колірного кодування рентгенівських зображень кистей при ревматоїдному поліартриті. Фіг. 9 - градаційна крива червоної компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 10 - градаційна крива зеленої компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 11 - градаційна крива синьої компоненти псевдокольорового зображення; фіг. 12 градаційна крива сумарного псевдокольорового зображення. Фіг. 13. Рентгенограма здорових кистей. Фіг. 14. Колірне кодування рентгенограми здорових кистей. Визначається рівноокресленність і правильна овоїдна форма еквіденсит. Фіг. 15. Збільшений фрагмент кодованої рентгенограми нормальних кистей. На фрагменті в III і IV п'ястково-фалангових суглобах рівноокресленість і правильна форма еквіденсит визначаються більш чітко. Фіг. 16. Рентгенограма кистей хворого на ревматоїдний поліартрит нульової стадії. Зміни не виявляються. Фіг. 17. Колірне кодування рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит нульової стадії. Визначається зазубленість еквіденсит. Фіг. 18. Збільшений фрагмент кодованої рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит нульової стадії. На фрагменті в II і III п'ястково-фалангових суглобах чіткіше візуалізується порушення рівноокресленності меж еквіденсит. Фіг. 19. Рентгенограма кистей хворого на ревматоїдний поліартрит І стадії. Виявляється остеопороз епіфізів кісток. Фіг. 20. Колірне кодування рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит І стадії. Визначається асиметричний розподіл еквіденсит, зменшення кількості концентричних еквіденсит в основах, втрата еквіденситами рівноокресленності, їх зазубленність. Фіг. 21. Збільшений фрагмент кодованої рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит І стадії. На фрагменті в II, III і IV п'ястковофалангових суглобах чіткіше візуалізується зазубленість меж еквіденсит, їх неправильна форма, зменшення кількості. Фіг. 22. Рентгенограма кистей хворого на ревматоїдний поліартрит. IV стадії. Виявляється звуження суглобових щілин, ділянки деструкції епіфізів, підвивихи і вивихи, кіскові анкілози і остеопороз. Фіг. 23. Колірне кодування рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит IV стадії. Визначається асиметричний розподіл еквіденсит, зменшення їх кількості, значна зазубленність і сплющеність. Фіг. 24. Збільшений фрагмент кодованої рентгенограми кистей хворого на ревматоїдний поліартрит IV стадії. На фрагменті в III, IV і V п'ястковофалангових суглобах чіткіше визначається значна зазубленість меж еквіденсит, деформація овоїдних еквіденсит, яка виражається в їх сплющенні. Таким чином, приведений вище причиннонаслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу і технічного результату, не є очевидним для середнього спеціаліста, не відомий з рівня техніки, що свідчить про те, що запропонований нами винахід відповідає критерію "рівень техніки". Спосіб реалізують у такий спосіб. У одному з варіантів реалізації засобу для одержання псевдокольорового зображення проводилося оцифровування початкової рентгенограми. Потім проводили кольоровий поділ отриманої цифрової рентгенограми, розділяючи її на колірні компоненти - червону, зелену і синю. Після - модулювали по поліноміальному закону градаційні характеристики колірних компонент і сумарного зображення. Складаючи отримані зображення, одержували псевдокольорове зображення, на якому визначалися різноофарбовані кольорові лінії - еквіденсити. Їхній вигляд (колір, ширина, форма, розташування, контури, кількість) залежать від розподілу оптичної густини на початковому рентгенівському зображенні. Аналізуючи зміни ширини, форми і кількості еквіденсит у проекції основ проксимальних фаланг і головок п'ясткових кісток при наявності зазублених контурів еквіденсит, роблять висновок про патологічні перебудови кісткової тканини. Таким чином, запропонований винахід є промислово застосовним і може бути ефективно використаний в медицині. 4 40119 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 Фіг. 9 Фіг. 10 Фіг. 11 Фіг. 12 5 40119 Фіг. 13 Фіг. 14 Фіг. 15 6 40119 Фіг. 16 Фіг. 17 Фіг. 18 7 40119 Фіг. 19 Фіг. 20 Фіг. 21 8 40119 Фіг. 22 Фіг. 23 Фіг. 24 9 40119 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 10