Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

СОВОКУПНОСТЬ ПРИЗНАКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ

Комлева Н.Е. 1 Спирин В.Ф. 1 Бакуткин В.В. 1 Скворцов В.О. 1 Большаков А.А. 2 Глазков В.П. 2 Дауров С.К. 2
1 ФБУН «Саратовский НИИ сельской гигиены Роспотребнадзора», Саратов
2 ФГБОУВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина», Саратов
В данной статье рассматривается способ оценки состояния межпозвонковых дисков пояснично-крестцового уровня позвоночника человека с использованием компьютерного анализа МРТ-изображений позвоночника. Алгоритм оценки включает в себя объективизацию совокупности визуальных оптических характеристик МРТ-изображения межпозвонкового диска на основании данных, полученных при компьютерной обработке МРТ-изображений: среднего уровня яркости диска, среднеквадратического отклонения текущей яркости от среднего уровня, ориентации вертикальной оси диска относительно горизонтали, высоты, формы диска, а также кривизну верхних и нижних границ МРТ-изображения мепозвонкового диска. В статье приводятся формулы расчета среднего уровня яркости и среднеквадратичного отклонения текущей яркости от среднего, а также приведены примеры оценки совокупности оптических характеристик, иллюстрирующих деструктивные изменения в дисках в разных возрастных группах. Разработанный авторами комплексный подход позволяет значительно повысить эффективность лучевой диагностики при заболеваниях позвоночника.
межпозвонковый диск
магнитно-резонансная томография
дегенеративно-дистрофические заболевания позвоночника
1. МРТ диагностика дегенеративных изменений позвоночника / М.А. Лихачевская, Л.А. Здоровец, И.В. Зюзькова, С.П. Шиленок // Новости лучевой диагностики. – 1998. – № 4. – С. 24–25.
2. Остеохондроз шейного отдела позвоночника: некоторые проблемы диагностики и медицинской реабилитации / А.Н. Михайлов, Э.Е. Малевич, И.С. Абельская, О.А. Михайлов // Медицинские новости. – 2003. – №9. – С. 14–18.
3. Fardon D.F., Milette P.C. Nomenclature and Classification of Lumbar disc pathology // Spine. – 2001. – № 5. – Р. 93–113.
4. Texture-based quantification of lumbar intervertebral disc degeneration from conventional T2-weighted MRI /
S. Michopoulou, L. Costaridou, M. Vlychou, Speller, A. Todd-Pokropek // Acta Radiologica. – 2011. – № 52. – P. 91–98.
5. Magnetic Resonanse Imaging of intervertebral Disc Disease / M.T. Modic, W. Pavlicek, M.A. Weinstein, et al. // Radiology. – 1984. – № 152. – Р. 103–111.
6. Magnetic Resonance Classification of Lumbar Intervertebral Disc Degeneration / Ch. Pfirrmann, A. Metzdorf, M. Zanetti, J. Hodler, N. Boos // Spine. – 2001. – Vol. 26, №17. – Р. 1873–1878.

Деструктивные изменения межпозвонковых дисков (МПД) являются одной из причин развития вертеброгенного болевого синдрома. В настоящее время для исследования МПД наиболее информативным методом является магнитно-резонансная томография (МРТ). Суждение о состоянии МПД основывается на оценке совокупности признаков, к которым относятся высота дисков, интенсивность сигнала, границы фиброзного кольца, дифференцировка пульпозного ядра и фиброзного кольца [3, 5, 6]. Однако анализ результатов МРТ носит в достаточной степени субъективный характер, так как базируется на качественном описании перечисленных признаков [1, 5] и в высокой степени зависит от клинического опыта и квалификации врачей-радиологов. При этом развитие новых медицинских и информационных технологий увеличивает потребность в объективизации диагностических методов. В литературе подчёркивается целесообразность внедрения в практику магнитно-резонансных диагностических индексов, основанных на планиметрических показателях с целью объективизации интерпретации и оценки картины деструктивных изменений в МПД и перехода на автоматическую диагностику дегенеративно-дистрофических заболеваний позво- ночника [2].

Нами разработан способ компьютерного анализа цифровых магнитно-резонансных томограмм пояснично-крестцового отдела позвоночника, позволяющий проводить в автоматическом режиме оценку совокупности признаков, характеризующих состояние МПД, на основании количественных показателей. К данным признакам относятся средний уровень яркости МПД, среднеквадратическое отклонение от среднего уровня яркости, ориентация, высота и форма диска, верхняя и нижняя границы межпозвонкового диска. Совокупность перечисленных характеристик позволяет судить об объективном состоянии каждого диска в отдельности и получить интегральную оценку состояния межпозвонковых дисков на всём изучаемом отделе позвоночника [2, 4, 6].

Средний уровень яркости отражает интенсивность сигнала МПД и характеризует биохимические свойства ткани. Средний уровень определяется путем суммирования яркостей всех точек диска и деления на количество точек.

 (1)

где m - средний уровень яркости (математическое ожидание), g(i,j) - яркость текущей точки с координатами (i, j), N - количество точек изображения.

Среднеквадратическое отклонение от среднего уровня яркости отражает степень «однородности» МПД. Для вычисления данного показателя следует извлечь квадратный корень из общей суммы квадратов разности между текущей яркостью и средним уровнем яркости.

 (2)

где std - среднеквадратическое отклонение яркости от среднего уровня (стандартная девиация).

Ориентация МПД характеризует наклон большой оси данного диска относительно горизонтальной линии и определяется стандартной функцией MATLAB.

Высота МПД является важным показателем, отражающим выраженность деструктивных изменений. Для определения данного параметра следует установить диск в горизонтальное положение путем поворота его контура на угол ориентации, но в противоположном направлении. При этом по вертикали через точку центра определяется высота межпозвонкового диска.

Форма МПД может изменяться при пролабировании диска, нарушении целостности фиброзного кольца и представляет собой интегральную оценку погрешности формы в процентах.

Деструктивные изменения МПД сопровождаются уплощением верхних и нижних границ, что обусловливает важность оценки данного параметра.

В таблице приведены три примера компьютерного анализа цифровых магнитно-резонансных томограмм пояснично-крестцового отдела позвоночника.

Совокупность признаков, характеризующих состояние МПД, полученная в ходе компьютерного анализа (L3/L4)

Изучаемые параметры

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Микроизображение МПД

Возраст обследуемых

25 лет

37 лет

49 лет

Средний уровень яркости

94

66

39

Среднеквадратичное отклонение

74

53

16

Высота диска

28

26

20

Форма диска

8

13

8

Радиус верхней границы

1,8

2,7

2

Радиус нижней границы

4,6

2,1

-7,9

Таким образом, оценка состояния МПД предлагаемым способом позволяет повысить эффективность диагностических мероприятий при вертеброгенном болевом синдроме за счет количественных показателей, что увеличивает точность измерения и способствует динамическому наблюдению. Автоматизация компьютерного анализа цифровых магнитно-резонансных томограмм пояснично-крестцового отдела позвоночника позволит широко внедрять данный метод в практическое здравоохранение, создавая автоматизированное рабочее место для врачей неврологов, нейрохирургов, реабилитологов. Данные компьютерного анализа могут быть использованы для обоснования врачебного заключения МРТ исследования позвоночника, формирования баз данных и создания экспертных систем.

Рецензенты:

  • Петров В.В., д.ф.-м.н., профессор, директор ООО «Корпорация «Спектракустика», г. Саратов;
  • Пучиньян Д.М., д.м.н., профессор, заместитель директора по науке, ФГБУ «Саратовский НИИ травматологии и ортопедии» МЗСР России, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 23.02.2012.


Библиографическая ссылка

Комлева Н.Е., Спирин В.Ф., Бакуткин В.В., Скворцов В.О., Большаков А.А., Глазков В.П., Дауров С.К. СОВОКУПНОСТЬ ПРИЗНАКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 4-2. – С. 288-290;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29808 (дата обращения: 26.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074