Введение
В настоящее время для диагностики, оценки динамики заболевания и эффективности лечения гонартроза применяется широкий спектр методов исследования: магнитно-резонансная и количественная компьютерная томография, остеосцинтиграфия, ультразвуковая денситометрия, артроскопия [1]. Для каждого из этих методов характерна как хорошая воспроизводимость результатов, так и определенная специфичность. Однако в большинстве случаев традиционная рентгенография остается одним из основных методов исследования, что связано с его доступностью в условиях практического использования [1, 6]. В тоже время визульная рентгенологическая оценка, как правило, субъективна и в значительной мере зависит от квалификации и опыта врача.
В последние годы в нашей стране и за рубежом активно разрабатывается и используется программное обеспечение для обработки и анализа цифровых изображений, в том числе и рентгенограмм, позволяющее получать количественные и качественные критерии оценки в диагностике и научных исследованиях у пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата [8].
Цель нашего исследования – изучить возможность использования метода непрямой компьютерной денситометрии изображений рентгенограмм для количественной оценки остеоартрозного процесса.
Материалы и методы
С помощью метода непрямой компьютерной денситометрии на аппаратно-программном комплексе «ДиаМорф» (Россия, г. Москва, регистрационное удостоверение МЗ РФ № 98 / 219 – 137) [4] анализировали изображения рентгенограмм, выполненные в 2-х стандартных переднезадней и боковой проекциях. Исследовано 68 изображений рентгенограмм коленного сустава 37 пациентов (13 мужчин и 24 женщин) в возрасте от 20 до 78 лет. Пациенты, в соответствии с клинико-рентгенологической классификацией гонартроза [3], разработанной в лаборатории патологии суставов РНЦ «ВТО» и отражающей стадии дегенеративно-дистрофического поражения сустава, были разделены на три группы:
1 группа – пациенты с компенсированной формой гонартроза (n=3);
2 группа – пациенты с субкомпенсированной формой гонартроза (n=11);
3 группа – пациенты с декомпенсированной формой гонартроза (n=23).
После оцифровки изображений рентгенограмм для увеличения четкости контуров суставных концов бедренной и большеберцовой костей выполняли высокочастотную фильтрацию, оконтуривали тени эпифиза и метафиза, исключая тень надколенника. Полученный контур копировали на исходное изображение (не повергавшееся фильтрации), удаляли изображение, находящееся вне контура, в результате чего на экране оставался фрагмент изображения (эпифиз или метафиз), подлежащий анализу. После бинарной сегментации и идентификации изображения измеряли заданные параметры – площадь и среднюю интенсивность (яркость) выделенного участка. Затем в автоматическом режиме выполняли 3-х уровневую сегментацию, позволяющую выделить и измерить в выделенном участке площади, занимаемые структурами с различной степенью минерализации (неминерализованные, слабоминерализованные, среднеминерализованные, высокоминерализованные) [9].
С учетом оптической калибровки в табличном редакторе «Microsoft Excel – 2010» рассчитывали среднюю оптическую плотность (СрОП) выделенных объектов по формуле:
ODi = lg ((Ii – Im) / Io),
где ODi – оптическая плотность i-го элемента изображения;
Ii – интенсивность i-го элемента изображения;
Im – средняя интенсивность тени мягких тканей
Io – средняя интенсивность фона.
В площади исследуемого участка, которую принимали за 100%, определяли доли структур с различной степенью минерализации и их соотношение. Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программы «Microsoft Excel – 2010» и программного обеспечения для анализа и обработки данных «AtteStat» Версия 1.0, [2]. Для оценки статистической значимости различий средних и медиан, в зависимости от нормальности распределения, использовали критерии Стьюдента и Вилкоксона. Различия между группами считали существенными при р<0,05.
Результаты исследования и их обсуждениеАнализ результатов исследования показал, что СрОП теней эпифизов бедренной и большеберцовой костей увеличивалась в зависимости от стадии дегенеративно-дистрофического поражения суставов (рис. 1). Несмотря на то, что у пациентов с компенсированной и субкомпенсированной формами гонартроза плотность тени эпифиза большеберцовой кости была выше плотности эпифиза бедренной кости, нарастание изменений в последней имело более выраженный характер. Об этом свидетельствует, то, что у пациентов с декомпенсированной формой СрОП эпифизов бедра и большеберцовой костей была уже практически одинаковой. Данный факт подтверждают и значения коэффициента линейного тренда, характеризуещего скорость развития патологического процесса, а также показатели СрОП эпифиза бедра, которые значимо увеличивались у пациентов с декомпенсированной формой гонартроза по сравнению с компенсированной (р=0,003) и субкомпенсированной (р=0,02).
Изменение показателей СрОП тени эпифизов определяли соотношения структур с различной степенью минерализации. Если у пациентов с компенсированной и субкомпенсированной формами гонартроза в эпифизе бедренной и большеберцовой костей преобладали структуры соответствующие слабо- и среднеминерализованным, то у пациентов с декомпенсированной формой – средне- и высокоминерализованным (рис. 2).
Рис. 1. Динамика СрОП теней эпифизов бедренной (Б) и большеберцовой (ББ) костей на изображениях рентгенограмм
А
Б
Рис. 2. Соотношение структур с различной степенью минерализации в эпифизах бедренной (А) и большеберцовой (Б) костей.
– компенсированная; 
– субкомпенсированная; 
– декомпенсированная
НМ – неминерализованные; СлМ – слабоминерализованные; СрМ – среднеминерализованные; ВМ – высокоминерализованные
Различия значимы по сравнению с 1 группой: *р<0,05; **р<0,01; ***р<0,001.
Различия значимы по сравнению со 2 группой: #р<0,05; ##р<0,01; ###р<0,001
СрОП тени метафиза также зависела от стадии дегенеративно-дистрофического поражения суставов, однако по сравнению с эпифизом она не увеличивалась, а снижалась. При этом плотность метафиза большеберцовой кости у пациентов всех групп была значимо выше плотности метафиза бедренной кости (рис. 3).
Рис. 3. Динамика СрОП теней метафизов бедренной (Б) и большеберцовой (ББ) костей на изображениях рентгенограмм
В метафизе бедренной кости у пациентов всех групп преобладали структуры соответствующие слабоминерализованным, их доля составляла более 60 % (рис. 4 А). В зависимости от стадии заболевания отмечено увеличение доли структур соответствующих неминерализованным и уменьшение долей структур соответствующих средне- и высокоминерализованным.
В метафизе большеберцовой кости наблюдали иное соотношение минерализованных структур (рис. 4 Б). У пациентов с компенсированной и декомпенсированной формами гонартроза преобладали структуры соответствующие среднеминерализованным, у пациентов с субкомпенсированной формой – высокоминерализованным. Во всех группах суммированные доли средне- и высокоминерализованных структур в 2-3,5 раза были выше соответствующих показателей метафиза бедра, что и объясняет более высокие значения СрОП тени метафиза большеберцовой кости на изображениях рентгенограмм.
А
Б
Рис. 4. Соотношение структур с различной степенью минерализации в метафизах бедренной (А) и большеберцовой (Б) костей.
– компенсированная; 
– субкомпенсированная; 
– декомпенсированная
НМ – неминерализованные; СлМ – слабоминерализованные; СрМ – среднеминерализованные; ВМ – высокоминерализованные
Различия значимы по сравнению со 2 группой: #р<0,05
Известно, что при гонартрозе деструктивно-дистрофические изменения происходят как в хрящевых, так и в костных структурах. Неравномерное распределение механической нагрузки на суставные поверхности костей приводит к сочетанию разных морфологических стадий, с чем связано несоответствие рентгенологических изменений гистологическим [7]. В ненагружаемых участках происходит истончение и спонгиозация субхондральной кости. В нагружаемых участках, напротив, полное отсутствие хрящевого покрова способствует возникновению субхондрального склероза, проявляющегося в виде утолщения субхондральной костной пластинки и костных трабекул, кортикализации губчатого вещества.
Мы считаем, что именно данные изменения приводят к увеличению СрОП тени эпифиза, связанного с преобладанием структур соответствующих высокоминерализованным, на изображениях рентгенограмм. Снижение СрОП теней метафиза вероятно связано c остеопеническим синдромом, обусловленным недостатком двигательной активности, сопутствующей остеоартрозу [6]. Кроме того, изменение анализируемых параметров зависит от минеральной плотности костной ткани и ее микроархитектоники.
Так, при исследовании методом магнитно-резонансной томографии статических параметров, характеризующих объем и микроархитектонику губчатой кости установлены значимые различия между показателями дистального отдела бедренной кости и проксимального отдела большеберцовой кости, которые уменьшаются в зависимости от стадии заболевания [10].
Зависимость минеральной плотности костной ткани (МПКТ) при гонартрозе от стадии заболевания недостаточно изучена. Как правило, исследования ограничиваются определением МПКТ в эпифизарной зоне суставов [5]. И лишь единичные исследования посвящены определению минеральной плотности метафизов или метадиафизов [3]. Результаты этих исследований свидетельствуют о более низкой МПКТ дистального метадиафиза бедренной кости по сравнению с проксимальным метадиафизом большеберцовой кости, а также ее зависимость от стадии гонартроза.
Заключение
Таким образом, при компьютерном анализе изображений рентгенограмм пациентов с гонартрозом установлена зависимость изменения СрОП и соотношения структур с различной степенью минерализации в эпифизе и метафизе от стадии заболевания. Результаты непрямой компьютерной денситометрии изображений рентгенограмм совпадают с данными литературы, полученными другими методами [3, 5, 10]. Учитывая, что рентгенологическое исследование остается ведущим в диагностике гонартротоза, а динамика рентгенологических изменений отличается медленным темпом, метод непрямой компьютерной денситометрии может быть использован для получения дополнительной объективной информации, отражающей стадийность заболевания.