Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса лучевой диагностики диабетической стопы (обзор литературы) 10
ГЛАВА 2. Методы исследования 33
2.1. Клинические методы исследования
2.2. Цифровая рентгенография
2.3. Цифровая микрофокусная рентгенография
2.4. Гистологическое исследование
2.5. Спиральная компьютерная рентгенография экспериментального материала
2.6. Цветовое дуплексное сканирование артерий и вен пораженной конечности
2.7. Статистическая обработка
ГЛАВА 3. Результаты экспериментальньгх исследований по изучению микрофокусной рентгенографии с цифровой регистрацией изображения 49
3.1. Экспериментальное исследование участков бедренной кости неопознанных трупов в возрасте 40 и 80 лет
3.2. Сравнительное экспериментальное исследование кубовидных костей идентифицированных трупов в возрасте 60 лет
3.3. Особенности цифровой микрофокусной рентгенографии с прямым многократным увеличением изображения
ГЛАВА 4. Результаты лучевого обследования стоп пациентов с сахарным диабетом 2-го типа 64
4.1. Результаты изучения патологических изменений костной структуры стопы
4.2. Результаты изучения патологических изменений мягких тканей стопы
Заключение
Выводы
Практические рекомендации
Список литературы
- Клинические методы исследования
- Цифровая микрофокусная рентгенография
- Экспериментальное исследование участков бедренной кости неопознанных трупов в возрасте 40 и 80 лет
- Результаты изучения патологических изменений костной структуры стопы
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время сахарный диабет (СД) 2-го типа является широко распространенным заболеванием. В экономически развитых странах СД встречается у 2-6 % взрослого населения. Во всем мире отмечается отчетливая и неуклонная тенденция к увеличению больных СД (М. Б. Анциферов, 2001; И. И. Дедов, 2002; A. Boulton, 2002; М. И. Балаболкин, 2006).
Большой научный интерес вызывает диабетическая остеоартропатия (стопа и сустав Шарко). В настоящее время не подлежит сомнению, что это одна из нередко наблюдаемых остеоартропатий (ОАП), развивающаяся в качестве осложнения у лиц с длительным и обычно тяжелым СД [1, 9, 27, 28, 32].
Распространенность данного осложнения среди больных СД составляет менее 1 %, хотя в литературе встречаются данные о поражении костной ткани стоп у 0,1-55 % больных [1, 23, 32, 145]. Такая противоречивость сведений, очевидно, связана с различиями в методике обследования и разт ными критериями диагностики ОАП [45, 56, 67].
В структуре всех ампутаций нижних конечностей нетравматического характера больные СД составляют от 50 до 70 %, летальность при гнойно-некротических осложнениях и гангрене конечностей достигает 20 % [1, 9, 32, 64].
По решению исследовательской группы ВОЗ в 1987 г. предложен термин «диабетическая стопа» и рекомендовано рассматривать ее как потенциальную инфекционную проблему [31, 31, 57].
Широкое распространение патологии суставов при СД нередко ведет к значительным трудностям в диагностике, особенно ранней, и дифференциальной диагностике поражений костно-суставного аппарата. Это создает трудности в проведении наиболее рациональных терапевтических и реабилитационных мероприятий, а также в оценке трудоспособности. Диагно стические ошибки составляют нередко до 30 % от всех первично регистрируемых больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата [50, 52-54, 66, 67].
Несмотря на стремительное развитие современных лучевых методов исследования, в настоящее время основной методикой рентгенологического исследования опорно-двигательного аппарата по-прежнему остается рентгенография [10, 16, 38, 53].
Использование стандартной рентгенографии бывает недостаточно для оценки тонких изменений в костной ткани из-за низкой диагностической эффективности. Перспективной методикой является цифровая микрофокусная рентгенография (ЦМФРГ), однако она еще мало изучена, а в диагностике диабетической стопы вообще не применялась.
Очень важно объективное прогнозирование необходимости ампутации нижней конечности больным с диабетической остеоартропатией (ДОАП). Не исследованы возможности микрофокусной рентгенографии с прямым увеличением изображения, особенно в сочетании с цифровой регистрацией.
Таким образом, данная проблема изучена недостаточно, а сочетание микрофокусной рентгенографии с цифровыми приемниками рентгеновского изображения вообще не применялось.
Цель исследования
Совершенствование рентгенологической диагностики диабетической остео-артропатии.
Задачи исследования
1. Изучить особенности цифрового увеличенного рентгеновского изображения на экспериментальном материале.
2. Уточнить возможности цифровой микрофокусной рентгенографии в распознавании и дифференциальной диагностике диабетической остеоартро-патии.
3. Разработать методику цифровой микрофокусной рентгенографии, уточнить и дополнить рентгенологическую семиотику при синдроме диабетической стопы.
4. Разработать показания к применению цифровой микрофокусной рентгенографии и усовершенствовать алгоритм рентгенологического обследования больных с заболеваниями мелких суставов стопы.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Показать особенности цифрового микрофокусного увеличенного изображения по результатам экспериментального исследования на фрагментах бедренных и кубовидных костей.
2. Обоснование целесообразности более широкого использования цифровой микрофокусной рентгенографии в диагностике костных изменений стопы у больных сахарным диабетом 2-го типа.
Новизна исследования
Работа является первым обобщающим исследованием, посвященным целенаправленному изучению цифрового микрофокусного изображения, а также сочетанию использования микрофокусной рентгенографии с цифровым приемником рентгеновского изображения. Впервые с использованием цифровой микрофокусной рентгенографии проведено экспериментальное исследование с гистологической верификацией материала. На основе принципов доказательной медицины показана эффективность цифровой микрофокусной рентгенографии в диагностике синдрома диабетической стопы на разных стадиях заболевания. Впервые дополнены и усовершенствованы показания и алгоритм рентгенологического исследования больных с диабетической остеоартропатией.
Практическая значимость работы
На экспериментальном материале выявлены новые особенности цифровой микрофокусной рентгенографии с прямым многократным увеличением изображения.
Дополнена и усовершенствована методика цифровой микрофокусной рентгенографии для более детального определения тонкой костной структуры ткани стопы больных сахарным диабетом 2-го типа, не определяемых при выполнении обзорной рентгенографии.
Внедрение результатов исследования.
В настоящее время результаты исследования используются в диагностическом и лечебном процессе Главного клинического госпиталя МВД России, отделения лучевой диагностики клинической больницы им. Петра Великого Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И. И. Мечникова. Ряд положений диссертации успешно применяются в учебном процессе на кафедре лучевой диагностики Московского государственного медико-стоматологического университета, кафедре лучевой диагностики и лучевой терапии Санкт-Петербургской государственной медицин ской академии им. И. И. Мечникова и кафедре рентгенологии и радиологии Санкт-петербургского медицинского университета им. акад. И. П. Павлова.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены на Невском радиологическом форуме (Санкт-Петербург, 2005,2007), Всероссийской научно-практической конференции (Барнаул, 2005), заседании Московского общества медицинт ских радиологов (Москва, 2006). ,
Работа апробирована на совместном заседании кафедры лучевой диагностики и кафедры хирургических болезней и клинической ангиологии
Московского государственного медико-стоматологического университета (протокол № 46).
Публикации по теме.
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 публикации в журналах рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура диссертация.
Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы (145 источников, в том числе 72 - иностранных). Включает 9 таблиц, 49 рисунков.
Клинические методы исследования
Родоначальником методики микрофокусной (высокодетальной) рентгенографии-с. прямым многократным увеличением считаются К. Aderhold (Германия; 1955), S. Takahash и М. Joshida (Япония,. 1957):
Прогресс по: внедрению методики прямого увеличения рентгенов ского изображения связан с созданием микрофокусных рентгеновских трубок;(0,2 мм и меньше) [13, 25, 39, 70; 133]. В: 1955 г. К, AderholdiB Гер мании; а вЛ957 г. S. Takahash и М. Joshida в-Японии провели эксперимен тальные исследования с. 11- и 15-кратным увеличением изображения; Там же впервые были применены рентгеновские трубки с фокусом 50 мкм (To shiba М5 118 ВХ-5089) и :0;3 мм (Toshiba ЖО 12 В дальнейшем; m в друг гих технически развитых странах были созданы и получили.распростране ние трубки с размером фокусного пятна 50 и 100 мкм (Россия; Великобри тания, США) [133, 135; 136]; . . ;
Принцип микрофокуснош рентгенографии состоит ві производстве снимков приї значительно? меньшем; чем- при- обычной? рентгенографии; расстоянии между фокусом; рентгеновской трубки и- объектом исследования и при удалении регистрирующей системы от объекта. Рентгеновское излучение из точечного источника имеет характер расходящегося пучка. Изображение объекта, находящегося в пучке, увеличивалось при удалении его от приемника излучения. При этом все детали изображения увеличиваг лись в размерах, в то время как нерезкость и зернистость регистрирующей системы остаются неизменными [10, 13, 50; 108]. Так как в основе образо вания рентгеновского изображения лежит неодинаковое поглощение рентггеновских лучей в исследуемых органах и тканях, то качество его определяется рядом факторов: плотностью почернения пленки, контрастностью (разницей в степени почернения соседних участков), а также резкостью (переходом от одного полутона к другому) [35, 48, 50].
Только оптимальные значения параметров оптической плотности почернения и контрастности обеспечивают наилучшую различаемость деталей рентгенографического изображения. Непосредственное увеличенное изображение обладает более высокой, чем стандартные снимки, контрастностью. На микрофокусных рентгенограммах с увеличенным изображением контраст между мягкими тканями и фоном составляет 60,2 %, тогда как на обычной рентгенограмме он не более 30,8 %. В то же времяразница в контрастности между кортикальным слоем кости и мягкими тканями как на обычной, так и на рентгенограммах с прямым многократным увеличением изображения отсутствует [35, 42, 48, 59].
Разница в контрастности между губчатым, и компактным веществом кости на обычных и микрофокусных рентгенограммах с прямым многократным увеличением составляет около 10 %. Поэтому увеличенное микрофокусное рентгеновское изображение обеспечивает не только большую выявляемость мелких структур, но и наилучшую различаемость-деталей изображения-[33, 39, 52]. Отмечено, что наибольшая разница в.контрасте на рентгенограммах с прямым многократным увеличением отмечается ме: жду тканями и фоном, это позволяет сделать для практики вывод, что увеличенные микрофокусные рентгенограммы имеют значительное преимущество в выявлении и характеристике мягкотканых или малоконтрастных деталей [34, 39, 63].
Качество увеличенного изображения зависит от влияния различных факторов. В первую очередь это нерезкость. Нерезкость изображения неподвижного просвечиваемого объекта определяется не только собственной нерезкостью, но и условиями формирования рентгеновского изображения, т. е. геометрической нерезкостью. С повышением масштаба увеличения геометри ческая нерезкость нарастает. В то же время величина геометрической нерезкости зависит от размера фокуса. При одном и том же масштабе увеличения геометрическая нерезкость будет меньше, если уменьшить размер фокуса [33, 35, 50, 136].
Цифровая микрофокусная рентгенография
Сахарный диабет - состояние хронической гипергликемии; которое может развиваться в результате воздействия многих экзогенных, эндогенных и генетических факторов, часто дополняющих друг друга (ВОЗ, 1997).
В развитии учения о СД можно выделить три периода: - до открытия инсулина в 1921 г. - больные умирали в течение 3-5 лет; - после открытия инсулина, в 1921 г. и до конца 1950-х годов — накопление опыта лечения инсулином; - современный период, характеризующийся интенсивным накоплением достижений молекулярной биологии, генетики, иммунологии, появлением новых технологий создания препаратов - заменителей инсулина [1, 9, 32].
Согласно определению ВОЗ (1999) — синдром диабетической стопы это инфекция, язва и/или деструкция глубоких тканей, связанная с неврологическими нарушениями и снижением магистрального кровотока в артериях нижних конечностей различной степени тяжести. Его рекомендовано рассматривать как потенциальную инфекционную проблему. Примерно треть госпитализаций пациентов с СД связана именно с этим осложнением [9, 28, 76].
Две трети больных инсулинзависимым СД умирают от гангрены нижних конечностей. Летальность у больных пожилого и старческого возраста при гнойно-некротических осложнениях и гангрене конечностей при СД достигает 20 % [32, 40, 145].
Деструктивная ОАП была описана в XIX в. французским неврологом Шарко [1], но не при СД (в доинсулиновую эру поздние осложнения диабета практически не встречались), а при сифилитическом поражении проводящих путей спинного мозга (tabes dorsalis). Впоследствии было установлено, что подобные изменения суставов стоп также встречаются при различных заболеваниях, приводящих к нарушению иннервации нижних конечностей (сирингомиелии, диабетической полинейропатии и др.). В настоящее время наиболее частой формой является ДОАП [27]. Первые упоминания о причинной взаимосвязи нейропатии и образования язв стоп при диабете можно найти уже в 1890 г. в публикациях Ргусе и Auche, которые описали классическую нейропатическую язву и пришли к выводу, что она возникла на фоне поражения периферической нервной системы.
До 20-х годов XX в. проблема поражения нижних конечностей у больных СД практически не изучалась в связи с очень короткой продолжительностью жизни этой категории пациентов [1, 7, 29]. Начиная с 20-х годов взгляды ученых были самыми разнообразными: диабетическая гангрена рассматривалась то как старческая гангрена (следствие атеросклероза), то как облитерирующий эндартериит [32]. Влияние нейропатии как этиологического фактора на образование язвенных дефектов стоп и даже развитие гангрены у больных СД стало детально изучаться только в середине прошлого столетия [1, 28].
Новый подход к проблеме применил J. М. Lawrence в 1941 г. Он считал этиологическим фактором заболевания гиперкератоз и потерю чувствительности стопы при диабете. Дополнительным фактором риска развития гангрены, по его мнению, является сухость кожи стоп, приводящая к трещинам, которые в дальнейшем инфицируются. В 1957 г. Oakley et al. убедительно показали механизм влияния нейропатии при язвообразовании у пациентов с СД. Oakley, Cattetral и Martin опубликовали исчерпывающий отчет по этиологии и лечению поражений нижних конечностей при СД, в частности, была подчеркнута роль нейропатии в развитии диабетической гангрены. Современные исследования полностью подтвердили предположения J. М. Lawrence и его современников об этиологии и патогенезе развития синдрома диабетической стопы [23, 24].
В отечественной литературе первое упоминание об особенностях хирургического лечения диабетической гангрены встречается в трудах А. В: Вишневского и В. И. Стручкова (1983). Вних обсуждаются вопросы не только особенностей оперативного-вмешательства, но и необходимость адекватного метаболического контроля как в. до-, так и в послеоперационный период. Термин «диабетическая стопа» впервые ввел в отечественную литературу А. П. Калинин в своей монографии «Хирургические заболевания у больных сахарным диабетом» (1991).
Экспериментальное исследование участков бедренной кости неопознанных трупов в возрасте 40 и 80 лет
Методы исследования экспериментального материала
Экспериментальное исследование двух фрагментов бедренных костей неопознанных трупов в возрасте 40 и 60 лет и двух кубовидных костей идентифицированных трупов больных в возрасте 60 лет с синдромом диабетической стопы и без костной патологии проводилось по следующему плану: 1. Внешний осмотр. 2. Цифровая рентгенография. 3. Цифровая рентгенография с прямым увеличением изображения. 4. ЦМФРГ. 5. Рентгеновская компьютерная томография (РКТ). 6. Гистологическое исследование.
Осмотр патологоанатома включал в себя оценку хрящевой поверхности, наличия мягких тканей, костной структуры, состояния костномозгового канала. Методы исследования клинического материала
Было обследовано 30 пациентов с СД 2-го типа, поступивших в отделение гнойной хирургии на обследование и лечение. Обследование проводилось по алгоритму: 1. Жалобы (колющие или жгущие боли в ногах, судороги в икроножных мышцах, чувство онемения, парестезии). 2. Анамнез (длительность заболевания). 3. Обследование хирургом: - кожные покровы; - наличие деформаций и отеков; - состояние ногтей; -наличие участков гиперкератоза; - определение пульсации на артериях стопы; 4. Лучевые методы диагностики: - цифровая рентгенография; - ЦМФРГ; -УЗДГ. 5. Лабораторные методы обследования: - исследование крови (глюкоза, суточный гликемический профиль, мочевина, креатинин); - общий анализ мочи. 6. Гистологическое исследование костной ткани оперированных боль ных.
Данные клинического исследования оценивались комплексно: с учётом жалоб, собранного анамнеза, данных других диагностических методов. Больных консультировали другие специалисты: эндокринолог, терапевт.
Осмотр хирурга включал в себя сравнительное обследование обеих нижних конечностей. Выявлялись изменения кожного покрова (атрофия кожи, сухость, истончение и др.), выпадение волос, наличие трещин, пигментных пятен, состояние ногтей, некротические изменения тканей, трофические язвы.
Укладки для выполнения снимков экспериментального материала Рентгенография кубовидных костей и фрагментов бедренных костей выполнялась в прямой и боковой проекциях. Кассету размером 13 18 см, полностью прикрытую листом просвинцованнои резины с вырезанным центральным отверстием по размеру исследуемой кости, располагали под снимаемым объектом. Пучок рентгеновского излучения направлялся в центр экспонируемой кассеты. Фокусное расстояние было фиксированным и равнялось 1,15 м.
Прямое увеличение изображения в 1,5 раза достигалось путем изменения расстояний «объект - регистрирующая система» и «фокус — объект», что равнялось 70 и 50 см соответственно с использованием специальной рентгеннегативной подставки. Рентгенография выполнялась по тем же правилам, как и без увеличения изображения.
Физико-технические условия цифровой рентгенографии, без увеличения изображения экспериментального материала
Рентгенография без увеличения изображения осуществлялась на аппарате Siregraph-D3 фирмы Siemens. Технические условия составляли: напряжение на трубке - 40 kV, экспозиция - 10 шАс.
Рентгенография стопы
Укладка больного для выполнения снимка стопы в прямой проекции.
При рентгенографии стопы в прямой проекции использовали прямую подошвенную проекцию. Больной лежал на спине, обе ноги согнуты в коленных и тазобедренных суставах. Исследуемую стопу подошвенной поверхностью помещали на кассету размером 18 24 см, расположенную в продольном положении на столе. Пучок рентгеновского излучения направляли отвесно на основания IT и III плюсневых костей, уровень которых соответствовал уровню легко прощупываемой бугристости у плюсневой кости.
Укладка больного для выполнения снимка стопы в боковой проекции.
Больной лежал на боку, исследуемая конечность слегка согнута в коленном суставе, латеральной поверхностью прилежала к кассете. Противоположная конечность согнута в коленном и тазобедренном суставах, отведена вперед. Кассету размером 18 24 см располагали на столе таким образом, чтобы стопа была уложена по ее длиннику.
Результаты изучения патологических изменений костной структуры стопы
Лучевая диагностика анатомических препаратов № 1 и 2 включала в себя стандартную цифровую рентгенографию без увеличения изображения и с прямым увеличением в 1,5 раза, ЦМФРГ с прямым увеличением в 5, 7 и 20 раз.
Анатомический препарат № 1 представлял собой фрагмент диафиза бедренной кости неопознанного трупа в возрасте 40 лет длиной 3,3 см; толщина компактного слоя неравномерна (от 0,4 до 0, 7 см). Надкостница представлена тонкой полупрозрачной пластиной без особенностей. Губчатый слой развит слабо, представлен отдельными небольшими выступами, содержащий остатки костного мозга (рис. 2).
Анализ стандартной цифровой рентгенограммы с прямым увеличением в 1,5 раза показал снижение качества изображения за счет снижения его резкости при сохраненной контрастности. Костные балки дифференцировались неотчетливо, контуры их размыты, взаимоотношение между ними фактически не дифференцировалось. Новых данных при исследовании коркового слоя получено не было (рис. 3).
На микрофокусных рентгенограммах с 5-кратным увеличением изображения начинает определяться «эффект псевдообъемного изображения», хорошо визуализируется костная структура костно-мозгового канала, строение костных балок прослеживается на всем протяжении фрагмента. При анализе коркового слоя в средней трети дополнительно отмечается участок перестройки костной ткани с зонами разрежения (стрелка). В остальных отделах структура коркового слоя выглядит гомогенной (рис. 4).
Анатомический препарат № 2 представлял собой фрагмент диафиза бедренной кости неопознанного трупа в возрасте 80 лет длиной 1,4 см. Компактный слой толщиной от 0,5 до 0,8 см. Надкостница в нем истончена, просвет канала расширен, содержит участки губчатой костной ткани с вкраплениями костного мозга (рис. 7).
Стандартная цифровая рентгено- Рис. 9. Микрофокусная рентгенограмма с 5 грамма с прямым увеличением изображения кратным увеличением изображения. Отме в 1,5 раза. Значительное ухудшение качества чается разволокнение коркового слоя. Хо изображения за счет снижения его резкости рошо видны костные балки, имеющие про при сохраненной контрастности. Костные дольное направление балки и их взаимоотношение неразличимы. Корковый слой с размытыми контурами
Анализ стандартной цифровой рентгенограммы с прямым увеличением в 1,5 раза показал значительное снижение качества изображения за счет снижения его резкости при сохраненной контрастности. Костные балки и их взаимоотношение неразличимы. Корковый слой нечеткий, с размытыми контурами. Структура костной ткани фрагмента не дифференцируется. Корковый слой и костно-мозговой канал имеют гомогенную структуру (рис. 8).
На высоко детальных микрофокусных рентгенограммах с 5-кратным увеличением изображения корковый слой имеет низкую плотность. Четко прослеживается структура костно-мозгового канала, определяется направление, толщина костных балок и расстояние между ними (рис. 9).
На микрофокусных рентгенограммах фрагмента № 2 с прямым увеличением в 7 (рис. 10) и 20 раз (рис. 11) определяется разволокнение коркового слоя кости. Костные балки прослеживаются на всём протяжении фрагмента, структурированы, имеют продольное направление, расстояние между ними увеличено.
В дальнейшем фрагменты бедренных костей исследованы методом РКТ. Шаг сканирования - 1 мм, сканирование проведено в продольном и поперечном направлении. Анализировали исследование в режиме костного окна. Анализ показал, что рентгеновские компьютерные томограммы оказались менее информативны в оценке основных параметров фрагментов. Взаимоотношение костных балок отдифференцировать вообще не удалось. Построение объемной реконструкции дополнительных данных также не привнесло (рис. 12 а, б).
Таким образом, при сравнительном анализе изображений фрагментов бедренной кости, полученных на микрофокусных цифровых рентгенограммах по сравнению со стандартной цифровой рентгенографией, костная структура лучше видна, костные балки и их взаимоотношения между собой прослеживаются отчетливо как в области костно-мозгового канала, так и в корковом слое кости. При увеличении изображения в 7 раз отмечается появление «эффекта псевдообъемного изображения». В процессе эксперимента выявлено, что при производстве рентгеновских снимков с фиксированным отношением «объект - регистрирующая система» к «объект -трубка» и идентичными режимами съемки, но на фосфорных пластинах разного размера определяется кажущееся визуальное уменьшение изображения при увеличении размера фосфорной пластины. При математических подсчетах степень увеличения оказалась одинаковой, независимо от размера фосфорной пластины. Отмечается значительное увеличение контрастности изображения между мягкими тканями и фоном снимка («краевой эффект») по сравнению с цифровой стандартной рентгенографией.
При сравнении данных микрофокусной рентгенографии и гистологического исследования были получены одинаковые данные о состоянии костной структуры. В первом случае была диагностирована нормальная костная структура, а во втором случае мы получили подтверждение рентгенологической картины остеопороза.
Для эксперимента представлены 2 кубовидные кости идентифицированных трупов в возрасте 60 лет с синдромом диабетической стопы (№ 3) и без костной патологии (№ 4).
Анатомический препарат № 3 представляет собой кубовидную кость 2,5 3,5 3,0 см. Хрящевая поверхность матового цвета с синеватым оттенком, поверхность ровная, блестящая. Частично имелись мягкие ткани, представленные волокнисто-фиброзной тканью сероватого цвета. В области скола губчатая кость обычной структуры (рис. 15).
