Comparative analysis of the results of multispiral computed tomography using color mapping and magnetic resonance imaging in the diagnosis of acute hematogenous osteomyelitis in children

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Несмотря на то что острый гематогенный остеомиелит (ОГО) считается достаточно хорошо изученным заболеванием, в ряде статей подчеркивается, что частота диагностических ошибок остается достаточно высокой [1–3]. Клиническая картина ОГО во многом зависит от его реактивности и локализации. Последняя имеет особенности клинического течения у детей разных возрастных групп, что объясняется незрелостью костной ткани и других систем организма [4, 5]. Остеомиелит бывает трудно выявить клинически из-за вариабельности и неспецифичности симптомов, физикальных и лабораторных показателей. Быстрая диагностика имеет решающее значение для успешного исхода заболевания, так как несвоевременное лечение значительно увеличивает количество осложнений остеомиелита [6]. Поэтому визуализация должна быть направлена на раннюю диагностику и, в конечном счете, на успешное лечение.

Цель исследования — оценить информативность методов магнитно-резонансной томографии (МРТ) и мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) в диагностике интрамедуллярной фазы острого гематогенного остеомиелита, как его наиболее раннего признака.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Тридцать пациентов в возрасте от 3 до 17 лет поступили в течение 3 сут после начала заболевания. Комплексное обследование включало, в том числе и МСКТ с методом цветового картирования и количественной оценкой рентгенологической плотности. Исследование проводилось на 16-срезовом мультиспиральном компьютерном томографе Aquilion 16 (Япония). Всем пациентам также проводили МРТ пораженной конечности на 1,5 Тл МР-томографе Optima MR450w «GE» (США) с использованием брюшной катушки (Body) в положении пациента лежа на столе. Обязательный протокол МРТ включал в себя стандартные импульсные последовательности Т1, Т2, STIR в трех проекциях. На заключительном этапе диагностического алгоритма проводилась остеотонометрия. Она считается диагностическим, если давление в костно-мозговом канале (КМК) при ОГО на интрамедуллярной фазе превышает 110 мм вод. ст. [7]. Одновременно производили забор содержимого КМК для проведения микробиологических и бактериологических исследований. Информативность лучевых методов исследования изучали на основании определения их чувствительности (Ч) и специфичности (С), которые рассчитывали по следующим формулам:

Ч = ДП/ДП + ЛО и С = ДО/ДО + ЛП,

где ДП — количество достоверно положительных результатов; ДО — количество достоверно отрицательных результатов; ЛО — количество ложноотрицательных результатов; ЛП — количество ложноположительных результатов.

За достоверно положительный (отрицательный) результат принимали случаи положительного (отрицательного) совпадения заключения по лучевому исследованию с окончательным диагнозом. За ложноположительный (отрицательный) результат принимали случаи положительного (отрицательного) заключения по лучевому исследованию, не соответствующий окончательному диагнозу [8]. Статистическая обработка полученных результатов исследования проводилась с использованием пакета прикладных программ Statistics v. 22 (разработчик компания IBM SPSS (США). Вначале проводили проверку выборок на нормальность распределения с помощью непараметрического критерия Колмогорова – Смирнова, с поправкой Лиллиефорса. Далее проводили сравнительный анализ данных МРТ и МСКТ у пациентов с ОГО внутри протокола сканирования с помощью критерия Стьюдента для независимых выборок. Уровень значимости был принят 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

По данным МРТ, у 95 % пациентов, наблюдавшихся в течение 72 ч от начала заболевания, отмечались ранние воспалительные изменения в костном мозге в виде отечных участков с сигналом высокой интенсивности в режиме Т2 STIR и сигналом низкой интенсивности на Т1-изображениях (рис. 1).

 

Рис. 1. Пациент, 12 лет. В режиме Т2 STIR отмечается гиперинтенсивный МР-сигнал от костного мозга, характеризующий отек (1); при этом дистальная граница отека костного мозга нечеткая. В режиме Т1 слабый, без четких границ гипоинтенсивный сигнал в зоне поражения правой большеберцовой кости (2)

Fig. 1. Patient, 12 years old. In the T2 STIR mode, a hyperintense MR signal from the bone marrow characterizes edema (1); the distal border of bone marrow edema is indistinct. In the T1 mode, a weak, without clear boundaries, a hypointense signal is noted in the affected area of the right tibia (2)

 

Данные МСКТ с цветным картированием и оценкой рентгенографической плотности показали также, что в 95 % наблюдений у тех же пациентов, обследованных в течение 72 ч от начала ОГО, отмечались ранние воспалительные изменения в костном мозге в виде отечных зон, отображаемых красным цветом при цветном картировании, а рентгеновская плотность в зоне диафиза увеличена в диапазоне от –26 до +5,6 HU (рис. 2).

 

Рис. 2. Пациент, 12 лет, третьи сутки от начала заболевания. Определяются в верхней трети правой большеберцовой кости признаки отека костного мозга при цветовом картировании (а, стрелки) с четкой границей распространения отека по диафизу до средней трети, а также отмечаются изменения показателей рентгеновской плотности (b)

Fig. 2. Patient aged 12 years, third day of illness. Changes in densitometric parameters in the upper third of the right tibia with signs of bone marrow edema are determined by color mapping (a, arrows), and a clear border of the spread of edema to the middle third is determined (b)

 

Информативность лучевых методов исследования изучали на основании определения их чувствительности и специфичности. По данным МРТ у 23 пациентов диагноз ОГО был достоверноположительным (ДП) и у 4 пациентов достоверноотрицательным (ДО), что подтвердилось при инструментальном, микробиологическом и бактериологическом исследованиях. У 2 пациентов с артритом и травмой были 2 ложноположительных (ЛП) результата. У 1 пациента при МРТ изменения сигнала выявлено не было — ложноотрицательный (ЛО) результат.

Ч = ДП/ДП + ЛО · 100 = 23/23 + 1 = 96 %; С = ДО/ДО + ЛП · 100 = 4/4 + 2 = 67 %.

По данным МСКТ у 23 больных была ДП-диагностика ОГО, а у 5 пациентов — ДО-диагноз, что так же подтвердилось последующим инструментальным, микробиологическим и бактериологическим исследованием.

По данным остеотонометрии у всех пациентов, поступивших в стационар до и более чем через 72 ч от начала заболевания, отмечалось повышение внутрикостного давления в пораженной конечности выше 200 мм вод. ст. На заключительном этапе производили забор содержимого костномозгового канала для микробиологического и бактериологического исследования. Последнее также подтвердило или исключило течение ОГО в исследуемой группе пациентов. Для иллюстрации приводим пример статистической обработки полученных результатов одной группы пациентов.

Проводено сравнение цветового картирования и показателей рентгеновской плотности у пациентов в группе исследования, поступивших в срок до 72 ч от начала заболевания с аналогичной зоной здоровой конечности (рис. 3–5, табл. 1). Возраст пациентов — от 7 до 17 лет. Область исследования — верхняя треть большеберцовой кости. Зона очага — диафизарная зона.

 

Рис. 3. Сравнение цветового картирования и показателей рентгеновской плотности у пациентов в группе исследования (проверка на нормальность)

Fig. 3. Comparison of color mapping and X-ray density indicators in the study group (checking for normality)

 

Таблица. Автоматический расчет t-критерия Стьюдента

Table. Automatic calculation of Student’s t-test

№ измерения	Выборки		Отклонения от среднего		Квадраты отклонений
	В.1	В.2	В.1	В.2	В.1	В.2
1	35,00	34,55	–11,24	–10,74	126,3376	115,3476
2	36,55	35,15	–9,69	–10,14	93,8961	102,8196
3	42,55	36,75	–3,69	–8,54	13,6161	72,9316
4	45,35	42,55	–0,89	–2,74	0,7921	7,5076
5	46,35	43,85	0,11	–1,44	0,0121	2,0736
6	48,45	44,45	2,21	–0,84	4,8841	0,7056
7	51,00	53,00	4,76	7,71	22,6576	59,4441
8	51,75	53,75	5,51	8,46	30,3601	71,5716
9	52,00	54,00	5,76	8,71	33,1776	75,8641
10	53,35	54,85	7,11	9,56	50,5521	91,3936
Сумма	462,35	452,9	–0,05	0	376,2855	599,659
Среднее	46,24	45,29	–	–	–	–

Примечание. Результат: t_эмп = 0,3, критические значения.

Note. Result: t_emp = 0.3, critical values.

 

По результатам статистической обработки получилось, что в выборках наблюдается нормальное распределение (рис. 4).

 

Рис. 4. Результаты сравнения данных рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной конечности с данными здоровой конечности у пациентов с острым гематогенным остеомиелитом в группе исследования

Fig. 4. Comparison of the X-ray density data of the metaphysical zones of the affected limb with the data of a healthy limb in patients with CSOs in the study group

 

В результате сравнения показателей рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной конечности с данными здоровой конечности у пациентов с ОГО в группе исследования значимых различий выявлено не было (нижняя граница истинной значимости р = 0,200), значит показатели рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной конечности и здоровой конечности у пациентов с ОГО в группе исследования достоверно (р > 0,05) не отличаются (см. таблицу, рис. 5).

 

Рис. 5. Распределение полученных показателей на оси значимости

Fig. 5. Distribution of the obtained indicators on the significance axis

 

Полученное эмпирическое значение t_эмп = 0,3 находится в зоне незначимости. Это означает, что по результатам сравнения показателей рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной конечности с данными здоровой конечности у пациентов с ОГО в группе исследования значимых различий не выявлено (нижняя граница истинной значимости р = 0,200), значит показатели рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной конечности и здоровой конечности у пациентов с ОГО в группе исследования достоверно (р > 0,05) не отличаются. Данные значения могут свидетельствовать, что, учитывая губчатую трабекуллярную структуру метафизарных зон трубчатых костей, при МСКТ выявить отек костного мозга на фоне хаотично расположенных костных балок губчатой кости в метафизарной области не представляется возможным.

По результатам статической обработки с помощью непараметрического одновыборочного критерия Колмогорова – Смирнова (поправка Лиллиефорса) все выборки имеют нормальное распределение.

В результате сравнения показателей рентгеновской плотности здоровой конечности у пациентов с ОГО и в группе сравнения при анализе диафизарных областей значимых различий выявлено не было (р > 0,05), следовательно показатели здоровой конечности у пациентов с ОГО можно применять как эталонные сравниваемые значения для выявления патологии при остеомиелите.

По результатам статистической обработки с помощью критерия Стьюдента для независимых выборок с оценкой сравнительного анализа рентгеновской плотности у пациентов с ОГО внутри протокола сканирования полученные t_эмп во всех возрастных группах исследования находится в зоне значимости, что подтверждает выявление статистически значимых различий между пораженной и здоровой конечностью.

По результатам сравнения показателей рентгеновской плотности метафизарных зон пораженной и здоровой конечности у пациентов с ОГО, внутри протокола сканирования, значимых различий не выявлено (р > 0,05). При статистической обработке с помощью критерия Стьюдента полученное t_эмп находится в зоне незначимости, что подтверждает статистически незначимые различия между пораженной и здоровой конечностью.

При оценке цветового картирования во всех случаях было отмечено изменение цветовой гаммы в области диафиза пораженной конечности у пациентов с ОГО. Изменения цветовой гаммы в метафизарных областях пораженной конечности у пациентов с ОГО не отмечено.

ОБСУЖДЕНИЕ

В последние годы роль компьютерной томографии в диагностике ОГО у детей получила значительное признание в детской хирургической практике [9–11], а использование МРТ и МСКТ с применением метода цветового картирования и оценкой рентгенологической плотности стало использоваться относительно недавно [12–14]. В то же время о высокой информативности МСКТ в диагностике ОГО сообщали многие исследователи [15–17]. Мы отметили, что чувствительность МРТ составила 96 %, так же как и при МСКТ, однако специфичность была значительно ниже, чем у МСКТ с применением метода цветового картирования и оценкой рентгенологической плотности и составила соответственно 67 % против 83 % (р < 0,05). Вместе с тем в вышеописанной ситуации МСКТ против МРТ обладает определенными преимуществами: значительно меньшее время исследования, возможность, безопасность и информативность исследования при наличии различных металлических конструкций на/в теле пациента.

ВЫВОДЫ

1. Картина интрамедуллярной фазы процесса ОГО по данным МРТ и МСКТ свидетельствует об отеке костного мозга, как о его наиболее раннем признаке.
2. По данным настоящего исследования, МСКТ с использованием метода цветового картирования и оценкой рентгеновской плотности обладает высокой специфичностью и может с МРТ использоваться в качестве основного метода диагностики интрамедуллярной фазы ОГО.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Личный вклад каждого автора: А.В. Поздняков — анализ полученных данных, разработка дизайна исследования; В.Г. Сварич — написание текста статьи, получение данных для анализа; Д.А. Лыюров — написание текста статьи, обзор публикаций по теме статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этический комитет. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук (№ 8 от 28.11.2016).

Информированное согласие на публикацию. Авторы получили письменное согласие законных представителей пациентов на участие в исследовании и публикацию данных.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study. The contributions of each author: A.V. Pozdnyakov — analysis of the data obtained, development of the study design; V.G. Svarich — writing the text of the article, obtaining data for analysis; D.A. Lyurov — writing the text of the article, review of publications on the topic of the article.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Ethics approval. The present study protocol was approved by the local Ethics Committee of the Institute of Physiology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (No. 8 dated 28.11.2016).

Consent for publication. The authors obtained written consent from the patients’ legal representatives to participate in the study and publish the data.

About the authors

Alexander V. Pozdnyakov

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: pozdnyakovalex@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1110-066X
SPIN-code: 1000-6408

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Россия, Saint Petersburg

Vyacheslav G. Svarich

Republican Children’s Clinical Hospital; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University

Author for correspondence.
Email: svarich61@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0126-3190
SPIN-code: 7684-9637

MD, Dr. Sci. (Med.)

Россия, Syktyvkar; Syktyvkar

Denis A. Lyurov

Republican Children’s Hospital; Pitirim Sorokin Syktyvkar state University

Email: denis_liurov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8818-0055
SPIN-code: 2687-8324
Россия, Syktyvkar; Syktyvkar

References

Supplementary files