автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Математическоемоделирование и анализ результатов рентгенологических исследований больных со сколиотической деформацией позвоночника

□03484003

На правах рукописи

ВАСИН НИКОЛАЙ ГЕРМАНОВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БОЛЬНЫХ СО СКОЛИОТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ ПОЗВОНОЧНИКА

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (медицинские науки)

1 9 НОЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Тула - 2009

003484003

Работа выполнена на кафедре хирургических болезней № 1 ГОУ ВПО Тульский государственный университет

Научный руководитель:

кандидат медицинских наук, доцент

Варфоломеева Людмила Германовна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук

кандидат медицинских наук

Гонтарев Сергей Николаевич

Рябчикова Наталья Александ ровна

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. H.H. Бурденко»

Защита диссертации состоится года ву^^асов

на заседании диссертационного Совета Jl/i12.271.06 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» Федерального агентства по образованию по адресу: 300026, г. Тула, ул. Болдина, д. 128, медицинский институт. Зал диссертационных советов

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» Федерального агентства по образованию по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, д. 92.

Автореферат разослан

года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук

О.Н. Борисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Математический анализ позволяет наиболее точно изучить данные рентгенологического исследования на различных этапах диагностики и хирургического лечения больных со сколиотической деформацией позвоночника.

Выбор тактики лечения пациентов с диагнозом сколиотической деформации позвоночного столба является актуальной проблемой современной вертебрологии (Харрингтон П., 1947; Цивьян Я.Л., 1972; Михайловский М.В., Садовой М.А., 1993; Михайловский М.В.; Фоми-чёв Н.Г., 2003).

Сохраняется неопределенность в вопросе о границе оперативного вмешательства для пациентов с незавершенным ростом позвоночного столба со II степенью сколиотической деформации (Сампиев М. Т., 2007).

Использование средств системного анализа позволяет исследовать эту проблему по рентгенологическим данным, определив при этом верхнюю статистическую границу консервативной терапии и оценить вероятность ее неэффективности или нижнюю границу оперативного лечения.

Ранняя и уточнённая лучевая диагностика заболеваний позвоночника является актуальной медицинской проблемой современности. Изучать и сравнивать состояние позвоночника наиболее корректно удаётся с помощью системного подхода и системного описания (Орёл A.M., 2006).

Рентгенологическая диагностика играет большую роль в определении объёма оперативного пособия, так как степень риска хирургического вмешательства не должна превышать имеющихся последствий сколиоза (Сампиев М.Т., Лака A.A., Загородний Н.В., 2008).

Ряд авторов (Basu P.S. et al. 2002; Cassar-PuHlcino V.N, Eisenstein S.M. 2002; Diard F. et al.2002) считают, что, наиболее распространенным типом сколиотической деформации являются идиопатические сколиозы (группа сколиозов, природа которых не установлена).

Прогностически ценными в диагностике сколиоза является совокупность ряда клинических и рентгенологических критериев. Системное моделирование позвоночника позволяет распознать и зафиксировать индивидуальные особенности каждого больного.

Позвоночник как система - является сложной биологической постоянно изменяющейся конструкцией (меняется пространственное

положение и морфологическое состояние позвонков). Необходимо учитывать особенности статики каждого элемента позвоночника и функционирования всех составляющих его частей. Целостное лечение нуждается в решении проблем целостной и полной диагностики (Орёл A.M.. 2006).

Вышеизложенное позволило сформулировать цель и основные задачи исследования.

Цель исследования:

Научно обосновать диагностическую значимость математического анализа результатов рентгенологического исследования пациентов со сколиотической деформацией позвоночника, определить рентгенологическую границу оперативного лечения и разработать рекомендации по лечению исследуемой деформации позвоночника

В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:

1. Провести первичный анализ рентгенологических данных пациентов с I-III степенью деформации позвоночного столба и обосновать возможность применения методов математической статистики для моделирования рентгенологической границы оперативного вмешательства при лечении пациентов с данной патологией.

2. Провести математический анализ рентгенологических признаков пациентов с исследуемой патологией и выявить наиболее значимые рентгенологические признаки тяжести сколиотической деформации для пациентов с незавершенным ростом.

3. Рассчитать статистическую оценку рентгенологической границы хирургической коррекции сколиотической деформации позвоночника с использованием выбранных методов системного анализа и выработать рекомендации по использованию полученных моделей.

4. Разработать шаблон для описания больных сколиозом с учетом подготовки хирургической коррекции деформации позвоночника.

Научная новизна

1. Впервые произведена оценка взаимосвязи угла деформации позвоночного столба с углом ротации вершинного позвонка и использованием линейного и нелинейного корреляционно-регрессионного анализа.

2. Впервые получена одномоментная оценка риска получения осложнений после консервативной терапии по углу деформации позвоночного столба и углу ротации апикального позвонка с использованием логит-анализа.

3. Разработан новый шаблон протокола рентгенологического исследования и выработаны рекомендации по его использованию.

Практическая значимость

• В связи с усиливающейся тенденцией динамики исследуемой патологии по годам среди детей и подростков оценка нижней границы применения консервативной терапии и вероятности ее неэффективности для таких пациентов поможет разработать эффективные методики восстановительной медицины.

• Используемый шаблон протокола рентгенологического исследования может быть дополнен дополнительными оценками и рекомендациями врачам - специалистам для принятия более качественного решения при лечении сколиотической деформации, особенно у пациентов с незавершенным костным ростом.

Апробация результатов исследования

Основные положения и результаты диссертации были представлены и обсуждены на: врачебной конференции «Хирургическая коррекция сколиогической деформации», (г. Тула, 2005,); конференции «Актуальнее проблемы современной рентгенологии» (г. Тула, 2006) научно-практической конференции «Проблемы, достижения и перспективы развития педиатрической службы Белгородской области» (г. Белгород, 2006); межвузовской конференции «Медицинские приборы и технологии» (г. Тула, 2007); У1-ой Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных и студентов по медицине (г. Тула, 2007); международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2008); УШ-ой Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных по медицине (г. Тула, 2009).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 2 статьи в рекомендованных ВАК реферируемых журналах, 1 учебное пособие.

Внедрение. Результаты исследований внедрены на кафедре хирургических болезней №1 медицинского института ГОУ ВПО Тульского государственного университета; клинической базе МУЗ ГКБ № 5 г. Тулы (городское отделение ортопедии); ДКБ № 38 (г. Москва); кафедре травматологии и ортопедии РУДН (г. Москва).

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, построена традиционно, состоит из введения, 3-х глав, заключения выводов, практических рекомендаций, списка литературы, содержащего 120 источника (80 отечественных и 40 зарубежных), приложения. Диссертация иллюстрирована 40 таблицами, 41 рисунком.

Положения, выносимые на защиту:

1. Наиболее значимыми рентгенологическими признаками тяжести сколиотической деформации являются: угол деформации позвоночного столба и угол ротации апикального позвонка.

2. Для пациентов с незавершенным костным ростом граница оперативного лечения по углу деформации позвоночного столба находится в пределах II степени деформации. Значение индекса Харринг-тона, соответствующее оперативному лечению для пациентов с незавершенным костным ростом, существенно снижено от значения индекса, соответствующее оперативному лечению для пациентов с завершенным костным ростом.

3. Между углом деформации позвоночного столба и углом ротации вершинного позвонка существует статистическая взаимосвязь, что позволяет проводить оценку формы данной связи и прогнозировать угол ротации апикального позвонка в зависимости от угла деформации позвоночного столба.

4. Полученная регрессионная модель позволяет оценить степень неэффективности методов консервативной терапии и рекомендовать оперативное лечение, что позволяет снизить риск увеличения прогрессирования сколиоза.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объект и структура исследования

Во введении изложена актуальность проблемы, сформулирована цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

Глава I посвящена анализу отечественных и зарубежных литературных данных, касающихся изучения проблемы рентгенодиагностики сколиоза.

Глава II. Материал и методы исследования.

Исследование основано на анализе рентгенологических данных исследования 289 больных с диагнозом прогрессирующего идиопати-ческого сколиоза 1-Ш степени. Из них: мужчин - 42; женщин 247 в возрасте от 6 до 40 лет, находившихся на лечении в клиниках гг. Москвы, Тулы с 2004 по 2008 годы.

В исследование включались пациенты с I - III степенью сколиотической деформации позвоночника. Из исследования исключались пациенты с IV степенью сколиоза. Сбор основных рентгенологических данных проходил в соответствии со стандартным шаблоном

(М.В.Михайловский, Н.Г.Фомичев, 2002), без учета данных сагиттальной плоскости.

По результатам сводки и группировки массовых статических наблюдений рентгенологические данные обобщены по следующим показателям: количество волн сколиотической деформации, количество позвонков в каждой волне деформации и их протяженность, вершины каждой волны деформации, углы деформации соответствующих волн по Cobb, степень деформации, тип деформации по Кингу, ротация вершинного позвонка, индекс Харрингтона.

С целью проведения расчётов пациенты были разделены на две группы:

• I группа включала больных с незавершенным ростом позвоночника, их число составило 210 человек (73% от общего числа);

• II группа включала пациентов с завершенным ростом позвоночника - их число составило 79 человек (27% от общего числа).

Среди пациентов I группы с незавершенным ростом нами обследованы: мужчины - 34 человека (16% от общего числа), женщины - 176 человек (84% от общего числа) в возрасте от 6 до 20 лет.

Численность пациентов с незавершенным ростом позвоночника с исследуемой патологией по годам представлена в табл.1.

Таблица 1

Распределение пациентов с незавершенным ростом позвоночника с исследуемой патологией по годам

Год Количество обследованных пациентов Процент наблюдения от общего числа пациентов

2004 36 17%

2005 41 20%

2006 40 19%

2007 48 23%

2008 45 21%

Всего 210 100%

Среднее значение возраста по пациентам с незавершенным ростом позвоночника по медианному критерию и выборочному среднему составило 14 лет.

Среднее значение теста ШБяег для оценки завершения костного роста по пациентам с исследуемой патологией с незавершенным ростом позвоночного столба составило:

• по медианному критерию - 3,0;

• по выборочному среднему - 2,2.

Распределение пациентов с исследуемой патологией с незавершенным костным ростом по виду, степени, типу сколиотической деформации представлено на рис.1 и в табл. 2,3.

0С-образш>га [IlS-образный

Рис. 1. Распределение пациентов с незавершенным костным ростом в зависимости от вида сколиоза

Таблица 2

Распределение пациентов с незавершенным костным ростом в зависимости от степени сколиоза

Степень сколиоза Количество обследованных пациентов Частота встречаемости в % от общего числа пациентов

1 23 11%

II 76 36%

III 111 53%

Таблица 3

Распределение пациентов с незавершенным костным ростом в зависимости от типа сколиотической деформации позвоночника по

King

Тип Количество обследованных пациентов Частота встречаемости в % от общего числа пациентов

I 22 10%

II 58 28%

III 80 38%

IV 50 24%

Сводная статистика по методам лечения представлена в табл. 4.

Таблица 4

Распределение пациентов с незавершенным ростом позвоночника в зависимости от методов лечения

Количество об- Частота встречаемости

Метод лечения* следованных па- в % от общего числа па-

циентов циентов

1 41 20%

2 58 28%

3 111 52%

*Примечание: I — применялась только консервативная терапия;

2 — примененная консервативная терапия оказалась не-

эффективной, что привело к оперативному лечению;

3 — применялось только хирургическая коррекция.

Всего среди пациентов II группы с исследуемой патологией с завершенным ростом позвоночника нами обследованы: мужчины - 8 человек (10% от общего числа), женщины -71 человек (90% от общего числа) в возрасте от 16 до 40 лет. Средний возраст пациентов с завершенным периодом роста позвоночника составил: по медианному критерию - 20 лет, по выборочному среднему - около 72 лет.

Распределение пациентов с завершенным ростом позвоночника с исследуемой патологией по годам представлено в табл. 5.

Таблица 5

Распределение пациентов с завершенным ростом позвоночника по

годам

Год Количество обследованных пациентов Частота встречаемости в % от общего числа пациентов

2004 13 16%

2005 17 22%

2006 26 33%

2007 12 15%

2008 11 14%

Всего 79 100%

Количество пациентов 20

50 40

10

0

2004 2005 2006 2007 2008

Годы

ПI группа

П группа

Рис. 2. Сравнительный анализ количества наблюдений пациентов по

годам

Распределение пациентов с завершенным костным ростом с диагнозом сколиотической деформации позвоночника 1-Ш степени по видам сколиоза представлено на рис. 3.

Рис. 3. Распределение пациентов с завершенным костным ростом в зависимости от вида сколиоза

Было выявлено, что среди пациентов с завершенным ростом позвоночника больных с I степенью сколиотической деформацией нет; II степень отмечалась у 5 пациентов (6%). Данным больным проводилось сначала консервативное лечение, а затем - оперативное. Остальные 74 человека (94%) составили [II степень сколиотической деформации. Этим больным было проведено оперативное лечение. Распределение пациентов с завершенным ростом позвоночника с исследуемой

^ С-образный

П 5-образный

патологией в зависимости от типа сколиотической деформации позвоночника по King показано в табл. 6.

Tao.mifa 6

Распределение пациентов с незавершенным ростом позвоночника в зависимости от типа сколиотической деформации позвоночника

по King

Тип Количество обследованных пациентов Частота встречаемости в % от общего числа пациентов

I 7 9%

II 27 34%

Ш 29 37%

IV 16 20%

В главе 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение представлены этапы статистического исследования, проведена оценка основных статистические характеристик рентгенологических признаков при обследовании пациентов, проведена оценка доверительного интервала для математического ожидания границы оперативного вмешательства по ряду признаков. Проведен корреляционно-регрессионный анализ общей выборки и построены графики зависимостей угла ротации апикального позвонка от угла деформации позвоночного столба. Проведена оценка вероятности неэффективности методов консервативной терапии с использованием логит-анализа.

Изучены основные статистические свойства следующих рентгенологических признаков:

• угол деформации позвоночного столба;

• угол ротации вершинного позвонка;

• количество позвонков, участвующих в деформации;

• коэффициент деформации вершинного позвонка;

• индекс Харрингтона.

На рис. 4 представлены основные этапы математического исследования в области оценки рентгенологических показателей границы оперативного лечения у пациентов со сколиотической деформации позвоночника в условиях незавершенного и завершенного костного роста.

Задачи:

- проверка гипотезы о нормальном распределении;

- расчет основных статистических характеристик.

Задачи:

- анализ средних и СКО;

- проверка гипотезы о значимости результатов.

Задачи:

- корреляционный анализ между признаками;

- оценка формы статистической взаимосвязи значимых признаков.

- логит - анализ рентгенологических признаков;

- анализ неэффективности консервативной терапии

Рис.4. Основные этапы статистического исследования

Статистические характеристики по этим пяти количественным показателям получены и исследованы:

• по всей совокупности (289 пациентов);

• I группа: пациенты с незавершенным костным ростом (210 пациентов);

• II группа: пациенты с завершенным ростом позвоночника (79 пациентов).

Статистические характеристики по пяти количественным признакам получены и по другим выборкам из I и II групп:

• пациенты, которым было проведено только консервативное лечение (41 пациент);

• пациенты, которым было проведено оперативное лечение (185 пациентов);

• пациенты, у которых консервативная терапия не дала положительного результата лечения сколиоза, что привело к хирургическому лечению (63 пациента);

• пациенты с незавершенным ростом позвоночника, которым было проведено только оперативное лечение (111 пациентов);

• пациенты с незавершенным ростом позвоночника, у которых консервативная терапия не дала положительного результата лечения сколиоза, что привело к хирургическому лечению (58 пациентов);

• пациенты с завершенным ростом позвоночника, которым было проведено оперативное лечение (74 пациента).

Особое внимание сосредоточено на статистике пациентов с незавершенным ростом позвоночника, которым было проведено только консервативное лечение.

Результаты расчетов статистик Колмогорова-Смирнова и Shapiro-Wilk при уровне значимости р=0,05 показали, что вид закона распределения всех характеристик существенно не отличается от нормального, что позволяет применить для дальнейшего статистического анализа данных классические методы параметрического исследования взаимосвязей между соответствующими характеристиками:

• корреляционный анализ;

• регрессионный анализ.

Проведен расчет основных статистических характеристик изучаемых количественных рентгенологических показателей для всех рассматриваемых пациентов с исследуемой патологией, который представлен в табл. 7.

Основные статистические характеристики рентгенологических показателей для всех рассматриваемых пациентов с исследуемой патологией

Наименование Угол Угол Кол-во кдп Индекс

показателя деформации ротации позвонков Харрингтона

Объем наблюдений 289 289 289 289 289

Выборочное среднее 38 26,7 - 1,28 5.33

Левая граница доверительного интервала МО 36,1 25,3 - 1,26 5,06

Правая граница доверительного интервала МО 39,9 28,2 - 1,29 5,61

Медиана 40 27 7 1,25 5,63

Мода 52 17 7 1,25 4.00

Частота моды 13 15 103 16 8

Минимум 5 0 4 1,00 0,83

Максимум 60 55 10 1,85 12,00

Размах колебаний 55 55 6 0,85 11,17

Дисперсия 265,15 154.73 - 0,02 5,78

Среднее квадратическое отклонение 16,28 12,44 - 0,14 2,40

Стандартная ошибка СКО 0,96 0,73 - 0,01 0,14

Коэффициент вариации 0,43 0,47 - 0,11 0.45

Аналогичные расчеты происходили и для других статистических выборок.

Анализ данных при уровне значимости р=0,05 показал, что наиболее значимыми рентгенологическими признаками тяжести ско-лиотической деформации являются угол деформации позвоночного столба и угол ротации апикального позвонка.

По некоторым рентгенологическим признакам граница оперативного лечения пациентов с незавершенным костным ростом смещается в меньшую сторону:

• по углу деформации позвоночного столба (располагается в пределах II степени деформации);

• по индексу Харрингтона (до 5).

Результаты расчёта выборочных средних, медиан и границ доверительного интервала для математического ожидания угла деформации позвоночного столба представлены в табл. 8.

Результаты сравнительного анализа средних величин угла деформации позвоночного столба для различных выборок пациентов с диагнозом сколиоз

Наименование группы пациентов Выборочное среднее Доверительный интервал для математического ожидания Медиана

Левая граница Правая граница

Все пациенты 38 36,1 39,9 40

Пациенты с незавершенным ростом позвоночника (I группа) 34 31,8 36,2 32

Пациенты с завершенным ростом позвоночника (11 группа) 47 44,6 49,4 51

Пациенты с незавершенным ростом позвоночника (консервативная терапия) 11 9,7 12,3 10

Пациенты (оперативное лечение) 47 45,7 48,3 49

Пациенты (консервативное и оперативное лечение) 32 30,6 33,4 30

Пациенты с незавершенным ростом (оперативное лечение) 43 41,4 44,6 45

Пациенты с незавершенным ростом (консервативное и оперативное лечение) 34 33,0 35,0 33

Пациенты с завершенным ростом (оперативное лечение) 49 47,0 51,0 51

Аналогичные сведения были получены и для четырех других количественных показателей.

Анализ данных показал: среднее количество позвонков, участвующих в сколиотической деформации позвоночника и вычисленное как медиана, составило 7 позвонков по всем группам, за исключением пациентов, которым проводилось консервативное лечение, для которых это количество составило 6 позвонков.

Для пациентов с незавершенным ростом позвоночника при уровне значимости р=0,05 граница оперативного вмешательства составила:

- по углу деформации позвоночного столба 47°±1,б°;

- по углу ротации вершинного позвонка - 35°±1,6°,

Анализ угла деформации позвоночного столба у пациентов с незавершенным костным ростом показал, что в диапазоне углов деформации от 33° до 47° существенно повышена вероятность неэффективности консервативной терапии. Поэтому при применении методов консервативной терапии в этом диапазоне углов деформации велик риск увеличения прогрессировать сколиоза, что может привести к оперативному лечению.

При завершенном росте позвоночника рентгенологическая граница существенно отличается по всем показателям и смещена в большую сторону относительно границы для пациентов с незавершенным ростом позвоночника.

Собранные в ходе исследования данные по основным рентгенологическим признакам были исследованы на предмет статистической зависимости, которая измерялась в соответствии с найденными коэффициентами парной линейной корреляции при уровне значимости р=0,05.

Рентгенологическими признаками, которые подверглись корреляционному анализу, явились:

• угол деформации позвоночного столба;

• угол ротации апикального позвонка;

• коэффициент деформации вершинного позвонка; количество позвонков, участвующих в деформации;

• индекс Харрингтона.

Оценка коэффициента парной линейной корреляции происходила по всей совокупности данных из 289 пациентов.

Найденные оценкн выборочного парного линейного коэффициента корреляции оказались значимыми за исключением коэффициента между коэффициентом деформации вершинного позвонка и индексом Харрингтона (табл. 9).

Таблица 9

Итоговая таблица парной линейной корреляции между рентгенологическими признаками

Наименование Угол КДП Кол-во по- Индекс

показателей ротации звонков Харрингтона

Угол деформации 0,84 0,28 0,36 0,92

Угол ротации 0,22 0,31 0,79

КДП 0,22 0,00

Кол-во позвонков 0,29

Таким образом, при уровне значимости р=0,05 выявлена:

1) высокая парная линейная корреляция между углом деформации позвоночного столба и углом ротации вершинного позвонка, углом деформации позвоночного столба и индексом Харрингтона;

2) высокая парная линейная корреляция между углом ротации вершинного позвонка и индексом Харрингтона;

3) умеренная парная линейная корреляция между углом деформации позвоночного столба и количеством позвонков, участвующим в деформации, углом ротации вершинного позвонка и количеством позвонков, участвующим в деформации;

4) слабая парная линейная корреляция между углом деформации позвоночного столба и коэффициентом деформации вершинного позвонка, углом ротации и коэффициентом деформации вершинного позвонка, коэффициентом деформации вершинного позвонка и количеством позвонков, участвующим в деформации, количеством позвонков, участвующим в деформации и индексом Харрингтона.

Между коэффициентом деформации вершинного позвонка и индексом Харрингтона не выявлено существенной корреляции.

По результатам весьма высокой линейной корреляции между углом деформации позвоночного столба и углом ротации апикального позвонка построена линейная и близкая к ней нелинейная регрессионные модели.

Произведена аппроксимация общей тенденции изменения ротации под воздействием угла деформации в виде уравнения регрессии. Форма модели, соответствующая этой регрессии, выбрана как в виде прямой линии, так и нелинейной (логарифмической) зависимости. Методом расчета явился взвешенный метод наименьших квадратов. Выбор наилучшей модели осуществлен в соответствии со значениями коэффициента детерминации.

Наилучшими моделями с этой точки зрения при уровне значимости р-0,05 оказались линейная и логарифмическая (рис. 5). При этом коэффициент детерминации для линейной модели составил 1^=0,71, для нелинейной модели - II2 = 0,84.

Оценка значимости коэффициентов регрессии и регрессионных моделей осуществлена с использованием распределений Стыодента и Фишера.

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 угол деформации позвоночного столба

Линейная модель

Логарифмическая модель

Рис. 5. Линейная модель и логарифмическая модель общей тенденции изменения угла ротации вершинного позвонка под воздействием угла

деформации

Для определения вероятности неэффективности консервативной терапии для пациентов с исследуемой патологией с незавершенным костным ростом применены методы регрессионного анализа на основе бинарных моделей. При этом в силу более простой схемы вычислений произведена оценка логистической формы регрессионной модели.

Логит - анализ проведен для двух рентгенологических признаков:

• угол деформации позвоночного столба,

• угол ротации вершинного позвонка.

Оценено влияние их значений на вероятность принятия решения об оперативном вмешательстве или неэффективности консервативной терапии при сколиозе у детей и подростков.

Данная методика успешно применена для получения моделей оценки вероятности риска принятия решения о консервативном вмешательстве, графическая форма модели которой представлены на рис. 5,6.

Рис. 5. Графическая форма оценки вероятности неэффективности (в процентах) консервативного вмешательства по углу деформации позвоночного столба

10 15 20 25 за 35 40

Угол деформации позвоночного столба

100«. 90% 808, 70% 60% 50» 40% 30% 20% 10% 0%

Рис. 6. Графическая форма оценки риска (в процентах) консервативного вмешательства по углу ротации вершинного позвонка

Сравнительная характеристика моделей представлена на рис. 7.

100% £ ад

с ж

II«»

а: о.

^ в 7<1*

И

§ £ 50*

8 | -и»

{; | им

£ | 2» I

£ т

Ш Угол деформации позвоночного столба йй Угол рогации апикального позвонка

Рис. 7. Сравнительный анализ двух моделей бинарного выбора для оценки риска консервативного вмешательства

Анализ результатов математического исследования рентгенологических признаков позволил модернизировать шаблон протокола рентгенологического исследования пациентов со сколиотической деформацией с незавершенным костным ростом, добавив ряд показателей и разработать рекомендации врачам - специалистам при диагностике и лечении сколиотической деформации:

1. При значениях угла деформации позвоночного столба от 5° до 33° вероятность (в процентах) неэффективности консервативной терапии лежит в диапазоне от 5% до 51%. Рекомендуется при отсутствии существенной ротации апикального позвонка использование консервативной терапии.

2. При значениях угла деформации позвоночного столба от 34° до 47° вероятность неэффективности консервативной терапии лежит в диапазоне от 53% до 82%. Можно использовать консервативную терапию, но в этом диапазоне велик риск увеличения прогрессирования сколиоза.

3. При значениях угла деформации позвоночного столба от 47° до 60° вероятность неэффективности консервативной терапии лежит в диапазоне от 83% до 95%. Рекомендуется использовать только хирургическое лечение.

4. При значениях угла деформации позвоночного столба свыше 61° вероятность неэффективности консервативной терапии лежит в диапазоне от 95% до 100%. Необходимо использовать только хирургическое лечение.

5 10 15 20 2530354045505560 Угол деформации/ротации

5. При значении угла ротации апикального позвонка свыше 34° вероятность неэффективности консервативной терапии может составлять от 37% до 73% и более. Этот фактор необходимо учитывать при применении консервативной терапии, особенно при углах деформации позвоночного столба свыше 47°. В этих случаях велика вероятность увеличения прогрессирования сколиотической деформации позвоночника.

6. Данные рекомендации можно дать при одномоментном рентгенологическом исследовании пациентов с диагнозом сколиоза с незавершенным костным ростом.

ВЫВОДЫ

1. Анализ рентгенологических данных пациентов с диагнозом 1-Ш степенью деформации позвоночного столба позволил выявить основные рентгенологические признаки, влияющие на принятие решения об оперативном лечении: угол деформации позвоночного столба, угол ротации апикального позвонка, количество позвонков, участвующих в деформации, коэффициент деформации апикального позвонка, индекс Харрингтона. При этом наиболее значимыми рентгенологическими признаками тяжести сколиотической деформации явились угол деформации позвоночного столба и угол ротации вершинного позвонка.

2. Анализ математических моделей для построения рентгенологической границы оперативного вмешательства при лечении пациентов с данной патологией показал возможность применения статистических методов системного анализа в решении данной задачи: анализ средних, корреляционно-регрессионный анализ и логит-анализ.

3. Анализ средних показал, что для пациентов с незавершенным костным ростом нижняя граница оперативного вмешательства по углу деформации позвоночного столба составила 47°, по углу ротации апикального позвонка - 33°. При завершенном росте позвоночника рентгенологическая граница существенно отличается по всем показателям и смещена в большую сторону относительно границы для пациентов с незавершенным ростом позвоночника.

4. Проведенный корреляционно-регрессионный анализ рентгенологических признаков позволил построить значимые модели взаимосвязи угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка.

5. Использование логит-анализа угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка позволило оценить

вероятность неэффективности консервативной терапии при лечении пациентов с незавершенным ростом.

6. Анализ статистических расчетов позволил модернизировать шаблон протокола рентгенологического исследования пациентов с диагнозом сколиотической деформации позвоночника с незавершенным костным ростом, добавив некоторые показатели, и выработать рекомендации по их использованию.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При разработке эффективных методик восстановительного лечения пациентов со сколиотической деформацией позвоночника необходимо учитывать параметры верхней границы консервативной терапии.

2. При исследовании рентгенограмм пациентов со сколиотической деформацией позвоночника врачам-рентгенологам рекомендовано использовать разработанный шаблон протокола рентгенологического исследования.

3. При рентгенологическом исследовании пациентов со сколиотической деформацией позвоночника с незавершенным костным ростом при принятии решения об оперативном лечении необходимо учитывать совместные показатели угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка без индекса Харрингто-на.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Васин Н.Г. О прогнозировании угла ротации апикального позвонка в условиях наличия сколиотической деформации позвоночника (Варфоломеева Л.Г., Гаев A.B.) // Журнал «Вестник новых медицинских технологий». Т. XVI. - № 2 - 2009. - С. 112-115.

2. Васин Н.Г. Исследование коррекции угла деформации позвоночного столба при тяжёлых формах сколиоза после операции с использованием двухфакторного непараметрического дисперсионного анализа (Варфоломеева Л.Г., Гаев A.B., Терещенко А.И.) // Журнал «Вестник новых медицинских технологий». Т. XVI. - № 2 - 2009. - С. 115-116.

Учебное пособие

3. Васин Н.Г. Рентгенодиагностика сколиоза. Учебное пособие. (Варфоломеева Л.Г) / Под ред. проф. А.З. Гусейнова. - Тула: Изд-во «Тульский полиграфист». 2009. - 88 е., ил.

Статьи

4. Васин Н.Г. Новые технологии в лечении сколиотической деформации позвоночника (Варфоломеева Л.Г., Лака A.A., Терещенко А.И.) // Межвузовский сборник научных статей «Медицинские приборы и технологии», Тула - 2007. - С. 39-41.

5. Васин Н.Г. О применении методов математической статистики в оценке некоторых рентгенологических показателей сколиотической деформации позвоночника (Варфоломеева Л.Г., Гаев A.B.) // Материалы международной научной конференции: «Современные проблемы математики, механики, информатики», Тула: «Гриф и К», 2008.-396с.-С. 353-355.

6. Васин Н.Г. Рентгенологические признаки идиопатического сколиоза (Варфоломеева Л.Г., Лака A.A., Терещенко А.И.) // Сб. материалов «VIII Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых по медицине». Тула, 2009. - С. 30-34.

Тезисы

7. Васин Н.Г. К вопросу о рентгендиагностике идиопатических сколиозов (Варфоломеева Л.Г., Лака A.A., Терещенко А.И) // Проблемы, достижения и перспективы развития педиатрической службы Белгородской области. Мат. научно-практической конф. Белгород, 2006. -С. 131-132.

8. Васин Н.Г. Изменение рентгенологической картины легких у больных с выраженной сколиотической деформацией (Варфоломеева Л.Г., Лака A.A., Терещенко А.И.) И Сб. материалов «VI Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине». Тула, 2007. - С. 49-50.

9. Васин Н.Г. О математическом анализе прогнозирования ротации апикального позвонка при рентгенологическом обследовании фронтальной сколиотической деформации позвоночника (Варфоломеева Л.Г., Гаев A.B.) // Сб. материалов «VIII Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных по медицине». Тула, 2009. - С. 36-37.

Формат бумаги 60x84/16. Бумага офс. Гарнитура «Times New Roman». Печать риз. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,12. Тираж 100 экз. Заказ № 1045.

Отпечатано в ОАО «Тульский полиграфист» 300600, г. Тула, ул. Каминского, 33

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Краткая анатомия позвоночного столба.

1.2. Рентгеноанатомия позвоночника.

1.3. Рентгенодиагностика идиопатического сколиоза.

1.4. Основные рентгенографические признаки прогрессирующего идиопатического сколиоза.

1.5. Шаблон протокола рентгенологического исследования.

1.6. Обзор некоторые рентгенологических методик определения сколиоза.

1.7. Обзор статистических методов системного анализа и математического моделирования.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Характеристика объекта исследования.

2.2. Инструментальное исследование пациентов.

2.3. Об использованных рентгенологических методиках определения сколиоза.

2.3.1. Метод Кобба.

2.3.2. Клинико-рентгенологическая классификация по Чаклину.

2.3.3. Метод Тюлъкина.

2.3.4. Коэффициент, деформации апикального позвонка

2.3.5. Индекс Харрингтона.

2.3.6. Апофизарный тест Рисссера.

2.4. Первичная статистика выборочных рентгенологических данных.

2.4.1. Основные показатели сводки и группировки массового статистического наблюдения.

2.4.2. Сводка и группировка статистических данных по пациентам, больным сколиозом, при незавершенном костном росте.

2.4.3. Сводка и группировка статистических данных по пациентам, больным сколиозом, при завершенном костном росте.

2.4.4. Анализ проблемной ситуации и выбор математического инструментария исследования данных.

2.5. О некоторых методах статистического анализа полученных данных.

2.5.1. Использование моделей бинарного выбора при проведении регрессионного анализа.

2.5.2. О средних величинах.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Рентгенологическое обоснование тактики лечения сколиотической деформации позвоночного столба.

3.2. Математическое моделирование оценки рентгенологической границы оперативного вмешательства

3.2.1. Основные этапы математического исследования

3.2.2. Анализ распределений и статистических характеристик основных рентгенологических показателей.

3.2.3. Расчет доверительного интервала рентгенологической границы оперативного вмешательства.

3.2.4. Оценка статистической взаимосвязи между основными рентгенологическими признаками.

3.2.5. Логит - анализ оперативного лечения.

3.4. Анализ полученных результатов и выработка рекомендаций по их использованию.

Актуальность исследования:

Математический анализ позволяет наиболее точно изучить данные рентгенологического исследования на различных этапах диагностики и хирургического лечения больных со сколиотической деформацией позвоночника.

Выбор тактики лечения пациентов с диагнозом сколиотической деформации позвоночного столба является актуальной проблемой современной вертеб-рологии (Цивьян Я. Л., 1972; Михайловский М.В., Садовой М.А., 1993; Михайловский М.В.; Фомичёв Н.Г., 2002; Harrington P.R., 1962).

Сохраняется неопределенность в вопросе о границе оперативного вмешательства для пациентов с незавершенным ростом позвоночного столба со II степенью сколиотической деформации (Сампиев М. Т., 2007).

Использование средств системного анализа позволяет исследовать эту проблему по рентгенологическим данным, определив при этом верхнюю статистическую границу консервативной терапии и оценить вероятность ее неэффективности или нижнюю границу оперативного лечения (Орёл A.M., 2001).

Ранняя и уточнённая лучевая диагностика заболеваний позвоночника является актуальной медицинской проблемой современности. Изучать и сравнивать состояние позвоночника наиболее корректно удаётся с помощью системного подхода и системного описания (Орёл A.M., 2006).

Рентгенологическая диагностика играет большую роль в определении объёма оперативного пособия, так как степень риска хирургического вмешательства не должна превышать имеющихся последствий сколиоза (Тегер И.Л. 1983; Сампиев М.Т., Лака А.А., Загородний Н.В., 2008).

Ряд авторов (Ветрилэ С.Т., 2003; Basu P.S. et al. 2002; Cassar-PuHlcino V.N, Eisenstein S.M. 2002; Diard F. et al.2002) считают, что, наиболее распространенным типом сколиотической деформации являются идиопатические сколиозы (группа сколиозов, природа которых не установлена).

Прогностически ценными в диагностике сколиоза является совокупность ряда клинических и рентгенологических критериев. Системное моделирование позвоночника позволяет распознать и зафиксировать индивидуальные особенности каждого больного (Садофьева В.И., 1990; Афонин П.М., 2003).

Позвоночник как система - является сложной биологической постоянно изменяющейся конструкцией (меняется пространственное положение и морфологическое состояние позвонков). Необходимо учитывать особенности статики каждого элемента позвоночника и функционирования всех составляющих его частей. Целостное лечение нуждается в решении проблем целостной и полной диагностики (Орёл A.M. 2006).

Вышеизложенное позволило сформулировать цель и основные задачи исследования.

Цель исследования:

Научно обосновать диагностическую значимость математического анализа результатов рентгенологического исследования пациентов со сколиотической деформацией позвоночника, определить рентгенологическую границу оперативного лечения и разработать рекомендации по лечению исследуемой деформации позвоночника

В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:

1. Провести первичный анализ рентгенологических данных пациентов с I-III степенью деформации позвоночного столба и обосновать возможность применения методов математической статистики для моделирования рентгенологической границы оперативного вмешательства при лечении пациентов с данной патологией.

2. Провести математический анализ рентгенологических признаков пациентов с исследуемой патологией и выявить наиболее значимые рентгенологические признаки тяжести сколиотической деформации для пациентов с незавершенным ростом.

3. Рассчитать статистическую оценку рентгенологической границы хирургической коррекции сколиотической деформации позвоночника с использованием выбранных методов системного анализа и выработать рекомендации по использованию полученных моделей.

4. Разработать шаблон для описания больных сколиозом с учетом подготовки хирургической коррекции деформации позвоночника.

Научная новизна исследования:

1. Впервые произведена оценка взаимосвязи угла деформации позвоночного столба с углом ротации вершинного позвонка и использованием линейного и нелинейного корреляционно-регрессионного анализа.

2. Впервые получена одномоментная оценка риска получения осложнений после консервативной терапии по углу деформации позвоночного столба и углу ротации апикального позвонка с использованием логит-анализа.

3. Разработан новый шаблон протокола рентгенологического исследования и выработаны рекомендации по его использованию.

Практическая значимость:

• В связи с усиливающейся тенденцией динамики исследуемой патологии по годам среди детей и подростков оценка нижней границы применения консервативной терапии и вероятности ее неэффективности для таких пациентов поможет разработать эффективные методики восстановительной медицины.

• Используемый шаблон протокола рентгенологического исследования может быть дополнен дополнительными оценками и рекомендациями врачам -специалистам для принятия более качественного решения при лечении сколиотической деформации, особенно у пациентов с незавершенным костным ростом.

Апробация результатов исследования:

Основные положения и результаты диссертации были представлены и обсуждены на: врачебной конференции «Хирургическая коррекция сколиотиче6 ской деформации», (г. Тула, 2005,); конференции «Актуальнее проблемы современной рентгенологии» (г. Тула, 2006) научно-практической конференции «Проблемы, достижения и перспективы развития педиатрической службы Белгородской области» (г. Белгород, 2006); межвузовской конференции «Медицинские приборы и технологии» (г. Тула, 2007); VI-ой Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных и студентов по медицине (г. Тула, 2007); международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2008); VIII-ой Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных по медицине (г. Тула, 2009).

Внедрение:

Результаты исследований внедрены в практику учебной и клинической работы кафедры х ирургических болезней №1 медицинского института ГОУ ВПО Тульского государственного университета; клинической базы МУЗ ГКБ № 5 г. Тулы (городское отделение ортопедии); кафедры травматологии и ортопедии Российского университета Дружбы народов; в клиническую работу ДКБ №38 ФМБА РФ (г. Москва).

Диссертационная работа апробирована на заседании сотрудников кафедры хирургических болезней № 1 медицинского института Тульского государственного университета 28 октября 2009 года.

Математическая обработка осуществлялась при помощи специализированных пр ограммных п акетов Sta tistica, SPSS на персональном компьютере. Техническое обеспечение исследования осуществлялось с помощью персональной компьютерной техники IBM PC Pentium IV, с использованием стандартных пакетов прикладных программ (Microsoft Office). Результаты расчётов, а также основные исходные данные визуализировались как буквенно-цифровым способом, так и средствами графики программ Microsoft Excel, Microsoft Word, Adobe Photoshop, Corel Draw.

Объём и структура диссертации:

Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, построена традиционно, состоит из введения, 3-х глав, заключения выводов, практических рекомендаций, списка литературы, содержащего 120 источника (80 отечественных и 40 зарубежных), приложения. Диссертация иллюстрирована 40 таблицами, 41 рисунком.

выводы

1. Анализ рентгенологических данных пациентов с диагнозом I-III степенью деформации позвоночного столба позволил выявить основные рентгенологические признаки, влияющие на принятие решения об оперативном лечении: угол деформации позвоночного столба, угол ротации апикального позвонка, количество позвонков, участвующих в деформации, коэффициент деформации апикального позвонка, индекс Харрингтона. При этом наиболее значимыми рентгенологическими признаками тяжести сколиотической деформации явились угол деформации позвоночного столба и угол ротации вершинного позвонка.

2. Анализ математических моделей для построения рентгенологической границы оперативного вмешательства при лечении пациентов с данной патологией показал возможность применения статистических методов системного анализа в решении данной задачи: анализ средних, корреляционно-регрессионный анализ и логит-анализ.

3. Анализ средних показал, что для пациентов с незавершенным костным ростом нижняя граница оперативного вмешательства по углу деформации позвоночного столба составила 47°, по углу ротации апикального позвонка - 33°. При завершенном росте позвоночника рентгенологическая граница существенно отличается по всем показателям и смещена в большую сторону относительно границы для пациентов с незавершенным ростом позвоночника.

4. Проведенный корреляционно-регрессионный анализ рентгенологических признаков позволил построить значимые модели взаимосвязи угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка.

5. Использование логит-анализа угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка позволило оценить вероятность неэффективности консервативной терапии при лечении пациентов с незавершенным ростом.

6. Анализ статистических расчетов позволил модернизировать шаблон протокола рентгенологического исследования пациентов с диагнозом сколиотической деформации позвоночника с незавершенным костным ростом, добавив некоторые показатели, и выработать рекомендации по их использованию.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При разработке эффективных методик восстановительного лечения пациентов со сколиотической деформацией позвоночника необходимо учитывать параметры верхней 1раницы консервативной терапии.

2. При исследовании рентгенограмм пациентов со сколиотической деформацией позвоночника врачам-рентгенологам рекомендовано использовать разработанный шаблон протокола рентгенологического исследования.

3. При рентгенологическом исследовании пациентов со сколиотической деформацией позвоночника с незавершенным костным ростом при принятии решения об оперативном лечении необходимо учитывать совместные показатели угла деформации позвоночного столба и угла ротации апикального позвонка без индекса Харрингтона.

1. Абальмасова Е.А. К этиологии искривлений позвоночника у детей и подростков // Труды 1 Всесоюзного съезда травматологов-ортопедов. — М.,- 1965.-С. 218-220.

2. Абальмасова Е.А., Коган А.В. Спинальные и корешковые нарушения больных сколиозом // Ортопед., травматол. — 1971. — №11. С. 52-58.

3. Абальмасова Е.А. Определение прогноза сколиоза и показания к лечению // Материалы II съезда травматологов-ортопедов Белорусской ССР. Минск, 1972. - С. 270-274.

4. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. - 471 с.

5. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Основы эконометрики. Том 2. — М.: Изд-во «Юнити-Дана», 2001. 432с.

6. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика. Основы эконометрики. Том 1. Теория вероятностей и прикладная статистика. -М.: Изд-во «Юнити-Дана», 2001. 656с.

7. Аксёнович Т.И., Зайдман A.M., Зоркальцева И.В. Новые модели наследования сложных признаков и их использование при сегретационном анализе сколиоза // Генетика. — 2002. Т.28 (2). -С.259-263.

8. Андронеску А. Анатомия ребёнка. Бухарест, Мередиане, 1970. — 362 с.

9. Андрианов В.Л., Баиров Г.А., Садофьева В.И., Райе Р.Э. Заболевания и повреждения позвоночника у детей и подростков // Л.: Медицина, 1985.

10. Афонин П.М. Методы и средства компьютерной диагностики в биомеханике позвоночника человека: Автореф. дисс. д-ра техн. наук.- М., 2003

11. Базанов А.И., Данилов В.Ф., Шишин В.В. Неврологический статус у-256 с.13.