Сравнение различных методик определения «костного возраста» по рентгенограммам кисти у пациентов с активными зонами роста с антеромедиальной нестабильностью коленного сустава

Пластика передней крестообразной связки (ПКС) у детей с активными зонами роста вызывает дискуссии в научном сообществе [1]. Растет травматизация детей в связи с большим их вовлечением в спорт и доступностью активных видов отдыха [2, 3]. Проблемными вопросами при разрывах ПКС являются выбор в пользу оперативного или консервативного лечения [4]; риск повреждения в ходе операции ростковых зон [5] и, как следствие, поиск оптимальной оперативной методики. Данный материал выполнен на основе диссертационной работы Иванова Я.А. «Повреждение передней крестообразной связки у детей. Диагностика и лечение», 26.05.2022 ФГБУ НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова Минздрава РФ.

Цель работы – показать и сравнить различные способы расчета костного возраста для определения дальнейшей тактики оперативного лечения пациентов с антеромедиальной нестабильностью коленного сустава.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Все пациенты и добровольцы, участвовавшие в клиническом исследовании, дали на это письменное согласие. Исследование выполнено в соответствии с требованиями Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации (в ред. 2013 г.). Исследование одобрено этическим комитетом (протокол от 04.02.2021 г., № 1-2021).

Были выделены следующие критерии отбора пациентов для оперативного лечения по методике all-inside: возраст от 10 до 16 лет, впервые подтвержденный методами лучевой диагностики полный разрыв ПКС, выраженная антеромедиальная нестабильность. В исследование не вошли пациенты с дополнительными повреждениями задней крестообразной связки (ЗКС), боковых связок и переломом межмыщелкового возвышения.

В работе учитывали пол пациентов, однако явных корреляций и различий по данному показателю найдено не было. Количество пациентов женского пола – 6 человек (30 % от общего числа).

В нашем отделении проводится оперативное лечение пациентов с разрывами ПКС по методике all-inside all epiphyseal и all-inside partial transphyseal. Главным отличием этой методики является то, что каналы формируются до зоны роста в обеих костях (all-inside all epiphyseal) или же в бедренной кости до зоны роста, а в большеберцовой – через зону роста (all-inside partial transphyseal).

В настоящий момент прооперировано 20 человек с антеромедиальной нестабильностью.

Всем пациентам выполняли рентгенографию кисти с целью определения костного возраста [6].

Также проводили оценку функционального статуса при помощи опросников KOOS-Child (Knee injury and Osteoarthritis Outcome Score for Children) и Pedi-IKDC (Pediatric International Knee Documentation Committee).

Использовали методику “point scoring system” of Tanner and Whitehouse (TW2.1975) [7] и метод оценки костного возраста по атласу Грейлиха – Пайля “atlas matching” method of Greulich and Pyle (Greulich W.W. и Pyle S.I., 1959) [8] (рис. 1).

Помимо применения стандартных методов определения костного возраста также проводилось определение при помощи программ на основе машинного обучения [9, 10].

Существуют комбинированные алгоритмы определения костного возраста, базирующиеся на использовании различных моделей нейронных сетей, что помогает увеличить точность определения [10, 11]. Данные, полученные на основании проведенного нейросетями анализа, соответствовали данным, проведенным в программе BoneXpert© [12], Auxology© (Pfizer) и ручному расчету при помощи атласа Грейлиха – Пайля и метода Таннера – Уайтхауса. У нас также не возникло сложностей при использовании программы Auxology© (Pfizer).

Кроме того, мы оценивали половое развитие пациентов по шкале Таннера.

Рис. 1. Отмечены зоны роста с разным сроком закрытия у лиц мужского пола (можно использовать как условную методичку): I – 15,5 лет, II – 16 лет, III – 13 лет, IV –15 лет, V – 12,5 лет, VI – 14 лет (авторский рисунок)

РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате анализа данных пациентов, проведенного с целью сравнения различных методов оценки костного возраста и ожидаемого роста, были выявлены основные различия, которые могут оказаться полезными для врачей-ортопедов при выборе методики оперативного лечения пациентов с открытыми зонами роста (табл. 1).

Данные определения костного возраста и ожидаемого роста пациентов при помощи программ машинного обучения

Таблица 1

Пациент	Программа	Пол	Возраст	Рост, см	Рост матери, см	Рост отца, см	Костный возраст	Ожидаемый рост
1	TW2	м	11	161	170	183	12	183
	Auxology						13,1	183
	BoneXpert						13,6	182,8
	BAA						13,9	180,8
2	TW2	м	12,1	170	164	186	13	181,5
	Auxology						14,8	181,5
	BoneXpert						13,83	187,1
	BAA						13,11	184,5
3	TW2	ж	13,3	150	154	178	14,5	159,5
	Auxology						13,9	159,5
	BoneXpert						15,36	152,3
	BAA						13,1	153,4
4	TW2	м	13,5	170	162	168	14	171,5
	Auxology						15,3	171,5
	BoneXpert						14,25	180,9
	BAA						14,11	176,5
5	TW2	м	14	181	173	175	16,5	180,5
	Auxology						15,8	180,5
	BoneXpert						16,35	184,6
	BAA						16,6	183,8
6	TW2	ж	15,3	164	168	175	17,5	165
	Auxology						16	165
	BoneXpert						17,1	165,7
	BAA						15,6	165,4
7	TW2	м	15	178	165	170	15,8	174
	Auxology						17	175
	BoneXpert						17,3	179,5
	BAA						17,6
8	TW2	м	16,7	175	168	180	17	180,5
	Auxology						16,20	180,5
	BoneXpert						17,44	176,5
	BAA						17
9	TW2	м	17	172	165	170	17	174
	Auxology						16,4	175
	BoneXpert						16,54	174,8
	BAA						16,5	177
10	TW2	ж	14	164	175	170	16	166
	Auxology						14,1	166
	BoneXpert						17	164,9
	BAA						14	164

Примечание: в таблице 1 и на рисунке 2 представлены наиболее показательные данные 10 пациентов.

В перцентильной таблице (рис. 2) представлены данные 10 пациентов, включающие их номер, название метода оценки костного возраста и ожидаемого роста, рост пациента и родителей, пол и возраст. В таблице также приведены полученные результаты, которые позволяют провести анализ и сравнение методов оценки. Ожидаемо, это является самым сложным вопросом. Расчет по формуле роста имеет большую погрешность, равную 5 см, что, в свою очередь, имеет ключевое значение в вопросе выбора тактики оперативного лечения. Использование перцентильной таблицы роста может помочь, однако с возрастом и ростом ребенка ожидаемый рост также может изменяться в меньшую сторону.

Рис. 2. Перцентильная таблица по росту и весу для детей мужского и женского пола от 2 до 20 лет

По результатам исследования в среднем в группе из 20 человек у пациентов с костным возрастом, обгоняющим паспортный, разница составила 21 месяц (80 %), а у пациентов с отстающим костным возрастом разница составила 18 месяцев (20 %).

Клинический пример

Хронологический возраст пациента на момент поступления составлял 13,5 лет, рост 168 см, баллы опросника KOOS-Child: Pain – 69; Symptom – 68; ADL (Function in daily living – ежедневная активность) – 65; Sport – 54 [13, 14]. Pedi-IKDC [15] – 68 баллов. Диагноз: разрыв передней крестообразной связки (рис. 3), антеромедиальная нестабильность коленного сустава. Впервые травма колена была получена в результате падения с велосипеда. Повторная травма – на тренировке по боксу, после чего стала беспокоить нестабильность. С целью минимизации рисков и выбора оптимальной оперативной методики пластики ПКС пациенту проводили оценку костного созревания по методам Грейлиха – Пайля и Таннера - Уайтхауса: «костный возраст» составил 14,5 лет, программа Auxology © (Pfizer) - 14,2 года, BoneXpert© – 14,3 года (рис. 4), Bone Age Analyzer – 14,9 года.

Рис. 3. МРТ-исследование коленного сустава в сагиттальной плоскости. Белой стрелкой показано место разрыва передней крестообразной связки

Рис. 4. Расчет костного возраста по рентгенограмме кисти пациента в программе BoneXpert

Прогнозируемый рост пациента на основании рентгенограммы кисти составил 175 см. Целевой рост пациента на основании данных роста родителей составил 170,5 см. Пик активного роста пациента приходился на 12,5 лет. На основании проведенных исследований было принято решение о проведении оперативного лечения в объеме артроскопической ревизии, санации с пластикой ПКС по методике all-inside partial transphyseal. В послеоперационном периоде осложнений отмечено не было. Во время контрольного осмотра спустя 6 месяцев с момента операции объем движений в коленном суставе составил 180-100 гр. Боли и отечность не беспокоили. Баллы опросника KOOS-Child: Pain – 78; Symptom – 93; ADL – 91; Sport – 82. Pedi-IKDC – 74 балла.

В приведенном клиническом случае проведена оценка костного возраста и прогнозируемого роста пациента. Костный возраст опережал хронологический (паспортный) на 1 год. Рост пациента составил 168 см (при целевом 175 см), а IV стадия по шкале Таннера говорила о завершении процесса полового развития.

Следующий контрольный осмотр был проведен через 12 месяцев после проведения оперативного вмешательства. Выполняли рентгенографическое и МРТ исследования коленного сустава. Проводили оценку положения костных каналов в большеберцовой и бедренной костях, повреждения зон роста, наличия/отсутствия угловых деформаций (рис. 5) и целостности трансплантата (рис. 6).

Повторно проводили расчет костного возраста и ожидаемого роста в программе BoneXpert (рис. 7). По результатам исследования разница с паспортным возрастом составила 1,5 года (паспортный 14 лет, костный – 15,5 лет). Рост составил 172 см, а ожидаемый рост снизился до 174 см, что свидетельствует о скором завершении роста пациента.

Рис. 5. МРТ коленного сустава в сагиттальной плоскости (а и б) спустя 12 месяцев после операции, показано расположение канала в наружном мыщелке бедренной кости (белые стрелки) относительно зоны роста (черные стрелки). В корональной плоскости (в и г) также показано расположение каналов в бедренной и большеберцовой костях (белые стрелки) относительно зон роста (черные стрелки)

Рис. 6. МРТ коленного сустава через 12 месяцев после оперативного лечения. Черной стрелкой показана целостность трансплантата

Рис. 7. Расчет костного возраста по рентгенограмме кисти пациента в программе BoneXpert спустя 12 месяцев с момента операции

ОБСУЖДЕНИЕ

Данные, полученные в результате исследования, показывают, что существует разница между хронологическим и костным возрастом. Эти исследования являются достаточно распространенными в научных статьях по эндокринологии и педиатрии, но по специальности «травматология и ортопедия» научных исследований о применении этих методов нет.

Появление и развитие центров оссификации скелета происходит у здоровых детей в строго определенной последовательности. Каждый возраст характеризуется специфической рентгенологической картиной, соответствующей конкретной стадии созревания. Считается, что скелетное созревание является более точным показателем созревания организма, чем хронологический возраст.

Используя костный возраст, можно с определенной долей надежности предсказать конечный рост [6]. В данной работе для определения костного возраста пациентов были использованы два способа: методика “point scoring system” of Tanner and Whitehouse (TW2.1975) [7] и метод оценки костного возраста по атласу Грейлиха-Пайля “atlas matching” method of Greulich and Pyle (Greulich W.W. и Pyle S.I., 1959) [8]. Метод TW2 основывается на точном измерении каждой кости и выражении его в числовом коэффициенте, сумма всех коэффициентов дает показатель костного созревания в целом для кисти и запястья. Суть второго метода заключается в сравнительной оценке рентгенограммы пациента с рентгенограммами здоровых детей соответствующего пола, которые приняты за эталон.

Кроме того, для определения костного возраста использовались программы на основе машинного обучения [9, 10], что является перспективным направлением в данной области. Программа Bone Age Analyzer, разработанная специалистами из Белоруссии [10, 11], является комбинированным алгоритмом определения костного возраста, который базируется на использовании различных моделей нейронных сетей и помогает увеличить точность определения. Данные, полученные на основании проведенного анализа нейросетями, соответствуют данным, полученным при помощи программ BoneXpert© [12], Auxology © (Pfizer) и ручного расчета при помощи атласа Грейлиха – Пайля и метода Таннера – Уайтхауса.

Важно отметить, что заключения радиолога, травматолога и детского эндокринолога могут различаться, так как указанные методы оценки имеют долю субъективности и подчас обусловлены спецификой работы каждого специалиста [16, 17]. Однако использование комбинированных алгоритмов определения костного возраста на основе нейронных сетей помогает уменьшить эту субъективность и увеличить точность определения. Также не возникло сложностей при использовании программы Auxology© (Pfizer) [18, 19].

Существует множество методов для определения костного возраста, однако прогрессивными методами являются те, которые основаны на использовании нейронных сетей и машинного обучения. Это позволяет значительно упростить процесс расчета данных и убрать человеческий фактор из уравнения. Однако в настоящее время доступность таких методов ограничена. Например, хорошо известная программа BoneXpert© [12] может быть недоступна для отечественных врачей вследствие ее высокой стоимости. Тем не менее, есть надежда, что разработки из союзных государств и отечественные разработки станут более доступными в будущем, что положительно повлияет на использование этих методов [20-30]. Таким образом, применение методов машинного обучения является перспективным направлением в определении костного возраста, и существует вероятность, что эти методы станут более широко распространенными и доступными в будущем.

Мы также проводили оценку полового развития пациентов по шкале Таннера, которая предоставляет информацию о стадиях полового созревания, а также оценку костного возраста для определения ростового потенциала ребенка. Для этого исследования мы использовали данные, не требующие специальных методов статистической обработки. Однако мы применяли и обязательные опросники, такие как KOOS-Child и Pedi-IKDC, которые широко распространены в мировой педиатрической травматолого-ортопедической практике. Эти опросники были культурно адаптированы к русскому языку и валидированы для использования у детей с различной патологией коленного сустава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При планировании оперативного лечения пациентов с открытыми зонами роста важно учитывать возрастные особенности и проводить оценку костного возраста, чтобы определить прогнозируемый и целевой рост. Изучение костного возраста помогает определить степень зрелости костей и ростовых зон, которые играют важную роль в формировании скелета и его функции.

В случае, описанном в клиническом примере, пациент еще не закончил свой рост, поэтому проведение каналов через зоны роста могло бы повлиять на их целостность и дальнейшую функцию. В связи с чем мы применили методику all inside partial transphyseal .

При больших показателях ожидаемого роста (> 5 см < 10 см) следует использовать технику all inside all epiphyseal , которая позволяет минимизировать риск повреждения ростовых зон. Кроме того, необходимо учитывать, что, если ожидаемый рост более 10 см фактического, то выполнение оперативного вмешательства следует отложить до более благоприятного времени. Это связано с тем, что введение имплантатов может привести к неравномерной нагрузке на кости и вызвать искривление костного скелета и функциональные нарушения.

Для того, чтобы определить возможность проведения операции, врачу необходимо провести оценку костного возраста и прогнозируемого роста пациента. Различные методы оценки костного созревания могут быть использованы для этой цели, и их применение поможет врачу аргументированно выбрать методику оперативного лечения или же отложить ее до более благоприятного времени. Одним из таких методов является оценка костного возраста по атласу Грейлиха – Пайля или по 20 костям кисти по методу Таннера – Уайтхауса, также возможно использование программы Auxology© и ее аналогов, которые позволяют автоматически провести расчеты на основании занесенных данных.

Таким образом, проведение оценки костного возраста и прогнозируемого роста позволяет выбрать наиболее эффективную методику оперативного лечения и избежать возможных осложнений, связанных с повреждением ростовых зон.