ИЗУЧЕНИЕ  РАЗВИТИЯ  ХРОНИЧЕСКОГО  ОСТЕОМИЕЛИТА

Федорако  Алексей  Владимирович

студент  6  курса,  кафедра  детской  хирургии  БГМУ,  Республика  Беларусь,  г.  Минск

Е-mail: 

Кепеть  Василий  Аркадьевич

научный  руководитель,  канд.  мед.  наук,  доцент  БГМУ,  Республика  Беларусь,  г.  Минск

«Термин  "остеомиелит"  первым  ввел  Reynaud  в  1831  г.,  что  в  переводе  слатыни  значит  воспаление  костного  мозга.  В  зависимости  от  путей  инфицирования  костного  мозга  различаютгематогенный  и  экзогенный  остеомиелит;  последний  можетвозникать  после  открытых  переломов,  огнестрельных  ранений,  послехирургических  вмешательств  и  тому  подобное.  Возникновение  острого  гематогенного  остеомиелита  (ОГО)  связано  спроникновением  микробов  в  костный  мозг  гематогенным  путем.  Чаще  всего  ОГО  поражаются  интенсивно  растущие  длинные  трубчатые  кости:  большеберцовая,  малоберцовая,  плечевая,  лучевая  и  локтевая  кости»  [7,  c.  157—158].

«Острый  гематогенный  остеомиелит  —  это  гнойное  воспаление  кости,  при  котором  поражаются  костный  мозг,  компактное  вещество  кости  и  надкостница»  [2,  с.  416].  «Вторично-хронический  остеомиелит  —  это  неблагоприятный  исход  лечения  острого  гематогенного  остеомиелита.  Наблюдается  в  случаях  позднего  поступления  и  неэффективного  лечения  острой  формы  заболевания»  [4,  c.  314–315].

Этиология:  «возбудителем  ОГО  в  80—90  %  случаев  являетсястафилококк.  В  последние  годы  увеличился  удельный  вес  смешанной  играмотрицательной  флоры.  Входными  воротами  инфекции  в  раннемвозрасте  могут  являться  гнойные  заболевания  кожи,  слизистых,  пупка,  отиты;  у  детей  более  старшего  возраста  —  кариозные  зубы,  небныеминдалины,  инфицированные  раны  и  др.»  [7,  c.  158].

Патогенез:  «в  настоящее  время  не  вызывает  сомнения,  что  в  основную  роль  в  патогенезе  ОГО  играют  сосудистые  расстройства.  В  самых  разных  стадиях  заболевания  в  капиллярах  костного  мозга  происходит  активизация  тучных  клеток  с  повышением  проницаемости  сосудистой  стенки.  Возникает  выраженный  отек  костного  мозга  —  основной  механизм  повышения  внутрикостного  давления.  При  этом  на  первом  этапе  болезни  возникает  серозное,  а  затем  фибринозное  и  гнойное  воспаление.  Важная  особенность  воспалительного  процесса  состоим  в  том,  что  он  замкнут  ригидными  стенками  костной  трубки,  что  приводит  к  сдавливанию  вен,  а  затем  и  артерий»  [5,  c.  782].  При  этом  после  4—5-х  суток  распространение  гноя  приводит  к  отслойке  надкостницы,  что  в  совокупности  приводит  к  тотальной  ишемии.  Это,  в  свою  очередь,  способно  нарушить  восстановительную  способность  и  привести  к  развитию  хронической  формы  заболевания.

Актуальность:  в  последние  годы  рациональный  выбор  хирургического  лечения  и  антибактериальной  терапии  позволил  существенно  снизить  летальность  от  данного  заболевания.  Но,  несмотря  на  значительные  успехи  в  лечении  ОГО,  актуальность  данной  темы  сохраняется  в  виду  риска  инвалидизации  пациента.  Иногда  у  пациентов,  получающих  полное  и  адекватное  лечение,  в  одном  случае  наступает  полное  выздоровление,  в  других  случаях  наблюдается  переход  в  хроническую  форму  (ХФ).  У  пациента,  представленного  на  рисунке  1  уже  через  год  после  поражения  плечевой  кости  отмечается  укорочение  конечности  на  12  мм,  что  в  будущем  может  существенно  снизить  качество  его  жизни.

Для  прогнозирования  риска  развития  хронического  гематогенного  остеомиелита  (ХГО)  предлагается  метод  экспертных  оценок  (МЭО)  —  математико-аналитический  метод  для  создания  экспертной  системы,  которая  имеет  функции  передачи  клинического  опыта  специалиста  в  данной  области  и  внедрения  в  диагностику  математического  анализа. 

«Экспертная  система  (ЭС)  —  это  программа  для  компьютера,  которая  оперирует  со  знаниями  в  определенной  предметной  области  с  целью  выработки  рекомендаций  или  решения  проблем  путем  воспроизведения  компьютерными  средствами  методики  решения  проблем,  которая  применяется  экспертом»  [4,  c.  11—14].

В  ходе  первого  этапа  —  интуитивно-логического  анализа  задачи,  определяются  критерии,  теоретически  способные  влиять  на  исход  заболевания;  выстраиваются,  так  называемые,  искусственные  нейронные  сети  (ИНС),  которые  связывают  критерии  в  алгоритм,  пытаясь  имитировать  мышление  врача  при  постановке  диагноза.  При  этом  часть  цепочек  говорит  в  пользу  диагноза,  а  часть  его  опровергает.  Далее  критерии  оцениваются  количественно,  с  использованием  балльного  метода,  который  напрямую  зависит  от  степени  корреляции  признака,  и  качественно,  по  методу  интервальных  шкал  (ИШ).

ИШ  —  это  шкала,  измерения,  в  которой  не  только  упорядочены  по  рангам,  но  и  разделены  определенными  интервалами.  В  интервальной  шкале  установлены  единицы  измерения,  имеющие  размеренность  (градус,  секунда  и  т.  д.).  Измеряемому  здесь  объекту  присваивается  число,  равное  количеству  единиц  измерения,  которое  оно  содержит.  При  этом  выбранные  критерии  распределяются  по  группам  с  максимальным  баллом  в  зависимости  от  степени  их  влияния  на  исход  заболевания,  что  определяется  как  статистически,  так  и  посредством  совета  специалиста  в  данной  области;  результаты  представляются  в  виде  графика,  который  формируется  из  балла  при  поступлении  и  балла  за  каждый  день  пребывания  в  стационаре.

«Когда  построена  (подобрана  подходящая  модель  исходной  задачи,  то  естественно  искать  решение  в  терминах  этой  модели.  На  этом  этапе  основная  цель  заключается  в  построении  решения  в  форме  алгоритма,  состоящего  из  конечной  последовательности  инструкций,  каждая  из  которых  имеет  четкий  смысл  и  может  быть  выполнена  с  конечными  вычислительными  затратами  за  конечное  время»  [1,  c.  16].

«Для  описания  процессов  нам  нужен  подходящий  язык,  и  с  этой  целью  мы  используем  язык  программирования  Лисп.  Точно  так  же,  как  обычные  наши  мысли  чаще  всего  выражаются  на  естественном  языке  (например,  английском,  французском  или  японском),  а  описания  количественных  явлений  выражаются  языком  математики,  наш  процедурные  мысли  будут  выражаться  на  Лиспе.  Лисп  был  изобретен  в  конце  1950-х  как  формализм  для  рассуждений  об  определенном  типе  логических  выражений,  называемых  уравнения  рекурсии  (recursionequations),  как  о  модели  вычислений.  Язык  был  придуман  Джоном  Маккарти  и  основывается  на  его  статье  «Рекурсивные  функции  над  символьными  выражениями  и  их  вычисление  с  помощью  машины»  (McCarthy  1960)»  [8,  c.  23].

На  данный  момент  аналогичного  программного  обеспечения  (ПО),  используемого  для  прогнозирования  риска  развития  ХГО,  в  практической  медицине  Республики  Беларусь  не  создано,  что  говорит  о  необходимости  активного  развития  этой  области.

Результаты  и  обсуждение

Сущностью  данной  работы  является  определение  критериев  для  прогнозирования  риска  развития  вторичного  хронического  гематогенного  остеомиелита  с  использованием  метода  экспертных  оценок  и,  на  основе  этого,  построение  нейронных  сетей  для  последующего  их  использования  в  создании  программного  обеспечения.  ИНС  —  математическая  модель,  а  также  её  программная  или  аппаратная  реализация,  построенная  по  принципу  организации  и  функционирования  биологических  нейронных  сетей  —  сетей  нервных  клеток  живого  организма.  То  есть  критерии  связываются  в  алгоритм,  пытаясь  имитировать  мышление  врача  при  постановке  диагноза.  Это  позволит  в  будущем  внедрить  в  диагностику  программное  обеспечение.

Изначально  критерии  выбирались  с  точки  зрения  патофизиологических  изменений,  а  после  соотносились  с  теми  рутинными  методами,  которые  используются  при  диагностике  ОГО.

Для  этого  проведен  ретроспективный  анализ  33-х  историй  болезней  пациентов  в  возрасте  от  1  года  до  16  лет  с  диагнозом  острый  гематогенный  остеомиелит,  наблюдался  один  случай  перехода  в  хроническую  форму.  Важно  отметить,  что  на  данном  этапе  исследования  важна  сама  схема  постановки  диагноза,  описанная  в  историях  болезни,  и  рутинные  исследования,  которые  используются  при  этом.  Далее  критерии  будут  обрабатываться  с  учетом  базы  данных,  которую  будет  коррелировать  программа  прогнозирования  с  учетом  статистических  данных,  путем  различных  отчетов. 

Определение  риска  развития  вторично-ХГО  подразумевает  диагноз  ОГО.  Именно  поэтому  следует  остановиться  на  некоторых  методах  диагностики.

Цитологический  метод  диагностики  оказался  информативен  в  92,10  %  случаев,  микробиологический  метод  и,  проведенная  у  5  пациентов  с  использованием  остеотропногорадиофармпрепарата,  сцинтиграфия  показали  100  %  диагностический  результат.  Эти  данные  могут  быть  использованы  для  прогностической  оценки  вероятности  диагноза  ОГО  у  пациентов,  обратившихся  к  специалисту  с  различным  набором  исследований,  в  частности  результаты  костной  пункции  с  проводимой  в  дальнейшем  микроскопией  в  8,9  %  случаев  дали  ложноотрицательный  результат,  что  говорит  о  целесообразности  проведения  различный  как  лабораторных,  так  и  инструментальных  исследований.

На  следующем  этапе  анализировался  важнейший  показатель  —  срок  поступления  пациента  в  стационар  от  момента  начала  заболевания.В  основе  выбора  данного  критерия  с  точки  зрения  патофизиологии  лежала  особенность  течения  патогенеза  воспалительного  процесса  в  кости:  ригидность  костной  ткани  приводит  к  увеличению  внутрикостного  давления,  сосудистой  обструкции  и  ишемии,  которая  оказывает  большое  влияние  на  объем  поражения,  что  увеличивает  риск  развития  ХГО.

На  рисунке  4  показана  структура  пациентов  по  сроку  поступления  в  стационар  от  момента  начала  заболевания.  До  1-х  суток  поступило  9,1  %,  от  1-х  суток  до  3-х  36,4  %,  в  срок  от  3-х  до  10-и  суток  48,5  %  и  в  срок  более  10  суток  6  %  пациентов.  Именно  в  последней  группе  наблюдался  случай  перехода  ОГО  в  ХГО,  что  в  совокупности  с  патофизиологией  процесса  (при  длительном  нарушении  питания  кости  более  вероятно  развитие  ХГО),  позволяет  с  уверенностью  говорить  о  необходимости  включения  данного  показателя  в  критерии  прогнозирования.

При  поступлении  в  учреждение  здравоохранения  каждый  пациент  осматривается  медицинским  специалистом.  При  этом  обращается  внимание,  как  на  общее  состояние,  так  и  на  локальные  признаки,  степень  развития  которых  может  сказать  о  тяжести  процесса,  а  опытному  врачу  иногда  и  сразу  дать  ответ.  Однако  разной  степени  выраженности  симптомы  наблюдаются  в  различные  сроки,  что  говорит  о  состоянии  общего  статуса  макроорганизма.  Из  вышесказанного  следует,  что  результаты  осмотра,  в  совокупности  со  сроками  поступления,  необходимо  включить  как  критерий  прогнозирования  ХГО.

Данный  признак  целесообразно  оценивать  с  использованием  метода  интервальных  шкал,  при  этом  симптомы  распределяются  по  группам  с  максимальным  баллом  в  зависимости  от  степени  их  влияния  на  исход  заболевания,  что  определяется  как  статистически,  так  и  посредством  совета  специалиста  в  данной  области

При  анализе  симптомов  и  жалоб  наблюдались  следующие  тенденции:  до  1-х  суток  преимущественно  определялись  жалобы  на  боль,  нарушение  функции  конечности,  инфильтрация  тканей,  повышение  температуры  тела  до  фебрильных  цифр  и  выше;  в  срок  от  1-х  до  3-х  суток  к  уже  имевшимся  добавлялись  отек  и  гиперемия,  а  в  срок  свыше  5  суток  явное  повышение  температуры  местно,  усиление  венозного  рисунка  (рисунок  5).  При  формировании  балла  при  поступлении  учитывается  количество  предъявляемых  жалоб  и  симптомы  появляющиеся  позже  оцениваются  выше,  как  показатель  более  глубокого  поражения.  Проявление  поздних  симптомов  в  более  ранние  сроки  резко  увеличивает  риск  развития  ХГО.

В  соответствии  с  различной  выраженностью  жалоб  и  сроками  осмотра  от  момента  начала  заболевания  ниже  схематично,  в  виде  таблицы,  представлен  участок  нейронной  сети.  Соответственно  с  созданием  базы  данных  в  графе  ОГО  и  ХГО  помимо  значений  X  и  Yсоответственно,  появятся  коэффициенты,  отражающие  ту  или  иную  точность  постановки  диагноза.  В  качестве  диагноза  выступает  как  ОГО,  так  и  ХГО 

База  данных  создается  в  виде  индивидуальной  истории  болезни  пациента  с  созданием  отчетов,  которые  и  будут  коррелировать  коэффициенты,  а  также  формировать  статистическую  зависимость  участков  нейронных  сетей.

Следующий  критерий  —  это  возраст  пациента.  Патофизиологической  основой  является  несостоятельность  иммунного  ответа  детского  организма,  быстрое  истощение  компенсаторных  ресурсов,  особенно  в  возрасте  до  года.  «С  точки  зрения  анатомии  наблюдается  различное  строение  сосудистой  сети  кости.  У  детей  до  года  и  старше  15  лет  присутствуют  капилляры  в  эпифизарной  части,  что  ведет  к  распространению  инфекции  на  эпифиз,  развитию  гнойного  артрита»  [6,  c.  15].  Приведенные  выше  анатомические  и  патофизиологические  особенности  легли  в  основу  выделения  возраста  ребенка,  как  критерия  риска  развития  ХГО. 

Приведена  структура  распределения  пациентов  по  возрасту.  В  группу  от  года  до  трех  лет  вошло  два  ребенка,  от  трех  лет  до  шести  —  четыре,  от  шести  до  одиннадцати  лет  —  пятнадцать,  от  двенадцати  до  шестнадцати  лет  —  двенадцать.  Переход  в  хроническую  форму  наблюдался  в  группе  от  трех  до  шести  лет,  но  в  виду  малой  выборки  не  имеет  статистического  значения.

На  основе  приведенных  выше  данных  составлен  участок  нейронной  сети,  его  схема  приведена  в  таблице  1.  Приведенные  в  таблице  статистические  данные  рассчитаны  на  основании  сведений,  приведенных  в  [6,  с.  20—21].

Таблица  1. 

Схема  нейронной  сети  по  параметру  возраст  и  пол

Следующий  критерий  —  это  локализация  очага  поражения.  При  исследовании  данной  проблемы  в  области  верхней  конечности  очевидно  чаще  поражается  плечевая  кость  —  в  48,5  %  случаях,  поражение  ключицы  наблюдалось  в  9,1  %  случаев,  лопатки  —  в  12,1  %  случаев,  лучевой  —  в  18,2  %  случаев,  локтевой  в  12,1  %  случаев. 

Следует  отметить,  что  при  поражении  плечевой  кости  в  двух  случаях  наблюдалось  тотальное  поражение  и  1  случай  перехода  в  ХФ.  Исходя  из  полученных  данных,  можно  сделать  предположение,  что  различное  анатомическое  расположение  и  строение  может  влиять  на  глубину  поражения  и,  следовательно,  на  риск  развития  ХГО.

При  лечении  из  33-х  пациентов  14-ти  оказывалось  хирургическое  лечение,  соответственно  глубина  поражения  отображает  выбор  лечебной  тактики.  На  рисунке  8  представлено  соотношение  оказываемой  помощи  (хирургической  и  консервативной)  при  той  же  локализации. 

Наиболее  часто  хирургическая  помощь  оказывалась  при  поражении  лопаточной  кости  (75  %  хирургическая  и  25  %  консервативная)  и  локтевой  кости  (75  %  хирургическая  и  25  %  консервативная).  При  поражении  ключицы  соотношение  следующее:  33,3  %  хирургическая  и  66,7  %  консервативная,  плечевая:  31,3  %  хирургическая  и  68,7  %  консервативная,  лучевая:  33,3  %  хирургическая,  66,7  %  консервативная. 

При  оказании  пациентам  хирургической  помощи  выполнены  операции  в  следующем  соотношении  остеоперфорация  со  сквозным  дренированием  —  41  %,  артротомия  —  6  %,  вскрытие  флегмоны  —  53  %. 

Всего  было  проведено  17  хирургических  операций.  Следует  отметить,  что  при  этом  случае  перехода  в  ХГО  пациенту  было  оказано  адекватное  лечение  в  полном  объеме.  Это  говорит,  о  необходимости  дальнейшего  отбора  различных  критериев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При  проведении  данной  научной  работы  были  определены  критерии  для  формирования  схем  ИНС,  на  основе  которых  возможно  создание  ПО  с  функцией  прогнозирования  риска  развития  ХГО  по  МЭО.  На  данном  этапе  исследования  на  основе  анализа  патофизиологии  процесса  и  клинических  случаев  с  использованием  метода  ИШ  выделены  критерии  на  момент  поступления:  время  поступления  от  начала  заболевания,  возраст  пациента,  локализация  процесса,  результаты  осмотра,  пол  пациента,  а  также  различные  комбинации  вышеуказанных  критериев.  На  рисунке  10  отображена  схема  взаимодействия  критериев  при  построении  ИНС.

В  стадии  разработки  находится  база  данных  в  формате  истории  болезни,  с  функцией  статистической  обработки  данных  и  выводом  отчетов  на  печать,  что  позволит  контролировать  показатели  ИНС  для  прогнозирования  риска  развития  ХГО. 

Предложена  разработка  программного  обеспечения  для  скрининг-диагностики  и  прогнозирования  риска  развития  ХГО  с  целью  оптимизации  лечения  на  основе  клинических  данных  с  применением  математического  анализа.

Список  литературы:

1. Ахо  А.,  Хопкрофт  Д.,  Ульман  Д.  Структуры  данных  и  алгоритмы/А.  Ахо,  Д.  Хопкрофт,  Д.  Ульман  Издательский  дом  "Вильяме",2003  —  С.  16.
2. Баиров  Г.А.  Срочная  хирургия  для  детей.  Руководство  для  врачей/  Г.А.  Баиров  Питер  Пресс,  1997.  —  С.  416.
3. Детская  хирургия:  национальное  руководство/  под  редакцией  Ю.Ф.  Исакова,  А.Ф.  Дронова.  М.:  ГЭОТАР-Медиа,  2009.  —  С.  782.
4. Джексон  П.,  Введение  в  экспертные  системы  /  П.  Джексон.  Вильямс,  2001.  —  С.  11—14.
5. Катько  В.А.  Детская  хирургия  /  В.А.  Катько  Вышэйшая  школа,  2009.  —  С.  314—315.
6. Катько  В.А.  Гематогенный  остеомиелит  у  детей:  монография  /  В.А.  Катько.  Минск:  БГМУ,  2007.  —  С.  15—16,  —  С.  20—21.
7. Лосев  А.А.  Детская  хирургия/  А.А.  Лосев  Одесса,  2009.  —  С.  157—158.
8. Харольд  Абельсон,  Джеральд  Джей  Сассман,  при  участии  Джули  Сассман  Структура  и  интерпретация  компьютерных  программ/  Харольд  Абельсон,  Джеральд  Джей  Сассман,  при  участии  Джули  Сассман  Добросвет,  2004  —  С.  23.