RU2289317C2 - Method for registering biomechanical properties of long tubular bones - Google Patents

Method for registering biomechanical properties of long tubular bones Download PDF

Info

Publication number
RU2289317C2
RU2289317C2 RU2004136354/14A RU2004136354A RU2289317C2 RU 2289317 C2 RU2289317 C2 RU 2289317C2 RU 2004136354/14 A RU2004136354/14 A RU 2004136354/14A RU 2004136354 A RU2004136354 A RU 2004136354A RU 2289317 C2 RU2289317 C2 RU 2289317C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mechanical
degree
responses
response
analysis
Prior art date
Application number
RU2004136354/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004136354A (en
Inventor
Тимур Булатович Минасов (RU)
Тимур Булатович Минасов
Алексей Евгеньевич Стрижков (RU)
Алексей Евгеньевич Стрижков
Original Assignee
Тимур Булатович Минасов
Алексей Евгеньевич Стрижков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тимур Булатович Минасов, Алексей Евгеньевич Стрижков filed Critical Тимур Булатович Минасов
Priority to RU2004136354/14A priority Critical patent/RU2289317C2/en
Publication of RU2004136354A publication Critical patent/RU2004136354A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289317C2 publication Critical patent/RU2289317C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

FIELD: medicine, traumatology, orthopedics.
SUBSTANCE: the present innovation deals with predicting lesions and diseases of long tubular bones. The method enables to study biomechanical properties of bones based upon the analysis of mechanic responses after standard stroke-type diagnostic impact. One should perform a dosed stroke in a certain point of a bone followed by receiving, enhancement and analysis of mechanical responses in other parts of this bone due to wide-strip seismographs followed by the analysis of the parameters obtained by the time of signals appearance, maximal amplitude, duration, frequency and degree of attenuating of mechanical impulse. Moreover, diagnostic sensors should be located along both sides against supposed pathological process, that is both from the opposite side and at the side of stroke impact. Then comes comparative analysis of the signal obtained against ideal exponent to detect the degree of soft tissues impact. The degree of fragments contact in case of fractures should be calculated by the decrease of signal's maximal amplitude obtained from a distant seismograph and, also, by the time and maximal amplitude of reflected signal from the nearest one. Mineral density and homogeneity of bony tissue should be detected according to the alteration in frequency and degree of attenuating of mechanical responses from different seismographs.
EFFECT: higher accuracy of diagnostics.
15 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может найти применение в диагностике повреждений и заболеваний длинных трубчатых костей.The invention relates to medicine, namely to traumatology and orthopedics, and can find application in the diagnosis of injuries and diseases of long tubular bones.

Известен способ исследования костной ткани на основе ультразвуковой эхоостеометрии, заключающийся в установке на поверхности диагностируемой области излучателя и приемника-преобразователя ультразвуковых импульсов, приеме, регистрации ультразвуковых импульсов и оценке состояния костной ткани, при этом излучатель и приемник-преобразователь устанавливают по одну сторону от диагностируемой области, а в качестве диагностического параметра принимают длительность полуволны прошедшего импульса (Патент РФ №2071274, А 61 В 8/00, 1997.)A known method for the study of bone tissue based on ultrasonic echoostometry, which consists in installing on the surface of the diagnosed area of the emitter and the receiver-transducer of ultrasonic pulses, receiving, recording ultrasonic pulses and assessing the condition of the bone tissue, the emitter and the receiver-transducer are installed on one side of the diagnosed area , and as a diagnostic parameter take the half-wave duration of the transmitted pulse (RF Patent No. 2071274, A 61 V 8/00, 1997.)

Способ ультразвуковой эхоостеометрии обладает рядом недостатков, в том числе:The ultrasonic echoostometry method has a number of disadvantages, including:

- не обеспечивает достаточно точной топической диагностики локализации патологических процессов и остеопороза;- does not provide a sufficiently accurate topical diagnosis of the localization of pathological processes and osteoporosis;

- диагностическая информация в значительной степени зависит от импеданса параоссальных тканей;- diagnostic information is largely dependent on the impedance of paraossal tissues;

- ультразвуковые колебания для костной ткани являются подпороговыми и быстро затухают, что не позволяет в полном объеме извлекать важные диагностические параметры;- ultrasonic vibrations for bone tissue are subthreshold and quickly decay, which does not allow the full extraction of important diagnostic parameters;

- аппаратура для ультразвукового исследования отличается дороговизной, громоздкостью, требует присутствия врача-функционалиста и специально обученного медицинского персонала, что затрудняет использование при динамическом наблюдении.- equipment for ultrasound is expensive, cumbersome, requires the presence of a functionalist and specially trained medical personnel, which makes it difficult to use during dynamic observation.

Известен способ диагностики дегенеративно-дистрофических изменений костной ткани на основе определения коэффициента абсорбции рентгеновского излучения на компьютерном томографе (а.с. СССР №1680082 А 61 В 6/00).A known method for the diagnosis of degenerative-dystrophic changes in bone tissue based on the determination of the absorption coefficient of x-ray radiation on a computer tomograph (AS USSR No. 1680082 A 61 B 6/00).

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

- высокая лучевая нагрузка на пациента и медицинский персонал;- high radiation exposure to the patient and medical personnel;

- длительность исследования;- duration of the study;

- большая энергоемкость;- high energy intensity;

- дороговизна исследования, требующая использования сложной аппаратуры;- the high cost of research, requiring the use of sophisticated equipment;

- необходимость присутствия врачей-радиологов, специально обученного медицинского персонала.- the need for the presence of radiologists, specially trained medical personnel.

В то же время известно, что адекватной нагрузкой для костной ткани является механическая, для которой она была создана эволюционно, и при патологических процессах биомеханические свойства костей изменяются в первую очередь, что эффективно используется в клинической практике (А.И.Анисимов, 1993). Наиболее чувствительными способами неинвазивной остеометрии являются те, которые основаны на регистрации характера распространения звуковых колебаний в костной ткани, что позволяет диагностировать биомеханические свойства костей в норме и при патологиях, включающие переломы, остеопороз, остеомиелит, опухоли и т.д. Однако все описанные способы основаны на сравнении показателей здоровой и пораженной конечности, что не применимо при двустороннем поражении. При остеопорозе сравниваются механические свойства костей у лиц разных возрастных групп, без учета индивидуальных параметров. В качестве основного диагностического параметра используется лишь максимальная амплитуда сигнала, а влияние мягких тканей не учитывается.At the same time, it is known that mechanical load is an adequate load for bone tissue, for which it was created evolutionarily, and in pathological processes, the biomechanical properties of bones change primarily, which is effectively used in clinical practice (A.I. Anisimov, 1993). The most sensitive methods of non-invasive osteometry are those that are based on recording the nature of the propagation of sound vibrations in the bone tissue, which allows us to diagnose the biomechanical properties of bones in normal and pathological conditions, including fractures, osteoporosis, osteomyelitis, tumors, etc. However, all the described methods are based on a comparison of indicators of a healthy and affected limb, which is not applicable for bilateral lesions. With osteoporosis, the mechanical properties of bones in individuals of different age groups are compared, without regard to individual parameters. As the main diagnostic parameter, only the maximum signal amplitude is used, and the influence of soft tissues is not taken into account.

Наиболее близкими к предлагаемому способу являются способ регистрации физиологических параметров зубочелюстной системы и способ диагностики жевательной функции. Сущность первого способа состоит в возбуждении механических колебаний в одной точке зубочелюстной системы путем дозированного удара в средней части нижней челюсти, прием откликов в виде преобразованных механических колебаний в других точках системы с помощью измерительной аппаратуры, вставленной в наружный слуховой проход, после чего осуществляется сравнение полученных показателей между собой и с эталонными (Патент РФ №2141788, 1998, А 61 В 8/00, А 61 С 19/04, 1999 г.).Closest to the proposed method are a method of recording the physiological parameters of the dentition and a method for diagnosing chewing function. The essence of the first method consists in the excitation of mechanical vibrations at one point of the dentition by means of a dosed shock in the middle of the lower jaw, the reception of responses in the form of transformed mechanical vibrations at other points of the system using measuring equipment inserted into the external auditory canal, after which the obtained parameters are compared between themselves and with the reference ones (RF Patent No. 2171788, 1998, A 61 B 8/00, A 61 C 19/04, 1999).

Недостатками способа являются то, что диагностическое заключение о наличии патологических изменений в костной ткани делается по наличию асимметрии времени сигнала и его амплитудно-частотной характеристике с правой и левой половины исследуемой области, что невозможно использовать, например, при сочетанном двустороннем поражении. Кроме того, диагностическая информация извлекается не полностью ввиду того, что сигнал анализируется как единое целое, не рассматриваются изолированные изменения амплитуды и частоты сигналов, при нарушениях целостности и минеральной плотности костной ткани. Кроме того, недостатком способа является то, что время появления механического отклика регистрируется посредством измерения временного интервала от момента воздействия до появления отклика, что технически на практике трудно реализуемо и ведет к высокой погрешности измерений.The disadvantages of the method are that the diagnostic conclusion about the presence of pathological changes in the bone tissue is made by the presence of asymmetry of the signal time and its amplitude-frequency characteristic from the right and left half of the study area, which cannot be used, for example, with combined bilateral lesion. In addition, the diagnostic information is not completely extracted due to the fact that the signal is analyzed as a whole; isolated changes in the amplitude and frequency of the signals are not considered in case of violations of the integrity and mineral density of bone tissue. In addition, the disadvantage of this method is that the time of occurrence of a mechanical response is recorded by measuring the time interval from the moment of exposure to the appearance of the response, which is technically difficult to implement and leads to high measurement errors.

Сущность способа диагностики жевательной функции состоит в возбуждении механических колебаний в одной точке зубочелюстной системы путем дозированного удара в средней части нижней челюсти, приема откликов в виде преобразованных механических колебаний в других точках системы с помощью измерительной аппаратуры, при этом производится расшифровка механических откликов на составные части по максимальной амплитуде, средней амплитуде, частоте и длительности импульса (Патент РФ №2210309, А 61 В 5/103, 10/00, 2000).The essence of the method for diagnosing chewing function is to excite mechanical vibrations at one point of the dentition by means of a dosed shock in the middle part of the lower jaw, receive responses in the form of transformed mechanical vibrations at other points of the system using measuring equipment, and the mechanical responses to the components are decrypted maximum amplitude, average amplitude, frequency and pulse duration (RF Patent No. 2210309, A 61 V 5/103, 10/00, 2000).

Недостатком способа является то, что отклики не анализируются по степени затухания импульса, в то время как это один из информативных параметров. Кроме того, не оценивается влияние мягких тканей, возможно, потому, что в челюстно-лицевой области они оказывают незначительное влияние на характер кривой, диапазон регистрации ограничивается лишь изучением одного механического отклика, и не изучаются сигналы, отраженные от мест нарушений целостности и патологических изменений кости. В связи с вышеперечисленным применение этих способов ограничивается челюстно-лицевой областью и мало информативно по отношению к длинным трубчатым костям.The disadvantage of this method is that the responses are not analyzed by the degree of attenuation of the pulse, while this is one of the informative parameters. In addition, the effect of soft tissues is not evaluated, possibly because in the maxillofacial region they have a slight effect on the nature of the curve, the recording range is limited only to the study of a single mechanical response, and the signals reflected from the sites of integrity and pathological bone changes are not studied. . In connection with the above, the application of these methods is limited to the maxillofacial region and is not very informative with respect to long tubular bones.

Целью настоящего изобретения является повышение точности диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей на основе анализа дополнительных параметров механических откликов.The aim of the present invention is to improve the accuracy of diagnosis of biomechanical properties of long tubular bones based on the analysis of additional parameters of mechanical responses.

Поставленная цель реализуется тем, что согласно способу регистрации биомеханических свойств длинных трубчатых костей производится возбуждение механических колебаний в одной точке системы путем дозированного удара, с последующим приемом, усилением и анализом механических откликов в других частях системы при помощи измерительной аппаратуры, после чего производится анализ механических откликов по времени прохождения, максимальной амплитуде, частоте и длительности импульса, сравнение полученных показателей между собой и с эталонными, при этом механические отклики регистрируют как с ближайшего, так и с отдаленного сейсмоприемника по отношению к точке механического воздействия, скорость распространения звука по кости определяют на основе разницы во времени появления откликов, после чего осуществляют дополнительный анализ механических откликов по степени затухания, наличию отраженных волн, анализ величины влияния мягких тканей производят посредством сравнения полученного сигнала с идеальной экспонентой, при переломах величину смещения отломков анализируют по снижению максимальной амплитуды механического отклика с отдаленного сейсмоприемника по сравнению с эталонным, а так же времени и амплитудно-частотной характеристике отраженного сигнала с ближайшего сейсмоприемника, степень интерпозиции мягких тканей вычисляют как разницу амплитуд между прямым сигналом от ближайшего сейсмоприемника, отраженным сигналом от ближайшего сейсмоприемника и сигналом с отдаленного сейсмоприемника, минеральную плотность костной ткани определяют измерением частоты и степени затухания механических откликов, снижение частоты сигнала и степени затухания на всех сейсмоприемнаках по сравнению с эталонным расценивают как остеопороз, различная степень затухания механических откликов при одинаковой частоте на ближайшем и отдаленном сейсмоприемниках свидетельствует о неоднородности костной ткани, кроме того, локализацию патологического очага или места перелома определяют по промежутку времени между механическими откликами прямого и отраженного сигнала от ближайшего сейсмоприемника.The goal is realized by the fact that according to the method for recording the biomechanical properties of long tubular bones, mechanical vibrations are excited at a single point in the system by means of a metered impact, followed by the reception, amplification and analysis of mechanical responses in other parts of the system using measuring equipment, after which the mechanical responses are analyzed by travel time, maximum amplitude, frequency and pulse duration, comparing the obtained indicators with each other and with the reference ones, mechanical responses are recorded both from the nearest and from the remote seismic receiver with respect to the point of mechanical impact, the speed of sound propagation along the bone is determined based on the difference in the time of the appearance of the responses, after which an additional analysis of the mechanical responses is performed according to the degree of attenuation, the presence of reflected waves, analysis of the magnitude of the influence of soft tissues is carried out by comparing the received signal with an ideal exponent; in case of fractures, the displacement of fragments is analyzed from below If the maximum amplitude of the mechanical response from the remote geophone is compared with the reference, as well as the time and amplitude-frequency characteristics of the reflected signal from the nearest geophone, the degree of soft tissue interference is calculated as the difference between the amplitudes between the direct signal from the nearest geophone, the reflected signal from the nearest geophone and the signal from a remote seismic receiver, bone mineral density is determined by measuring the frequency and degree of attenuation of mechanical responses, s a decrease in the signal frequency and the degree of attenuation at all seismic receivers compared with the reference one is regarded as osteoporosis, a different degree of attenuation of mechanical responses at the same frequency at the nearest and distant geophones indicates the heterogeneity of bone tissue, in addition, the localization of the pathological focus or fracture site is determined by the time interval between mechanical responses of the direct and reflected signal from the nearest geophone.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации показали, что предлагаемый способ не известен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».Studies on patent and scientific and technical sources of information have shown that the proposed method is not known and does not follow explicitly from the studied prior art, i.e. meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Перед обследованием пациенту проводят стандартное антропометрическое исследование, включающее измерение роста, веса тела, длины конечностей, длины отдельных сегментов, окружности здоровой и пораженной конечности на разных уровнях. Полученные параметры заносятся в компьютерную базу данных. Затем пациенту объясняют смысл исследования, после чего устанавливают один или группу широкополостных сейсмоприемников в определенных точках, которые пальпируются под кожей. Например, для бедренной кости это - большой вертел, надмыщелки, для голени - мыщелки большеберцовой кости, часть ее диафиза, головка малоберцовой кости, лодыжки. Для костей предплечья - локтевой отросток локтевой кости, шиловидные отростки, часть диафизов лучевой и локтевой кости. Для плечевой кости головка и надмыщелки. При этом сейсмопремники располагаются по обе стороны от предполагаемого патологического процесса, например сейсмопремник, расположенный на латеральном надмыщелке бедра, в то время как удар наносится по медиальному надмыщелку, условно обозначен как «ближайший», а сейсмоприемник, расположенный на большом вертеле бедра, обозначен как «отдаленный». Фиг.10 (а - ближайший сейсмоприемник, в - отдаленный сейсмоприемник). Затем производят стандартный дозируемый удар, после которого производится прием, усиление и анализ механических откликов, с последующей расшифровкой их по следующим параметрам:Before the examination, the patient undergoes a standard anthropometric study, including measurement of height, body weight, limb length, length of individual segments, the circumference of a healthy and affected limb at different levels. The obtained parameters are entered into a computer database. Then, the meaning of the study is explained to the patient, after which one or a group of wide-band geophones is installed at certain points that are palpated under the skin. For example, for the femur it is a large trochanter, epicondyles, for the lower leg, the condyles of the tibia, part of its diaphysis, head of the fibula, ankles. For the bones of the forearm, the ulnar process of the ulna, the styloid processes, part of the diaphysis of the radius and ulna. For the humerus, the head and epicondyle. In this case, the seismic receivers are located on both sides of the alleged pathological process, for example, the seismic transducer located on the lateral epicondyle of the thigh, while the blow is applied to the medial epicondyle, is conventionally designated as “the closest”, and the seismic receiver located on the greater trochanter of the femur is designated as “ remote". Figure 10 (a is the nearest geophone, in - the remote geophone). Then produce a standard dosed stroke, after which the reception, amplification and analysis of mechanical responses is carried out, followed by their interpretation according to the following parameters:

- время появления отклика (t1);- response time (t 1 );

- длительность импульса (t2);- pulse duration (t 2 );

- максимальная амплитуда сигнала (Amax);- maximum signal amplitude (A max );

- частота сигнала (sin(x));- signal frequency (sin (x));

- степень затухания сигнала (e-x).- degree of attenuation of the signal (e -x ).

Процесс анализа кривых показан на фиг.4, 5, 6. Время появления сигнала - время между появлением отклика между ближайшим и отдаленным сейсмоприемником t1 на фиг.4, что при известном расстоянии позволяет вычислить скорость распространения механического импульса по участку кости, например если при расстоянии между сейсмоприемниками, равном 35 см, фиксировано время между откликами А и В≈0,00023 сек, то скорость будет равна 0,35 м/0,00023 сек ≈1521,73 м/с. Максимальная амплитуда - расстояние между максимальной и минимальной точкой сигнала. Длительность - время от появления до полного затухания сигнала. Частота - длительность отклика, деленная на количество положительных и отрицательных критических точек перегиба фиг 5. На фиг.6 изображен анализ степени затухания сигнала посредством измерения максимального отклонения всех амплитуд от средней линии. На фиг.7 представлена кривая, отражающая степень затухания механического отклика, представленного на фиг.6. В последующем производится сравнение полученных параметров с ближайшего и отдаленного сейсмоприемника не только со здоровой конечностью и с эталонными, которые получены при обследовании здоровых лиц соответствующего пола, возраста и конституции, но и между собой, что более информативно, так как не бывает двух одинаковых людей и антропометрические параметры конечностей у одного человека в норме и при патологиях так же могут не совпадать, поэтому в предлагаемом способе сейсмоприемники расположены в пределах одной кости.The process of analyzing the curves is shown in Figs. 4, 5, 6. The signal appearance time is the time between the appearance of the response between the nearest and remote geophones t 1 in Fig. 4, which, at a known distance, allows one to calculate the propagation velocity of a mechanical impulse over a bone site, for example, the distance between the geophones, equal to 35 cm, the time between responses A and B≈0.00023 sec is fixed, then the speed will be 0.35 m / 0.00023 sec ≈1521.73 m / s. Maximum amplitude - the distance between the maximum and minimum point of the signal. Duration - the time from the appearance to the complete attenuation of the signal. Frequency — response time divided by the number of positive and negative critical inflection points of FIG. 5. FIG. 6 shows an analysis of the degree of signal attenuation by measuring the maximum deviation of all amplitudes from the midline. Fig.7 is a curve showing the degree of attenuation of the mechanical response shown in Fig.6. Subsequently, the obtained parameters from the nearest and distant geophones are compared not only with a healthy limb and with reference ones, which were obtained by examining healthy persons of the corresponding gender, age and constitution, but also among themselves, which is more informative, since there are no two identical people and the anthropometric parameters of the limbs in one person under normal conditions and with pathologies may also not coincide, therefore, in the proposed method, the geophones are located within the same bone.

При исследовании костей, лишенных мягких тканей, механические отклики приближаются к идеальной экспоненте фиг.1, поэтому оценка величины влияния мягких тканей производится посредством сравнения сигнала с идеальной экспонентой, построенной на основе полученных данных о максимальной амплитуде, частоте, степени затухания, посредством подставления их в формулу: f(x)=Amaxe-x sin(x), фиг.2.In the study of bones deprived of soft tissues, the mechanical responses approach the ideal exponent of Fig. 1, therefore, the magnitude of the influence of soft tissues is estimated by comparing the signal with the ideal exponent, constructed on the basis of the data on the maximum amplitude, frequency, and degree of attenuation, by substituting them in formula: f (x) = A max e -x sin (x), Fig.2.

На фиг.9 изображено вычисление кривой «С», характеризующей влияние мягких тканей на механических отклик, посредством вычитания полученного сигнала «В» от идеальной экспоненты «А», представленной на фиг.8, что после сравнения полученного параметра со здоровой конечностью позволит судить о наличии патологии в мягких тканях, например такой как отек.Figure 9 shows the calculation of the curve "C", characterizing the influence of soft tissues on the mechanical response, by subtracting the received signal "B" from the ideal exponent "A" shown in Fig. 8, which, after comparing the obtained parameter with a healthy limb, will make it possible to judge the presence of pathology in the soft tissues, for example, such as edema.

В норме после диагностического удара сигналы со всех датчиков, расположенных в тестируемых точках, имеют вид затухающей экспоненты, показанной на фиг 3. Максимальная амплитуда сигнала с отдаленного сейсмоприемника составляет не менее 95% от ближайшего фиг.10.Normally, after a diagnostic shock, the signals from all sensors located at the test points have the form of a decaying exponent shown in Fig. 3. The maximum amplitude of the signal from a remote seismic receiver is at least 95% of the nearest one.

При переломах определяется зависимость между величиной контакта отломков и снижением максимальной амплитуды механического отклика с отдаленного сейсмоприемника по сравнению со здоровой конечностью.In fractures, the relationship between the size of the contact between the fragments and the decrease in the maximum amplitude of the mechanical response from a distant geophysic in comparison with a healthy limb is determined.

В норме после удара отклики со всех датчиков регистрируются лишь однократно, так как механический импульс хорошо проходит через суставные поверхности (Андреев В.Н. 1982), однако при исследованиях поврежденных костей, при расположении датчиков со стороны нанесения удара, кроме закономерно ожидаемого первого отклика, через определенный промежуток времени отмечается появление отклика, отраженного от линии перелома, который был взят в качестве дополнительного диагностического параметра и условно обозначен как отраженный сигнал «С» - фиг.11. При этом анализируется время его появления и максимальная амплитуда (Amax2), частотная характеристика и степень деформации по отношению к первому сигналу «А», который обозначен как прямой сигнал, что позволяет судить о площади контакта отломков и степени интерпозиции мягких тканей. При этом влияние интерпозиции мягких тканей вычисляется по формуле Инт.м/тк=А-В-С. «А» - прямой сигнал ближайшего сейсмоприемника, «В» - отклик с отдаленного сейсмоприемника, «С» - отраженный сигнал с ближайшего сейсмоприемника. Например, при смещении отломков по длине максисмальная амплитуда отклика с отдаленного сейсмоприемника составляет менее 10% от прямого сигнала с ближайшего сейсмоприемника, в то время как максимальная амплитуда отраженного сигнала с ближайшего сейсмоприемника доходит до 80% от прямого. При смещении отломков по ширине на 50% максимальная амплитуда отклика с отдаленного сейсмоприемника составляет около 30% от прямого сигнала с ближайшего сейсмоприемника, а максимальная амплитуда отраженного сигнала с ближайшего сейсмоприемника составляет приблизительно 20% от прямого фиг.12.Normally, after an impact, responses from all sensors are recorded only once, since the mechanical impulse passes well through the articular surfaces (Andreev V.N. 1982), however, when examining damaged bones, when the sensors are located on the side of the impact, in addition to the naturally expected first response, after a certain period of time, the appearance of a response reflected from the fracture line, which was taken as an additional diagnostic parameter and is conventionally designated as the reflected signal "C" - 11. In this case, the time of its appearance and the maximum amplitude (Amax2), the frequency response and the degree of deformation in relation to the first signal “A”, which is designated as a direct signal, are analyzed, which makes it possible to judge the contact area of the fragments and the degree of soft tissue interposition. In this case, the effect of soft tissue interposition is calculated by the formula Int.m / mk = A-B-C. “A” is the direct signal of the nearest geophone, “B” is the response from the remote geophone, “C” is the reflected signal from the nearest geophone. For example, when fragments are displaced along the length, the maximum amplitude of the response from the distant geophone is less than 10% of the direct signal from the nearest geophone, while the maximum amplitude of the reflected signal from the nearest geophone reaches 80% of the direct. When the fragments are shifted by 50% in width, the maximum amplitude of the response from the remote geophone is about 30% of the direct signal from the nearest geophone, and the maximum amplitude of the reflected signal from the nearest geophone is approximately 20% of the direct FIG.

В норме частота анализируемого сигнала отражает минеральную плотность костной ткани и зависит от пола и возраста (А.И.Анисимов, В.И.Карпцов, 1993). При остеопорозе наблюдается значительное снижение частоты сигналов со всех датчиков на всех конечностях, до 85% от эталонных. При системном остеосклерозе, например при мраморной болезни, наблюдается увеличение частоты сигнала по сравнению с нормой, в среднем на 10%, фиг.13.Normally, the frequency of the analyzed signal reflects the bone mineral density and depends on gender and age (A.I. Anisimov, V.I. Karptsov, 1993). With osteoporosis, there is a significant decrease in the frequency of signals from all sensors on all limbs, up to 85% of the reference. With systemic osteosclerosis, for example, with marble disease, there is an increase in the frequency of the signal compared with the norm, by an average of 10%, Fig.13.

Степень затухания сигналов отражает однородность костной ткани и в норме одинакова на всех участках кости. При очаговых изменениях в костной ткани в виде очагового остеопороза, например при остеомиелите, отмечается уменьшение степени затухания на датчиках со стороны, противоположной от нанесения удара, по сравнению со здоровой конечностью, фиг.14. При очаговом остеосклерозе, например при костеобразующих опухолях, отмечается увеличение степени затухания сигнала на датчиках со стороны, противоположной от нанесения удара, по сравнению со здоровой конечностью, фиг.15. При этом локализация патологического очага или места перелома определяются по промежутку времени между механическими откликами прямого и отраженного сигнала от ближайшего сейсмоприемника - t3 на фиг.11, 12, 14, 15.The degree of signal attenuation reflects the uniformity of the bone tissue and is normally the same in all areas of the bone. With focal changes in the bone tissue in the form of focal osteoporosis, for example with osteomyelitis, there is a decrease in the degree of attenuation on the sensors from the side opposite to the impact, compared with a healthy limb, Fig. 14. With focal osteosclerosis, for example with bone-forming tumors, there is an increase in the degree of signal attenuation on the sensors from the side opposite to the strike, compared with a healthy limb, Fig. 15. Moreover, the localization of the pathological focus or fracture site is determined by the time interval between the mechanical responses of the direct and reflected signal from the nearest geophone - t 3 in Figs. 11, 12, 14, 15.

Способ повышает точность диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей посредством анализа дополнительных параметров механических откликов, что позволяет провести дифференциальную диагностику различных патологий с возможностью точного определения топической локализации. Способ является легковоспроизводимым, неинвазивным, не требует предварительного обследования, не несет лучевой нагрузки, не имеет противопоказаний, что допускает возможность использования на всех этапах оказания медицинской помощи как самостоятельно, так и в сочетании с рутинными методами обследования, как в амбулаторной практике при первичной диагностике, так и в стационарных условиях для динамического наблюдения в процессе лечения.The method improves the accuracy of diagnosis of biomechanical properties of long tubular bones by analyzing additional parameters of mechanical responses, which allows differential diagnosis of various pathologies with the ability to accurately determine the topical localization. The method is easily reproducible, non-invasive, does not require preliminary examination, does not bear radiation exposure, has no contraindications, which allows the possibility of use at all stages of medical care both independently and in combination with routine examination methods, as in outpatient practice during initial diagnosis, and in stationary conditions for dynamic observation during treatment.

Литература:Literature:

1. Патент РФ №2071274, А 61 В 8/00, 1997.1. RF patent No. 2071274, A 61 B 8/00, 1997.

2. а.с. СССР №1680082 А61 В 6/00, 1988.2. A.S. USSR No. 1680082 A61 B 6/00, 1988.

3. Патент РФ №2141788, 1998, А 61 В 8/00, А 61 С 19/04, 1999.3. RF patent №2141788, 1998, A 61 B 8/00, A 61 C 19/04, 1999.

4. Патент РФ №2210309, А 61 В 5/103, 10/00; 2000.4. RF patent No. 2210309, A 61 B 5/103, 10/00; 2000.

5. А.И.Анисимов, В.Н.Карпцов Остеометрия, функциональная оценка состояния костной ткани, С.-П. 1993. Приложение.5. A.I. Anisimov, V.N. Karptsov Osteometry, functional assessment of bone tissue, S.-P. 1993. Appendix.

Claims (1)

Способ регистрации биомеханических свойств костей, включающий возбуждение механических колебаний в одной точке костной системы путем дозированного удара, последующий прием механических откликов широкополосными сейсмоприемниками, усиление полученных механических откликов и анализ параметров распространения механического импульса с помощью измерительной аппаратуры, отличающийся тем, что широкополосные сейсмоприемники располагают по обе стороны патологического очага так, чтобы ближайший из них находился ближе к точке механического воздействия, регистрируют разницу во времени появления механических откликов А и В соответственно на ближайшем и отдаленном сейсмоприемниках, а в качестве параметров для анализа используют скорость распространения механических импульсов по кости, их степень затухания и наличие отраженного отклика С с определением времени его появления и максимальной амплитуды, а также частотной характеристики этого сигнала, при этом анализ величины влияния мягких тканей производят посредством сравнения полученного сигнала механического отклика А с экспонентой, полученной при исследовании костей, лишенных мягких тканей, величину смещения при переломах определяют по снижению максимальной амплитуды механического отклика с отдаленного сейсмоприемника по сравнению с эталонным показателем, в качестве которого используют амплитуду механического отклика с ближайшего сейсмоприемника или параметры, полученные при исследовании здоровой конечности, степень влияния интерпозиции мягких тканей вычисляют по разности сигналов механических откликов (А-В-С), при определении минеральной плотности костной ткани используют значения частоты и степени затухания механических откликов на сейсмоприемниках, при равномерном снижении которых по сравнению с эталонными показателями диагностируют остеопороз, неоднородность костной ткани определяют по различию частоты и степени затухания механических откликов на ближайшем и отдаленном сейсмоприемниках, а локализацию патологического очага или места перелома определяют по промежутку времени между механическим откликом А на ближайшем сейсмоприемнике и отраженным от него откликом С.A method for recording the biomechanical properties of bones, including the excitation of mechanical vibrations at a single point in the skeletal system by means of a dosed shock, the subsequent reception of mechanical responses by broadband geophones, amplification of the obtained mechanical responses and analysis of the propagation parameters of a mechanical pulse using measuring equipment, characterized in that the broadband geophones are located on both sides of the pathological focus so that the closest of them is closer to the point mechanically about the impact, register the time difference between the appearance of mechanical responses A and B, respectively, at the nearest and distant geophones, and the parameters for analysis are the speed of propagation of mechanical pulses along the bone, their degree of attenuation and the presence of the reflected response C with the determination of the time of its appearance and maximum amplitude , as well as the frequency response of this signal, while the analysis of the magnitude of the influence of soft tissues is performed by comparing the received signal of the mechanical response with the exponent obtained in the study of bones deprived of soft tissues, the amount of displacement during fractures is determined by reducing the maximum amplitude of the mechanical response from a distant geophone as compared to a reference indicator, which is used as the amplitude of the mechanical response from the nearest geophone or parameters obtained in the study of a healthy limb , the degree of influence of soft tissue interposition is calculated by the difference of the signals of mechanical responses (A-B-C), when determining the mineral of bone tissue values, use the values of the frequency and degree of attenuation of the mechanical responses at the geophones, with a uniform decrease in which osteoporosis is diagnosed compared to the reference indicators, the heterogeneity of the bone tissue is determined by the difference in the frequency and degree of attenuation of the mechanical responses at the nearest and distant geophones, and the localization of the pathological focus or location the fracture is determined by the time interval between the mechanical response A at the nearest geophone and the response reflected from it FROM.
RU2004136354/14A 2004-12-14 2004-12-14 Method for registering biomechanical properties of long tubular bones RU2289317C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004136354/14A RU2289317C2 (en) 2004-12-14 2004-12-14 Method for registering biomechanical properties of long tubular bones

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004136354/14A RU2289317C2 (en) 2004-12-14 2004-12-14 Method for registering biomechanical properties of long tubular bones

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004136354A RU2004136354A (en) 2006-05-20
RU2289317C2 true RU2289317C2 (en) 2006-12-20

Family

ID=36658218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004136354/14A RU2289317C2 (en) 2004-12-14 2004-12-14 Method for registering biomechanical properties of long tubular bones

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289317C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750976C1 (en) * 2020-10-16 2021-07-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Method for determining density of bone tissue based on standing wave emission from peripheral skeleton microseisms

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНИСИМОВ А.И. и др. Остеометрия. Функциональная оценка состояния костной ткани. - С.-Петербург, 1993, с.27-39. Seripta medica, Brno, 1980, 534, р.237-240. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750976C1 (en) * 2020-10-16 2021-07-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Method for determining density of bone tissue based on standing wave emission from peripheral skeleton microseisms

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004136354A (en) 2006-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4913157A (en) Ultrasound method and apparatus for evaluating, in vivo, bone conditions
US4941474A (en) Multivariable analysis of bone condition
Protopappas et al. Ultrasonic monitoring of bone fracture healing
US6899680B2 (en) Ultrasound measurement techniques for bone analysis
Augat et al. Biomechanical methods for the assessment of fracture repair
Laugier Instrumentation for in vivo ultrasonic characterization of bone strength
US4926870A (en) Method and apparatus for ultrasonic analysis of bone strength in vivo
US8419643B2 (en) Ultrasonic method and apparatus for assessment of bone
Vallet et al. In vivo characterization of cortical bone using guided waves measured by axial transmission
KR101900122B1 (en) Ultrasound apparatus for assessing the quality of a patient’s bone tissue
US10835202B2 (en) System and method for analyzing tissue using shear waves
Zhang et al. A noninvasive ultrasound elastography technique for measuring surface waves on the lung
EP0299906A2 (en) In-vivo bone quality measurement
Maylia et al. The use of ultrasonics in orthopaedics–a review
Tatarinov et al. Multi-frequency axial transmission bone ultrasonometer
de Oliveira et al. Osteoporosis screening: applied methods and technological trends
Benirschke et al. The use of resonant frequency measurements for the noninvasive assessment of mechanical stiffness of the healing tibia
Sarvazyan et al. Application of the dual-frequency ultrasonometer for osteoporosis detection
RU2289317C2 (en) Method for registering biomechanical properties of long tubular bones
Tatarinov et al. Comparative examination of human proximal tibiae in vitro by ultrasonic guided waves and pQCT
Pelker et al. Wave propagation across a bony discontinuity simulating a healing fracture
RU2302199C1 (en) Method for investigating biomechanical joint properties
RU2342077C1 (en) Method of three-dimensional visualisation of long tubular bones in case of diaphyseal fractures
Bhavsar et al. Bone fracture sensing using ultrasound pitch–catch measurements: a proof-of-principle study
RU2286716C1 (en) Method of diagnosing availability of reparative process ar breaks of long tubular bones

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061215