УЗИ костно-суставной системы. +

 

Возможности комплексной ультразвуковой диагностики репаративного остеогенеза в норме при переломах длинных костей у детей.

Ватолин К.В.¹,  Пыков М.И.¹, Выборнов Д.Ю.² , Гуревич А.И.¹ , Синицына Н.В.¹

¹ГОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования Минздравсоцразвития России», г. Москва.

²ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития России», г. Москва.

 

Введение

В последние годы отмечается рост детского травматизма в нашей стране. Это связано с увеличением ДТП, с уходом детей в профессиональные и экстремальные виды спорта. Среди разнообразных травматических повреждений опорно-двигательного аппарата у детей одно из  лидирующих мест занимают  переломы длинных трубчатых костей  [12,13].На современном этапе развития детской травматологии и ортопедии основными  методами диагностики травматических повреждений опорно-двигательного аппарата являются  классические рентгенологические методы исследования, а в ряде случаев PКТ  и МРТ. В то же время использование PКТ и МРТ в практической медицине ограничено из–за: высокой стоимости исследований, незначительной их распространенности в клиниках, а также сложности проведения у пациентов детского возраста (т.е. необходимости специальной подготовки) [14,15,21].

 В настоящее время рентгенография остается ведущим методом диагностики при переломах длинных трубчатых костей у детей  и  контроле за их репарацией. На сегодняшний день подробно изучена рентгенологическая картина консолидации переломов длинных трубчатых костей.  Однако данный метод недостаточно информативен и не позволяет  оценить структуру повреждения мягких тканей, процесс формирования первичной (соединительнотканной) рентгенонегативной мозоли, а самое главное,  оценить состояние кровеносного русла в зоне травматического повреждения и васкуляризацию регенерата, от которого зависит проблема прогнозирования нормального течения репаративного остеогенеза у детей [3,8,11,16,18,19,20].

Учитывая, все вышесказанное, мы пришли к выводу, что на сегодняшний день рентгенологический метод исследования необходимо дополнить комплексным ультразвуковым методом исследования. Этот метод широко используют для диагностики травматических повреждений и  воспалительных заболеваний костей и суставов, остеохондропатий, а также для оценки объемных образований опорно-двигательного аппарата. Основными достоинствами ультразвуковой диагностики по сравнению с другими лучевыми методами являются ее безопасность, неинвазивность, высокая информативность, широкая доступность, возможность многократного динамического выполнения, а также  эта методика не требует специальной подготовки пациента к исследованию опорно-двигательного аппарата.  Благодаря появлению   новых высокочастотных  линейных датчиков (с частотой сканирования 7-17 Мгц) и УЗ допплерографии,  УЗ  метод позволяет полипозиционно оценить  рентгенонегативные  и рентгенопозитивные структуры: хрящ, сухожилия, связки, мышцы, синовиальные сумки, сосуды, нервы, подкожно – жировой слой, кожу, надкостницу, структуру регенерата; поверхность кости, кортикальный слой кости, а также кровоснабжение в интересующей нас области.  Однако внутреннюю структуру неповрежденной  костной ткани (компактное и губчатое вещество кости) оценить при УЗИ не представляется возможным из-за высокого отражения УЗ сигнала от поверхности кости [1,2,5,6,7,11,21,27]. Из отечественных и зарубежных литературных источников мы выяснили, что по данной проблеме имеются единичные публикации, которые проводились преимущественно у взрослых [4,9,22,25,26]. Поэтому данная проблема побудила нас провести  это исследование у детей.

Цель исследования

Цель нашего исследования направлена на изучение динамической эхографической картины репаративного процесса при  переломах длинных трубчатых костей у детей.

Материалы и методы

Исследования проводились на базе ДГКБ им Н.Ф. Филатова в отделении ультразвуковой диагностики КДЦ на современных ультразвуковых  аппаратах  Vivid3, Vivid 7 и Logiq P5  (GE HE, США).Наша методика включала в себя проведение  комплексного УЗ-исследования: это сканирование в В-режиме для оценки структуры мягких параоссальных тканей, поверхности кости, надкостницы и регенерата, а в режимах УЗ ангиографии:  цветовом картировании и спектральной допплерометрии  оценивался кровоток в зоне повреждения. Было обследовано 72 пациента (43  мальчика (60%) и 29 девочек (40%)) в возрасте от 2 до 16 лет с переломами длинных трубчатых костей различной локализации, после проведения консервативного лечения (закрытой репозиции и иммобилизации конечности гипсовой лонгетой), а также после хирургического лечения – металлоостеосинтеза: с фиксацией костных отломков металлоконструкциями (спицами, пластинами, винтами, аппаратом  Илизарова).  УЗД проводилась на разных сроках репаративного процесса (начиная с 1 суток от момента репозиции и заканчивая сроком в 1-3 мес.) в   режиме  реального времени с использованием широкополосных линейных датчиков с частотой сканирования 5-13.5 Мгц  через специально сделанный доступ –«окно» в гипсовой лонгете. После снятия гипса исследование зоны перелома осуществлялось полипозиционно (по всей окружности сегмента конечности). При анализе результатов исследования 72  детей с переломами верхних и нижних конечностей со смещением, все  пациенты были распределены по возрасту и локализации перелома (Таблица  1)

Таб. 1. Распределение пациентов с переломами длинных трубчатых костей по возрасту и локализации перелома

 

Локализация перелома

Возраст детей

 

Всего

 

Итого%

2-4 года

5-7 лет

8-10 лет

11-13 лет

14-16 лет

Проксимальный сегмент плечевой кости (метаэпифиз)

 

 

 

1

1

2

2,8%

Диафиз плечевой кости

 

 

1

1

1

3

4,2%

Метадиафиз плечевой кости

 

 

1

 

1

2

2,8%

Диафиз костей предплечья

1

2

4

8

7

22

30,5%

Дистальный сегмент костей предплечья (метадиафиз и метаэпифиз)

1

3

7

11

10

32

44,4%

Диафиз бедренной кости

 

 

1

 

1

2

2,8%

Дистальный сегмент бедренной кости  (метадиафизарный отдел)

 

 

 

1

1

2

2,8%

Кости голени:  диафиз

 

 

1

2

1

4

5,5%

Кости голени: метадиафизарный отдел

 

1

 

1

1

3

4,2%

Всего  

2

6

15

25

24

72

100%

Итого %

3%

8%

21%

35%

33%

100%

УЗ сравнение мягкотканых, костных структур и гемодинамических  показателей кровотока проводили со здоровой  конечностью.

Результаты исследований и их обсуждение

Обследование пациентов начиналось в В-режиме: с ультразвуковой  оценки структуры мягких параоссальных тканей и поверхности кости здоровой конечности, а затем поврежденной конечности с первоначальным использованием продольного сканирования вдоль длинной оси  конечности, а затем с применением по возможности других проекций (поперечных, косых). Далее в процессе исследования использовались методики ЦДК, ЭД и ИД. При ультразвуковом исследовании верхних конечностей пациенты находились в положении сидя, а нижних конечностей в положении лежа.

В норме в В-режиме: при УЗИ неповрежденной конечности мягкие параоссальные ткани хорошо дифференцированы, средней эхогенности, однородные [1,2,5,6,7,11,23,24]. Кожа  выглядела  в виде  гиперэхогенной гомогенной линейной структуры (тяжа). Толщина кожи варьировала в зависимости от локализации.    Подкожно-жировой слой  преимущественно имел пониженную эхогенность и неоднородную структуру, с чередующимися гиперэхогенными тонкими волокнами. Однако эхогенность и толщина подкожно-жировой клетчатки также вариабельны и зависели от возраста ребенка, чем ребенок старше, тем толще подкожно-жировой слой.  Мышечная ткань: гипоэхогенная, разделена множеством гиперэхогенных соединительнотканных прослоек и имела перистую структуру. Прослойки постепенно переходили в сухожильную часть мышцы. Мышцы всегда имели меньшую эхогенность, чем подкожно-жировая клетчатка и сухожилия. При ЦДК и ИД  в мышцах определялись единичные локусы кровотока.  Сухожилия у мышц конечностей длинные и узкие; при продольном ультразвуковом сканировании имели линейную структуру и повышенную эхогенность. Некоторые сухожилия имеют синовиальную оболочку. Синовиальные влагалища визуализировались как тонкие, толщиной 1-3мм, гипо- или анэхогенные полоски по периферии сухожилия. При ЦДК и ИД кровоток в них не определялся, за исключением участка «брыжейки сухожилия», которое содержит сосудисто-нервный пучок, снабжающий сухожилие. Связки по эхоструктуре  схожи с сухожилиями. Внесуставные связки выглядели как гиперэхогенные линейные фибриллярные структуры, а внутрисуставные визуализировались как гипоэхогенные линейные структуры. Кровоток в норме не фиксировался. Надкостница не визуализируется. Поверхность кости (кортикальный слой) определяется в виде яркой непрерывной гиперэхогенной линейной четкой  структуры, дающей за собой дистальную акустическую тень. Кортикальный слой имел четкие и ровные наружный и внутренний контуры. Толщина его в норме от 0,5 до 1,5 мм. Компактное вещество кости не визуализируется (рис.1). На границе метаэпифизарных отделов длинных костей у детей определяются эпифизарные ростковые зоны, которые представлены хрящевой тканью. При УЗИ в норме зоны роста определяются  в виде гипоэхогенной однородной структуры,  заключенной в гиперэхогенные контуры (рис.2). Гипоэхогенный компонент представлен неминерализованной частью суставного хряща. Наружный гиперэхогенный контур суставного хряща представляет собой место контакта с синовиальной жидкостью. Внутренний гиперэхогенный контур суставного хряща расположен на границе с субхондральной костью, представляет собой область соединения минерализованной части глубокой зоны суставного хряща и субхондральной кости.

Рис. 1. Ребенок 4 года. Продольное УЗИ метадиафизарного отдела левой лучевой кости в н./т и мягких параоссальных тканей в норме. В В-режиме поверхность кости определяется в виде непрерывной гиперэхогенной линейной структуры с четким, ровным контуром, толщиной до 1-1.5 мм. Мягкие ткани средней эхогенности,  дифференцированы на все структуры.

Рис. 2. Ребенок 13 лет. Продольное УЗИ метаэпифизарного отдела правой плечевой кости в в./т, зоны росткового хряща, мягких тканей и метаэпифизарных сосудов в норме, в В-режиме и режиме цветового картирования. В В-режиме поверхность   метафиза и эпифиза определяется в виде непрерывного гиперэхогенного линейного контура, который прерывается в ростковой зоне. Ростковая зона хряща представлена гипоэхогенной однородной структурой, расположенной между эпифизом и метафизом. В режиме ЦДК определяются метафизарные сосуды.

В норме  при проведенииУЗ ангиографии(ИД, ЦДК и ЭД)   кровоток в области мягких параоссальных тканей и вдоль поверхности кости не регистрировался (т.е. был не изменен) на уровне диафизарных отделов костей. На уровне метаэпифизарных отделов  длинных трубчатых костей фиксировался кровоток в проекции ростковых зон, в гиалиновом хряще и в мягких тканях; преимущественно фиксировались артериальные сосуды мышечного типа и единичные вены (рис.3).  При исследовании  магистральных сосудов конечностей в артериях регистрировался кровоток с высоким индексом периферического сопротивления, характерный для сосудов магистрального  типа строения. В венах тип кровотока преимущественно был монофазный или двухфазный  [9,10,22,25]. 

Рис. 3. Ребенок 13 лет. Продольное УЗИ метаэпифизарного отдела правой плечевой кости в в/т, в норме с оценкой кровоснабжения данной области, в триплексном режиме. Визуализируется эпифизарный артериальный сосуд, с нормальным индексом периферического сопротивления.

 Результаты ультразвуковых исследований при переломах

 На 1-2 сутки:При продольном и поперечном ультразвуковом исследовании  зоны перелома  у всех детей отмечалась прерывистость гиперэхогенного кортикального слоя кости различного размера, смещение костных отломков (чаще боковое).  Изменение структуры мягких параоссальных тканей в виде их утолщения и неоднородности (отечность, гематома, инфильтрат). Надкостница  не определялась.  Толщина кортикального слоя оставалась в пределах нормы. Межотломковая зона (зона диастаза) определялась в виде гипоэхогенного линейного участка, а в некоторых случаях в ней определялись мелкие свободно лежащие костные фрагменты в виде гиперэхогенных или повышенной эхогенности включений разного размера и формы (рис.4).Наличие дополнительных металлоконструкций, установленных  в зоне повреждения на поверхности кости (накостные пластины) или  внутри костномозгового канала (спицы, тены, шурупы, аппарат Илизарова) при УЗИ визуализировались соответственно месту расположения металлофиксатора в виде  яркой гиперэхогенной структуры линейной (пластины, тены, спицы) или полукруглой (шурупы, гвозди) формы, с четкими ровными контурами, толщиной от 1 до 2 мм, дающие за собой дистальную акустическую тень.  В режимах цветовой ангиографии кровоток в области интереса  не фиксировался (рис.5).

Рис. 4. Ребенок 12 лет. Продольное УЗИ метадиафизарного перелома левой локтевой кости в н./т. В В-режиме определяется прерывистость кортикального слоя кости и наличие дополнительного свободного костного фрагмента над зоной перелома.

Рис. 5. Ребенок 10 лет. Продольное УЗИ метадиафизарного перелома левой лучевой кости в н./т, со смещением костных фрагментов. В В-режиме определяется прерывистость кортикального слоя кости и смещение костных фрагментов. В режиме ЭД  кровоток в зоне повреждения не фиксируется.

На 3-6 сутки:в В-режиме сохраняется зона дефекта поверхности кости и выраженные изменения со стороны мягких параоссальных тканей в виде гематомы или инфильтата, и отека. Однако  к этому периоду происходит появление  периостальной реакции в виде гипоэхогенной однородной структуры, линейной формы, различной протяженностью, с четкими неровными контурами, толщиной от 1.5 до 4 мм, прилежащей к кортикальному слою костных отломков  и перекрывающей межотломковую  щель (рис.6). Выраженность данной реакции будет зависеть от локализации, вида перелома, положения костных отломков и метода лечения.  При ЦДК происходит появление кровотока  в проекции периоста и в мягких параоссальных тканях.  При ИД фиксировались единичные венозные сосуды  со скоростью 3-15 см/с, а также мелкие артериальные сосуды, преимущественно мышечного типа с индексом периферического от 0,55 до 0,7 и максимальной скоростью  кровотока от 9 до 30 см/с (рис. 7).

Рис. 6. Ребенок 13 лет.  Продольное УЗИ метадиафизарного перелома правой лучевой костив н./т, со смещением. В В-режиме визуализируется периостальная реакция (инфильтрат) в виде  гипоэхогенной, однородной структуры, линейной формы, с неровными контурами, перекрывающий межотломковую щель. Снижена дифференцировка мягких тканей (мягкие ткани повышенной эхогенности, неоднородные по структуре).

Рис. 7. Ребенок 4 года. Продольное УЗИ метадиафизарного перелома левой лучевой кости в н./т. В режимах ЦДК и ИД отмечается появление васкуляризации в зоне повреждения и фиксируется мелкий венозный сосуд со скоростью 5,5 см/с.

На 7-14 суткипри сканировании в В - режиме  сохранялись изменения в мягких тканях: постепенно уменьшалась их толщина (уменьшался отек), однако сохранялась неоднородная структура в виде инфильтрата  или гематомы. При диафизарных и метадиафизарных переломах преимущественно периостально определялось формирование первичной соединительно-тканной  мозоли: вначале  в виде гипоэхогенной  структуры с неровными четкими контурами толщиной от 2 до 4—5 мм, однородной, которая  располагалась над костными фрагментами и межотломковой щелью (рис.8). Постепенно к 14 суткам эхогенность первичного регенерата повышалась, и  регенерат становился изоэхогенным и неоднородным.  При метаэпифизеолизах и эпифизеолизах формирование первичного регенерата преимущественно определялось эндостально  под зоной  перелома (при метаэпифизеолизах) или по ходу зоны роста (при эпифизеолизах).  в виде участка  неправильной овальной формы, различного размера, гипо- или изоэхогенного  с единичными мелкими гиперэхогенными включениями размером до 1 мм, а к 14 суткам в этой области количество  мелких гиперэхогенных включений увеличивалось. При наличии накостных пластин периостальный мягкотканый регенерат формировался над и под пластиной и был значительно толще до 10-13 мм. При наличии  внутрикостных спиц, тенов преобладало формирование эндостального регенерата, тогда как периостальный регенерат был выражен недостаточно толщиной до 5 мм. В режиме цветовой и спектральной допплерометрии отмечалось локальное усиление кровотока в зоне интереса  с появлением мелких артериальных сосудов с низким периферическим сопротивлением 0,43-0,55 и  мелких венозных сосудов со скоростью кровотока 5-8 см/с (рис.9).

Рис. 8. Ребенок  12 лет. Продольное УЗИ   метадиафизарного перелома левой локтевой кости в н./т. В В-режиме определяется формирование первичного периостального регенерата в виде гипоэхогенной однородной структуры, линейной формы толщиной до 4 мм, перекрывающей межотломковую щель.

Рис. 9. Ребенок 12 лет. Продольное УЗИ   метадиафизарного перелома левой лучевой кости в н./т. В режиме ЦДК и ИД определяется артериальный сосуд с низким индексом периферического сопротивления.

На 15-27 сутки  происходило постепенное восстановление нормальной эхоструктуры мягких тканей (организация гематомы, уменьшение  размеров инфильтрата и отека). Зона диастаза между отломками постепенно уменьшалась в размере и становилась выражено неоднородной. Края костных фрагментов приобретали нечеткие, неровные контуры. В этот период продолжалось формирование первичного регенерата с переходом во вторичную костную мозоль. При диафизарных и метадиафизарных переломах периостально структура первичного регенерата приобрела повышенную или высокую эхогенность, линейную форму, неровные контуры, стала неоднородной. Таким образом, формирующаяся костная мозоль определялась в виде  линейных гиперэхогенных структур разного размера, частично соединяющихся между собой  и перекрывающих зону перелома. Толщина мозоли варьировала (рис.10). При метаэпифизарных переломах первичная эндостальная мозоль  стала повышенной эхогенности и выраженно неоднородной по структуре за счет наличия множественных мелких гиперэхогенных включений размером от 2 до 3мм, близко расположенных друг к другу. Щель между костными фрагментами также была заполнена гиперэхогенными включениями, которые соединяли края костных отломков, что свидетельствовало о формировании вторичной интермедиарной костной мозоли (рис. 11). При эпифизеолизах  формирование первичной эндостальной мозоли происходило по ходу ростковой зоны хряща или непосредственно по ходу эпифизарной пластинки в виде увеличения и неоднородности ростковой зоны,  за счет наличия мелких множественных гиперэхогенных включений, уплотнения и утолщения эпифизарной пластинки. Интенсивность кровотока в области интереса постепенно уменьшалась,  сосуды определялись в виде единичных пикселей, а показатели периферического сопротивления постепенно повышались (0,58-0,7) (рис. 12).

Рис. 10. Ребенок 12 лет. Продольное УЗИ   метадиафизарного перелома левой лучевой кости в н/т. В В-режиме определяется формирование вторичной периостальной костной мозоли в виде яркой гиперэхогенной структуры с неровными контурами, частично перекрывающую межотломковую щель. 

 

Рис. 11. Ребенок  7 лет. Продольное УЗИ метаэпифизарного перелома левой лучевой кости в н./т. В В-режиме отмечается формирование вторичной эндостальной костной мозоли в виде множественных мелких гиперэхогенных включений близко расположенных друг к другу и сливающихся между собой.

Рис. 12. Ребенок 12 лет. Продольное УЗИ   метадиафизарного перелома левой лучевой кости в н/т.  В режимах цветовой ангиографии определяется уменьшение кол-ва сосудов в проекции регенерата и мягких тканей. В проекции регенерата визуализируется единичный артериальный сосуд с нормальным индексом периферического сопротивления.

К 28 суткам и далеепроисходило полное сращение зоны перелома за счет сформированной костной мозоли.  При метадиафизарных и диафизарных переломах периостальный костный регенерат полностью перекрывал зону дефекта кости и определялся  как гиперэхогенная линейная непрерывная дугообразная  структура, с четкими неровными контурами, толщиной до 2.0 мм, соответствующая кортикальному слою кости (рис.13). При метаэпифизарных переломах эндостальная мозоль не визуализировалась, а наружный кортикальный слой кости приобрел четкие, волнистые контуры. При эпифизарных переломах зона росткового хряща вновь стала гипоэхогенной, однородной (как в норме), размеры этой зоны нормализовались, а эпифизарная пластинка приобрела неровный, гиперэхогенный контур.  Зона дефекта исчезла. Поверхность кости в месте перелома стала неровной. Структура параоссальных мягких тканей  восстановилась. При ЦДК и ИД режимах  на  28е сутки произошло ослабление кровотока  и его полное исчезновение в проекции сформированной костной мозоли и в мягких  параоссальных тканях (кровоток  в области интереса не фиксировался; что соответствовало исследованию  кровотока  на здоровой конечности).

 

Рис. 13. Ребенок 11 лет. Продольное УЗИ срастающегося диафизарного перелома правой локтевой кости. В В-режиме определяется сформированная костная мозоль в виде линейной гиперэхогенной непрерывной дугообразной структуры, дающая за собой слабую дистальную акустическую тень.

При ультразвуковом исследовании пациентов с закрытыми переломами длинных трубчатых костей со смещением, учитывалась: локализация перелома, вид перелома, наличие смещения костных фрагментов, срок лечения и метод лечения, а также   средние сроки сращения сломанной кости, зависящие от возраста ребенка  и локализации перелома [3,4,8,15,16,18,19]. На основании полученных данных, мы выявили  определенные особенности  УЗ-картины  репаративного процесса у детей с переломами длинных костей, которые позволили выделить следующие стадии течения остеорепарации у детей с переломами костей предплечья [17]  (Таблица 2)

Таб. 2. Ультразвуковая картина динамики репаративного остеогенеза по стадиям при переломах длинных костей предплечья у детей

1 стадия

Острых циркуляторных нарушений (1-2 сутки).

2 стадия

Появления периостальной реакции и васкуляризации в области повреждения (3-6 сутки).

3 стадия

Формирование первичной (соединительнотканной) мозоли  (7-14 сутки).

4 стадия

Формирования вторичной костной мозоли (15-28 сутки).

Процессы остеорепарации при переломах плечевой кости и  костей нижних конечностей (бедренной, большеберцовой и малоберцовой  костей) протекали значительно длительнее, поэтому 3 и 4 стадии остеорепарации соответствовали 7 - 60 суткам [3,8,16].

Выводы

Таким образом, использование комплексного метода ультразвуковой диагностики в детской травматологии при переломах длинных трубчатых костей у детей позволяет оценить формирование костной мозоли на ранних рентгенонегативных стадиях перелома,  получить информацию о состоянии  кровотока в области формирования регенерата, спрогнозировать течение репаративного остеогенеза и дать оценку  его интенсивности.