Comparative study of orbital volumes according to multispiral computed tomography data

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Костная орбита — это сложнейшая анатомическая структура лицевого скелета с серьёзным функциональным значением. Форма и объём орбиты физиологически меняются с возрастом и могут увеличиваться или уменьшаться при различных патологических состояниях [1, 2]. Травматические повреждения орбиты приводят к значимому изменению конфигурации её стенок, а частота повреждений зависит от локализации травмы. Костно-травматические повреждения в области лицевого скелета, составляющие по данным многопрофильных больниц треть всей сочетанной травмы, в 36 % случаев сопровождаются травмой стенок орбиты, а переломы средней зоны лица (орбитальная, щёчно-скуловая и носовая области) сочетаются с переломами орбиты в 80 % [3].

Считается, что точная реконструкция правильной анатомии костных стенок орбиты, восстановление симметрии и объёма необходимы для благоприятного функционального прогноза и устранения эстетического дефекта [2, 4, 5]. По данным многих авторов, недооценка или завышение объёма орбиты при планировании реконструктивных вмешательств могут привести к энофтальму или экзофтальму и, как следствие, к диплопии, возможной потере чувствительности в щёчной и носовой областях [6–8]. По результатам различных ретроспективных исследований процент вторичного послеоперационного энофтальма у пациентов, оперированных по поводу изолированной травмы нижней стенки орбиты, достигает 26,6 % [9, 10].

K. Yab и соавт. [11], а также ряд других авторов на основании анализа КТ-изображений пациентов с переломами орбиты установили, что пока прирост орбитального объёма не превысит 2 мл, энофтальм сохранится на уровне 1 мм. Затем степень западения глазного яблока будет расти пропорционально увеличению объёма орбиты, но при изолированном переломе нижней стенки никогда не превысит 4 мм [1, 12]. Таким образом, достоверный трёхмерный (3D) анализ повреждений стенок орбиты и знания объёма необходимы для точной диагностики и планирования хирургического вмешательства при различных повреждениях [13].

Наиболее часто при планировании реконструктивного лечения травмированной орбиты для сравнения используется здоровая контралатеральная сторона и её индивидуальная костная конфигурация, при этом хирургу необходимо знать, насколько симметричны костные стенки орбиты и как они меняются с возрастом или полом [14]. Ряд исследователей пришли к выводу, что костная орбита и, следовательно, её объём меняются с возрастом [15–18].

Основная проблема при оценке объёма орбиты заключается в её сложной анатомии. Костная орбита имеет пирамидальную форму, с многочисленными отверстиями и локальными изогнутостями. Передняя граница орбиты характеризуется многочисленными костными выступами, такими как надглазничная выемка и передний слёзный гребень [19]. Данная особенность также может являться источником различий в оценке объёма орбиты у пациентов, поскольку передняя апертура орбиты не лежит в пределах одной плоскости [5, 20, 21].

Для определения объёмов орбит учёные используют различные методы, в том числе экспериментальные модели на кадаверах и анализ изображений живых лиц:

• применение стеклянных шариков 1 мм на кадаверах с последующим их погружением в градуированный цилиндр [22];
• создание силиконовых слепков на кадаверах (объём слепков измеряют методом вытеснения воды) [22];
• анализ и оценка данных при использовании конусно-лучевой КТ [23];
• выполнение ручной сегментации на КТ-изображениях с последующим 3D-моделированием [1, 7, 17, 18, 24–26];
• использование искусственного интеллекта и автоматическая/полуавтоматическая сегментация на КТ-изображениях с последующим использованием 3D-программного обеспечения для объёмной орбитометрии [2, 5, 20, 22, 23, 27, 28].

В обзорах, сравнивающих различные методы расчёта объёмов орбит, нет данных о том, какой метод волюмометрии орбиты является наиболее точным, так как каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки [22, 29].

Цель — анализ и сравнение объёмов орбит по данным МСКТ у здоровых пациентов без костно-травматических или костно-деструктивных изменений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для измерения объёмов орбит произвольно были выбраны 50 пациентов, которые проходили обследование в отделении лучевой диагностики № 2 Университетской клинической больницы № 1 Сеченовского Университета с января 2023 г. по февраль 2024 г., и которым выполняли МСКТ лицевого скелета по показаниям, не связанным с патологий орбиты. Были проанализированы КТ-данные 25 женщин и 25 мужчин разных возрастов (от 18 до 85 лет), европеоидной расы.

Критерии включения: возраст пациентов от 18 до 85 лет; интактные костные стенки орбит без костно-травматических или костно-деструктивных изменений.

Критерии исключения: пациенты с наличием в анамнезе травм, оперативных вмешательств, онкологических заболеваний в области орбиты и околоносовых синусов; возраст пациентов до 18 лет; заболевания щитовидной железы и наличие КТ-признаков эндокринной офтальмопатии; осевые аномалии рефракции.

В работе было сформировано 8 групп в зависимости от пола и возраста: 1-я группа — женщины 18–25 лет, 2-я группа — мужчины 18–25 лет, 3-я группа — женщины 26–35 лет, 4-я группа — мужчины 26–35 лет, 5-я группа — женщины 36–50 лет, 6-я группа — мужчины 36–50 лет, 7-я группа — женщины 51 года и старше, 8-я группа — мужчины 51 года и старше.

КТ-исследование лицевого скелета проводили на аппарате Aquilion One 640 по стандартной методике. Голову пациента укладывали на головную подставку, фиксировали центрально, использовали лазерные метки для определения уровней томографирования, получали изображения с толщиной среза не более 0,5 мм, с реконструкциями в костном и мягкотканном режимах. После КТ на полученных изображениях определяли костные границы орбит, по которым проходила маркировка стенок орбит. Необходимым условием правильного выполнения исследования являлась симметричность костных границ для обеих орбит. Для этого необходимо было провести линию через всю длину орбиты и перпендикуляр к её длине для определения наружной границы маркировки.

На каждом аксиальном срезе проводили маркировку всех костных границ орбит, начиная с верхней стенки до уровня дна орбиты с представлением объёмов орбит в миллилитрах. Для точности измерения чётко соблюдали костные границы и учитывали анатомические вариации строения обеих орбит (по методике расчёта объёмов орбит ранее был получен патент РФ «Способ оценки эффективности реконструктивной операции на орбите» RU2638623 C1, 14.12.2017. Бюл. № 35) (рис. 1).

 

Рис. 1. Мультиспиральная компьютерная томография. Обработка изображений для измерения объёмов орбиты: a — аксиальный срез, режим костного окна, маркировка костных границ обеих орбит; b — корональная реконструкция, режим костного окна, маркировка костных границ обеих орбит; c — 3D-реконструкция, объёмы правой и левой орбиты в математических единицах (мл)

Fig. 1. MSCT. Image processing for orbital volume measurement: a — axial section, bone window mode, marking of the orbital bone contours; b — coronal reconstruction, bone window mode, marking of the orbital bone contours; c — 3D-reconstruction, volumes of the right and left orbits in mathematical units (ml)

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

В данном исследовании использовалась ручная сегментация КТ-изображений с маркировкой костных стенок орбит и сравнением с контралатеральной стороной. Несмотря на то что данный способ считается самым затратным по времени — автоматическая или полуавтоматическая сегментация проводятся в разы быстрее, точность маркировки костных границ вручную является наиболее достоверной [23].

В результате проведённых исследований было установлено, что разница объёмов правой и левой орбиты 0,5 мл и более встретилась у 5 женщин из 25 случаев, среди мужчин разница была выявлена в 12 случаях из 25; разница объёмов более 1 мл была отмечена у 1 женщины и у 2 мужчин; разница более 1,5 мл не наблюдалась ни в одной исследуемой группе (рис. 2, 3).

 

Рис. 2. Мультиспиральная компьютерная томография. Обработка изображений для измерения объёмов орбиты. Объём правой орбиты 26,93 мл, объём левой орбиты 26,95 мл, разница составила 0,02 мл

Fig. 2. MSCT. Image processing for orbital volume measurement. The volume of the right orbit was 26.93 ml, the volume of the left orbit was 26.95 ml, the difference was 0.02 ml

 

Рис. 3. Мультиспиральная компьютерная томография. Обработка изображений для измерения объёмов орбиты. Объём правой орбиты 25,69 мл, объём левой орбиты 24,48 мл, разница составила 1,21 мл

Fig. 3. MSCT. Image processing for orbital volume measurement. The volume of the right orbit was 25.69 ml, the volume of the left orbit was 24.48 ml, the difference was 1.21 ml

 

Результаты расчётов объёмов орбит по группам, полу и возрасту приведены в табл. 1. В табл. 2 представлены результаты средних значений объёмов орбит в каждой группе. На рис. 4 показано численное распределение значений объёмов орбит по группам. Было выявлено, что у женщин асимметрия встречалась реже или не превышала разницы в 0,5 мл, а объём правой орбиты преобладал над объёмом левой в 62 % случаев (рис. 5).

 

Таблица 1. Расчеты объёмов орбит по группам, полу и возрасту

Table 1. Calculation of orbital volume by groups, gender and age

Пациент	Возраст, лет	Правая орбита, мл	Левая орбита, мл	Коэффициент асимметрии, мл
18–25 лет, женщины
Пациент 1	20	26,93	26,95	0,02
Пациент 2	19	21,01	21,03	0,03
Пациент 3	24	25,82	25,97	0,15
Пациент 4	19	22,60	22,40	0,2
Пациент 5	22	20,48	22,40	0,4
Пациент 6	24	22,85	22,25	0,6
Пациент 7	23	24,80	24,09	0,71
18–25 лет, мужчины
Пациент 8	20	29,45	29,55	0,1
Пациент 9	25	24,58	24,85	0,27
Пациент 10	24	23,87	23,44	0,43
Пациент 11	18	28,69	29,78	1,09
Пациент 12	22	29,61	28,51	1,1
26–35 лет, женщины
Пациент 13	33	25,17	25,15	0,02
Пациент 14	26	23,92	23,99	0,07
Пациент 15	28	24,71	24,80	0,09
Пациент 16	32	23,73	23,50	0,23
Пациент 17	31	23,26	23,00	0,26
Пациент 18	29	25,15	25,45	0,3
26–35 лет, мужчины
Пациент 19	27	26,41	26,33	0,08
Пациент 20	27	28,25	28,12	0,13
Пациент 21	32	26,37	26,20	0,17
Пациент 22	27	25,53	26,15	0,62
Пациент 23	29	33,73	34,41	0,68
Пациент 24	28	27,54	28,25	0,71
Пациент 25	33	33,56	34,75	1,19
36–50 лет, женщины
Пациент 26	45	22,73	22,68	0,05
Пациент 27	44	26,72	26,65	0,07
Пациент 28	39	27,63	27,74	0,11
Пациент 29	38	25,09	24,70	0,39
Пациент 30	48	25,69	24,48	1,21
36–50 лет, мужчины
Пациент 31	48	25,36	25,47	0,11
Пациент 32	37	27,75	27,64	0,11
Пациент 33	38	27,72	27,50	0,22
Пациент 34	42	30,38	29,97	0,41
Пациент 35	46	25,02	24,31	0,71
Пациент 36	36	31,36	30,55	0,81
51 год и старше, женщины
Пациент 37	71	24,33	24,33	0
Пациент 38	64	23,24	23,15	0,09
Пациент 39	69	29,21	29,32	0,11
Пациент 40	55	28,32	28,03	0,29
Пациент 41	64	24,80	24,35	0,45
Пациент 42	80	25,57	26,37	0,8
Пациент 43	52	26,05	25,23	0,82
51 год и старше, мужчины
Пациент 44	54	29,32	29,17	0,15
Пациент 45	77	30,70	31,09	0,39
Пациент 46	60	26,65	27,13	0,48
Пациент 47	56	28,92	28,38	0,54
Пациент 48	84	28,40	27,51	0,89
Пациент 49	66	27,93	27,01	0,92
Пациент 50	51	29,46	30,41	0,95

 

Таблица 2. Средние значения объёмов орбит по группам

Table 2. Average values of orbital volume by groups

Возрастная группа	Пол	Правая орбита (среднее, мл)	Левая орбита (среднее, мл)
18–25 лет	Ж	23,50 ± 2,43*	23,25 ± 2,18
26–35 лет	Ж	24,32 ± 0,80	24,32 ± 0,97
36–50 лет	Ж	25,57 ± 1,86	25,25 ± 1,98
51+ лет	Ж	25,93 ± 2,15	25,84 ± 2,21
18–25 лет	М	27,24 ± 2,79	27,23 ± 2,90
26–35 лет	М	28,77 ± 3,44	29,17 ± 3,80
36–50 лет	М	29,73 ± 2,57	27,57 ± 2,44
51 год и старше	М	28,77 ± 1,28	28,67 ± 1,26
*Среднее квадратичное отклонение на основании несмещённой оценки дисперсии. *Mean square deviation based on unbiased variance estimation.

 

Рис. 4. Численное распределение значений объёмов орбит по группам

 

Рис. 5. Частота встречаемости асимметрии среди мужчин и женщин по результатам исследования

Fig. 5. The incidence of asymmetry among men and women according to the results of the study

 

Рис. 6. Средний объём правой и левой орбит у женщин и мужчин

Fig. 6. The average volume of the right and left orbits in women and men

 

В результате нашего исследования было установлено, что коэффициент асимметрии орбит у женщин варьировал от 0 до 1,21 мл, у мужчин — от 0,08 до 1,19 мл. Средний объём правой орбиты у женщин составил 24,83 мл, у мужчин — 28,63 мл, средний объём левой орбиты у женщин составил 24,67 мл, у мужчин — 28,16 мл; у женщин объём обеих орбит в среднем меньше, чем у мужчин (рис. 6). Таким образом, объём орбит увеличивается с возрастом как у мужчин, так и у женщин (рис. 7).

 

Рис. 7. Средний объём орбит в разных группах по возрасту и полу

Fig. 7. The average volume of orbits in different age and gender groups

 

ОБСУЖДЕНИЕ

В ранее проводимых исследованиях сообщалось о противоречивых результатах относительно симметрии между объёмами орбит. Так, например, в исследовании O. Lieger и соавт. [30] статистически значимой разницы между объёмами орбит не выявлено, поэтому авторы советуют «отзеркаливать» форму и объём орбиты при проведении реконструкций. Исследование V.B.-H. Shyu и соавт. [5] подтверждает, что разница между объёмами орбит не была статистически значимой, однако в данном исследовании расчёты проводились у пациентов азиатской популяции и могут иметь значимые различия с пациентами европеоидной расы [7]. В нашем исследовании разница объёмов орбит более чем в 0,5 мл чаще встречалась у мужчин (табл. 1).

В работах N.I. Regensburg и соавт. [30] и D. Amin и соавт. [31] исследовались зависимости объёмов орбит от пола, возраста и национальности, а также соотношение объёма костной орбиты, орбитальной жировой клетчатки и объёма глазодвигательных мышц, где было показано, что с возрастом увеличивается соотношение жировой клетчатки к общему объёму орбиты и небольшое уменьшение соотношения глазодвигательных мышц к орбитальному объёму. P. Andrades и соавт. [18] не выявили значимой разницы между правой и левой орбитами (p = 0,73), а самыми важными критериями при оценке объёма орбиты по мнению авторов были возраст, высота и ширина лица и интраорбитальное расстояние.

Полученные в нашем исследовании результаты коррелируют с другими работами в связи с находками по увеличению объёмов орбит с возрастом как у мужчин, так и у женщин. В исследовании J.E. Pessa и соавт. [32] изучались вопросы ремоделирования лицевого скелета у пациентов, начиная с новорождённых и до 76 лет, и было выявлено, что в молодом возрасте (15–24 года) соотношение высоты верхней челюсти к высоте орбиты наибольшее, а в младенчестве (до года) и в возрасте от 53 до 76 лет соотношение изменяется из-за меньшей высоты верхней челюсти по сравнению с большей орбитой. В работах D.M. Kahn и соавт. [33] и Z. Li и соавт. [34] также обнаружились признаки увеличения объёма орбиты с возрастом за счёт резорбции костной ткани, при этом резорбция надглазничного края орбиты была более выражена, чем резорбция нижнеглазничного края орбиты в процессе взросления.

В работе B. Chon и соавт. [15] были проанализированы данные КТ пациентов со средним интервалом времени в 9,4 года. При этом объём орбиты при втором сканировании превышал изначальный объём при первом на 0,91 мл, однако данные авторы связывают увеличение объёма с изменениями мягких тканей орбиты.

S. Ugradar и соавт. [16] отметили, что статистически значимые изменения в объёмах орбит были выявлены у женщин, что можно объяснить снижением плотности костной ткани после менопаузы [2], при этом значимого увеличения объёмов орбит у мужчин не установлено.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе нашего исследования выявлено, что у здорового человека правая и левая орбита асимметричны: разницу в 0,5 мл имеют до 5 женщин из 25 и 12 мужчин из 25, разница в 1,0 мл зафиксирована в 3 случаях из 50. В нашем исследовании также отмечено, что объёмы орбит изменяются и увеличиваются с возрастом как у мужчин, так и у женщин. Учитывая то, что большинство пациентов имели различия в разнице орбит до 1,0 мл, мы согласны с исследованиями, которые указывают на возможность использования здоровой контралатеральной орбиты в качестве ориентира при планировании реконструктивной операции. Однако для планирования хирургического лечения рекомендуется пользоваться ручной маркировкой, так как это позволяет добиться наиболее точной воспроизводимости костных границ орбиты, хотя и требует большего количества времени, чем полу- и автоматическая сегментация. К преимуществам разработанной методики расчёта объёмов орбит в данной исследовании следует отнести воспроизводимость на любой рабочей станции различных производителей, так как метод проводится на стандартной рабочей станции томографа и не требует дополнительного программного обеспечения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Личный вклад каждого автора: Д.В. Давыдов — концепция и дизайн исследования, анализ полученных данных, окончательные правки; Н.С. Серова — концепция и дизайн исследования, консультация схем и КТ-изображений; О.А. Какорина — сбор и обработка материалов, обзор литературы, написание текста; О.Ю. Павлова — анализ полученных данных, редактирование диаграмм и текста.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Информированное согласие на публикацию. Авторы получили письменное согласие пациентов на публикацию медицинских данных и фотографий.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study. Personal contribution of each author: D.V. Davydov — concept and design of the study, analysis of the obtained data, final edits; N.S. Serova — study concept and design, consultation of diagrams and CT images; O.A. Kakorina — collection and processing of materials, literature review, writing the text; O.Yu. Pavlova — analysis of the obtained data, editing of diagrams and text.

Funding source. The study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information within the manuscript.

About the authors

Dmitry V. Davydov

National Medical Research Radiologiсal Center

Email: d-davydov3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8025-4830
SPIN-code: 1368-2453

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Nataliya S. Serova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: dr.serova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2975-4431
SPIN-code: 4632-3235

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow

Olga A. Kakorina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: 20.olgak.02@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-9267-5248
Russian Federation, Moscow

Olga Yu. Pavlova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: dr.olgapavlova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8898-3125
SPIN-code: 8326-0220

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files