Manifestations tomodensitométriques dynamiques de corps étrangers en bois simulés dans le sang

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9101 (2023) Citer cet article

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Le diagnostic de corps étrangers en bois (WFB) à l'aide de la tomodensitométrie (CT) est souvent manqué, ce qui entraîne des résultats indésirables. Cette étude vise à réduire les erreurs de diagnostic en explorant la variation de densité des mélanges sang-solution saline dans des modèles ex vivo. Vingt bâtonnets de Cunninghamia lanceolata, sélectionnés comme modèles WFB, ont été assignés au hasard à cinq groupes : un groupe témoin (solution saline) et quatre groupes expérimentaux immergés dans des mélanges sang-solution saline à des concentrations variables. Les échantillons ont ensuite été placés dans un bain-marie à température constante à 36,8 °C. Des tomodensitogrammes ont été effectués dans les zones de densité la plus faible et la plus élevée, et le volume des zones de faible densité a été mesuré au poste de travail de post-traitement. Enfin, les effets du temps et de la concentration sur l'imagerie ont été analysés et des courbes d'ajustement ont été générées. La concentration et le temps du mélange sang-solution saline ont affecté de manière significative le nombre de CT dans les trois zones. Les images WFB ont changé dynamiquement au fil du temps, avec deux signes d'imagerie typiques : le signe de l'œil de boeuf sur les images à petit axe et le signe de la ligne de tramway sur les images à grand axe. Les courbes d'ajustement du nombre CT dans les zones de densité les plus faibles avec différentes concentrations peuvent quantifier les changements d'imagerie. Le nombre CT des zones de densité la plus faible a augmenté avec le temps, suivant un type de fonction logarithmique, tandis que le nombre CT des zones de densité la plus élevée présentait un type de plate-forme à croissance rapide. Le volume des zones à faible densité a diminué au fil du temps. Le moment des dommages causés par les WFB et l'influence des différentes teneurs en sang et en liquide tissulaire au site endommagé doivent être pris en compte dans le diagnostic. Les changements d'imagerie de plusieurs tomodensitogrammes à des moments différents peuvent aider au diagnostic.

Les corps étrangers en bois (WFB) retenus dans le corps sont des cas d'urgence clinique courants, entraînant une augmentation du taux de mortalité et d'invalidité. Malgré les progrès des technologies d'imagerie, la détection des WFB reste un défi pour les cliniciens. Les radiologues et les cliniciens effectuant les diagnostics initiaux et les traitements diagnostiquent à tort 38 % des patients présentant des corps étrangers1,2. En règle générale, les patients subissent des évaluations des mois, voire des années après la blessure initiale, mais les évaluations cliniques peuvent ne pas révéler d'antécédents de ponction cutanée1. Dans un cas rapporté par Samuthrat et al.3, une fillette de 2 ans a subi une lésion cérébrale pénétrante transorale après être tombée sur une baguette en bambou, qui a pénétré son palais dur, fracturé la base médiane du crâne et lacéré et contusionné le lobe temporal . Nishio et al.4 ont rapporté une fille de 13 ans qui est tombée alors qu'elle tenait des baguettes en bois à l'âge de six ans, ce qui en a fait se loger une dans sa paupière droite. Bien qu'un médecin l'ait examinée immédiatement, aucun symptôme ne s'est développé pendant sept ans. Leur service a découvert un abcès cérébral et un corps étranger intracrânien par tomodensitométrie (CT) et imagerie par résonance magnétique (IRM) sept ans après la blessure pénétrante. Les WFB ont une structure lâche, absorbent facilement l'eau et se dilatent, se brisent facilement en morceaux et constituent un excellent milieu de culture pour les micro-organismes. De plus, ils transportent souvent des bactéries pathogènes, des irritants chimiques et des toxines, qui peuvent facilement se propager aux tissus voisins, provoquant une infection ou des dommages chimiques3,4.

La tomodensitométrie est la méthode la plus précise et préférée pour diagnostiquer les WFB5,6,7. Cependant, les numéros CT des WFB sont souvent similaires aux densités d'air, de graisse, de tissus mous, de sang et de lésions calcifiées, ce qui entraîne un taux élevé d'erreurs de diagnostic8,9,10,11. De plus, une vue clinique traditionnelle suggère que les WFB ne sont pas visibles sur les tomodensitogrammes. Si les WFB sont négligés, les diagnostics qualitatifs et de positionnement préopératoires deviennent difficiles, entraînant des échecs opératoires ou la nécessité de chirurgies répétées4. Par conséquent, l'étude systématique des caractéristiques d'imagerie changeantes des WFB est cruciale pour améliorer le diagnostic de WFB et minimiser la souffrance des patients13.

Les WFB subissent des changements lors de leur entrée dans le corps et résident généralement dans un environnement de mélange salin sanguin (BSM), ce qui rend leur diagnostic complexe et difficile14. La composition des BSM est complexe et la viscosité des BSM à différentes concentrations varie15. De nombreuses études et rapports de cas se sont concentrés sur les WFB; cependant, les déclarations de cas d'erreur de diagnostic restent l'objectif principal14,16. Les recherches sur la dynamique de la densité des corps étrangers en bois retenus font encore défaut. Ainsi, l'étude de ces dynamiques a une valeur diagnostique et pratique clinique significative.

Un modèle ex vivo a été établi, dans lequel les WFB ont été immergés dans des BSM de concentrations variables, simulant l'environnement interne. À l'aide de CT, nous avons obtenu les changements dynamiques du nombre CT pour la zone de densité la plus faible, la zone de densité la plus élevée et le volume de la zone de faible densité des WFB à plusieurs moments prédéterminés.

Une forêt artificielle à croissance rapide de Cunninghamid lanceolata âgée de 12 ans dans le sud-ouest de la province du Hubei, d'un diamètre d'environ 15 cm, a été sélectionnée et fournie par l'École de foresterie et d'horticulture de l'Université des nationalités du Hubei. Du bois provenant de la même zone de cernes annuels sur la même couche du xylème a été coupé en petits bâtonnets de bois mesurant 40 mm × 2 mm × 2 mm. Les bâtonnets de bois ont ensuite été séchés à 50 °C jusqu'à poids constant (état sec absolu). La densité a été calculée en fonction de la masse et du volume, ρ≈0,38 × 103 kg/m3. Enfin, tous les petits bâtons présentant des différences statistiquement significatives de longueur, largeur, hauteur et volume ont été exclus. L'organigramme de la procédure est illustré à la Fig. 1.

Organigramme de la procédure et des changements de bandes de bois dans le mélange salin sanguin.

Un bain-marie à température constante (Jintan Baita Xinbao Instrument Factory) a été utilisé. Un volume d'eau approprié a été placé dans le bain et la température a été réglée à 36,8 °C. Des tubes en plastique d'une capacité de 5 ml et une bonne étanchéité ont été remplis de BSM de différentes concentrations. Les bâtons de bois préparés ont été fixés à l'aide de fines feuilles de plastique et suspendus au centre des tubes, respectivement. Une solution saline physiologique a servi de composant eau du BSM. Cinq concentrations ont été établies en fonction de la proportion de sang total contenu dans les BSM, y compris le groupe témoin (groupe salin), le groupe d'essai (T) T25 (contenant 25 % de sang total humain), le groupe T50 (50 % de sang total humain), groupe T75 (75 % de sang total humain) et groupe T100 (100 % de sang total humain), avec quatre répétitions pour chaque groupe.

Un tomodensitomètre spiralé à 64 coupes a été utilisé (Philips Ingenuity 64 Slice CT Scanner, Philips, Pays-Bas). La tension du tube a été réglée sur 120 kV, le courant du tube sur 320 mA, le temps de rotation sur 2 s/cycle, le champ de vision d'affichage sur 25 mm × 25 mm, l'épaisseur de la couche de reconstruction sur 1,0 mm, le pas sur 0,984 et un algorithme standard ( Rétroprojection filtrée) a été appliqué pour la reconstruction.

Après avoir établi les modèles de tubes à essai, ils ont été placés sur le lit de tomodensitométrie pour le tomodensitogramme initial afin d'acquérir des informations d'image de base. Ensuite, les modèles ont été immergés dans des tubes à essai contenant des BSM de concentrations variables et placés dans un bain d'eau à température constante. À des intervalles de 6 h, chaque groupe de tubes à essai a été retiré du bain-marie, scanné horizontalement et verticalement pour collecter des données à chaque instant, et scanné jusqu'à 612 h (25,5 jours) après l'établissement du modèle17.

Les données brutes ont été téléchargées sur la station de travail GE ADW4.7 pour une analyse de post-traitement. Les régions d'intérêt dans les zones à plus forte densité et les zones centrales à plus faible densité ont été décrites séparément pour obtenir les numéros CT. Le logiciel de mesure de volume du poste de travail a été utilisé pour mesurer le volume des zones à faible densité des WFB, définies comme une zone avec un nombre CT < 0 HU. Après avoir terminé la collecte de données pour les quatre répétitions de groupe, la moyenne a été calculée et entrée dans la base de données pour analyse.

L'analyse de variance à mesures répétées et la différence la moins significative (LSD) ont été utilisées pour l'analyse statistique afin d'explorer les différences entre les nombres CT des zones à plus faible densité, les zones à plus forte densité et le volume des zones à faible densité des WFB à différents fois et BSM avec des concentrations variables (P = 0,05). Un test asphérique a été réalisé sur les variables. Les différences entre les BSM avec différentes concentrations en même temps ont été testées pour leur signification à l'aide d'une analyse unidirectionnelle de variance et de LSD (P = 0,05). Toutes les données ont été soumises au test de normalité de Shapiro-Wilk avant l'analyse, et les données non conformes à la distribution normale ont été transformées en fonction de log (x + k) ou 1/x. Le logiciel SPSS 25.0 a été utilisé pour l'analyse et l'ajustement des données, tandis que le logiciel Origin 2021 a été utilisé pour la représentation graphique.

Dans cette étude, nous avons observé deux signes d'imagerie typiques en analysant les images CT scan des WFB. Le premier signe était le signe de l'œil de boeuf. Dans les images à petit axe, les bords des WFB affichaient des ombres à haute densité en forme d'anneau, tandis que les zones centrales présentaient des ombres à faible densité en forme de rond. Sur le fond des zones à haute densité sur les bords, ils ressemblaient à des yeux de boeuf (Fig. 2). Le deuxième panneau était le panneau de la ligne de tramway. Dans les images à axe long de la reconstruction multiplanaire, les WFB présentaient des ombres haute densité en forme de bande sur les deux bords et des ombres basse densité au centre, ressemblant à une piste (Fig. 2).

Signes d'images dynamiques de corps étrangers en bois évoluant dans le temps. Le signe dans le mille sur les images à petit axe et le signe de la ligne de tramway sur les images à grand axe.

La concentration et le temps de BSM ont tous deux eu un effet hautement significatif sur le nombre CT des zones de plus faible densité de corps étrangers en bois (P <0, 001, tableau 1), avec une interaction hautement significative entre eux (tableau 1, P <0, 001). Dans l'ensemble, l'augmentation du nombre de CT dans les zones à plus faible densité a diminué avec l'augmentation des concentrations de BSM dans l'unité de temps. Les courbes du nombre de CT de chaque groupe de densité la plus basse dans le temps présentaient initialement une augmentation rapide, suivie d'une augmentation lente (Fig. 3). Avant le début de l'expérience, il n'y avait aucune différence dans le nombre CT des zones de plus faible densité des bâtons de bois entre les groupes. Une fois les bâtonnets immergés dans des BSM avec différentes concentrations, le nombre CT des zones de densité la plus faible de chaque groupe a augmenté de manière significative au cours des 6 premières heures, et le nombre CT des zones de densité la plus faible entre les groupes a montré des différences. Le nombre CT des zones à faible densité du groupe salin a augmenté le plus rapidement, 589 HU de plus que la valeur initiale (− 861,5 HU). Le nombre de CT des zones de plus faible densité du groupe T100 a augmenté le plus lentement, n'augmentant que de 407,5 HU par rapport à la valeur initiale (− 837,5 HU). Par la suite, les changements du nombre de CT dans les zones à plus faible densité de chaque groupe ont affiché une tendance à la hausse lente. Parmi eux, les zones de plus faible densité du groupe NC et du groupe T25 ont disparu respectivement à la 90e et à la 234e heure (nombre CT de WFB > 0 HU). Les courbes d'ajustement des différents nombres CT de chaque groupe au fil du temps sont présentées dans le tableau 2.

Influence de la concentration du mélange salin sanguin simulé sur le nombre CT des zones de plus faible densité de corps étrangers en bois (moyenne ± SE, N = 4). Différentes lettres minuscules indiquent des différences significatives dans différents contenus. (P < 0,05).

La concentration de BSM et le temps ont tous deux affecté de manière significative le nombre de CT des zones à plus forte densité (tableau 1, P <0, 001). Au cours de l'expérience, les courbes de nombre CT des zones de densité les plus élevées dans le temps présentaient un type de plate-forme à montée rapide (Fig. 4). Avant le début de l'expérience, les WFB de chaque groupe étaient tous à faible densité sans zones à haute densité; après avoir été immergé dans des BSM, des zones de haute densité sont apparues à la 6ème heure, et le nombre CT des zones de plus haute densité avait tendance à être constant. Les nombres de CT des zones à plus forte densité des cinq groupes variaient entre 109,25 HU et 125,75 HU, et les nombres de CT des zones à plus haute densité de chaque groupe étaient significativement différents.

Influence de la concentration du mélange salin sanguin simulé sur le nombre CT des zones à plus forte densité de corps étrangers en bois (moyenne ± SE, N = 4). Différentes lettres minuscules indiquent des différences significatives dans différents contenus. (P < 0,05).

La concentration et le temps de BSM ont tous deux eu des effets hautement significatifs sur le volume des zones à faible densité des WFB (tableau 1, P <0, 001), avec des interactions hautement significatives entre eux (tableau 1, P <0, 001). Le degré de diminution du volume des zones à faible densité a diminué à mesure que les concentrations de BSM augmentaient. Les courbes de temps et de volume des zones à faible densité du groupe Saline et du groupe T25 ont montré un déclin rapide, tandis que les courbes de temps et de volume des zones à faible densité des groupes T50, T75 et T100 ont diminué lentement (Fig. 5). Au départ, il n'y avait pas de différence dans le volume des zones à faible densité entre les cinq groupes. Après avoir été immergé dans les BSM, le volume des zones à faible densité de chaque groupe a diminué de manière significative au cours des 6 premières heures. Le degré de réduction de volume dans les zones à faible densité a progressivement diminué du groupe Saline, du groupe T25, du groupe T50, du groupe T75 au groupe T100. Par rapport à la valeur initiale (167,85 mm3), le volume des zones de faible densité du groupe Saline a été réduit de 42,85 mm3 ; le volume des zones à faible densité du groupe T100 n'a été réduit que de 25,09 mm3 par rapport à la valeur initiale (167,59 mm3). Parmi eux, le volume des zones de faible densité a disparu dans le groupe Saline à la 96e heure et le groupe T25 à la 240e heure (nombre CT de WFB > 0 UH). En fin de compte, les groupes restants avaient encore des zones à faible densité de tailles variables.

Influence de la concentration du mélange salin sanguin simulé sur le volume des zones de faible densité de corps étrangers en bois (moyenne ± SE, N = 4). Différentes lettres minuscules indiquent des différences significatives dans différents contenus. (P < 0,05).

Cette étude démontre que les images WFB changent dynamiquement au fil du temps, présentant deux signes d'imagerie typiques : le signe de l'œil de boeuf sur les images à axe court et le signe de la ligne de tramway sur les images à axe long. Nous avons développé des courbes d'ajustement des nombres de CT dans les zones de densité les plus faibles à différentes concentrations pour quantifier les changements d'imagerie des WFB. La concentration de BSM et le temps ont tous deux un effet significatif sur le nombre de CT des zones de plus faible densité de WFB, avec une interaction notable entre eux. Le nombre CT des zones de plus faible densité augmente de façon logarithmique avec le temps ; cependant, cette augmentation diminue à mesure que les concentrations de BSM augmentent. La concentration de BSM et le temps ont tous deux un effet significatif sur le nombre de CT des zones à plus forte densité de WFB. Les courbes de nombre CT affichent un type de plate-forme à croissance rapide. Le volume des zones à faible densité diminue avec le temps, le taux de diminution diminuant à mesure que les concentrations de BSM augmentent.

La densité WFB, qui détermine le nombre CT, est étroitement liée à la capacité d'absorption d'eau des matériaux en bois18. Cette capacité dépend principalement de la structure cellulosique et poreuse du bois, comme le confirme Gao19. Au cours des 6 premières heures de cette étude, le nombre de CT des zones de densité la plus faible et la plus élevée de chaque groupe a augmenté rapidement. Cette augmentation peut être attribuée aux grands pores de la cavité cellulaire interne du bois au cours de la phase initiale d'absorption d'eau, qui reposent sur le système capillaire composé de trachéides axiales pour absorber l'eau à l'aide de la force capillaire, tandis que la lignocellulose absorbe rapidement l'eau20,21 .

De plus, il a été rapporté que le processus d'adsorption isotherme du bois implique principalement une adsorption monocouche rapide sur les sites d'adsorption à l'intérieur du bois. Ce processus peut représenter une autre raison importante des changements rapides de densité des WFB au cours des 6 premières h21. Au fur et à mesure que l'humidité relative augmente, l'adsorption de la deuxième couche et multicouche apparaît progressivement, entraînant l'adsorption d'un plus grand nombre de molécules d'eau par les WFB et une augmentation correspondante de la densité22,23. À mesure que la teneur en eau de la lignocellulose augmente, son hydrophobicité augmente également, ce qui ralentit la capacité d'absorption d'eau20. Le processus d'absorption d'eau des WFB progresse progressivement de la surface vers le centre ; plus on s'éloigne de la surface du bois, plus le taux d'absorption d'eau est lent et plus le changement de densité est relativement lent. Par conséquent, la densité de la zone proche de la surface du bois de la WFB change plus rapidement, tandis que la densité de la zone centrale change plus lentement (Figs. 1, 2).

Le changement de densité WFB représente essentiellement un processus dans lequel l'air à l'intérieur de l'espace de bois, sous l'état sec absolu du WFB, est remplacé en permanence par de l'eau libre et d'autres substances provenant du milieu environnant. En raison des différentes concentrations de BSM, l'eau libre pénètre dans les WFB à des vitesses variables, ce qui retarde le rythme des changements de densité24,25. Simultanément, à mesure que la concentration de BSM augmente, la viscosité du milieu augmente également, ce qui entrave la diffusion des molécules d'eau et réduit la vitesse à laquelle diverses molécules de l'environnement environnant des WFB pénètrent à l'intérieur, retardant ainsi le taux de changement de densité des WFB26,27. . De plus, la composition complexe des BSM signifie que des macromolécules organiques et diverses cellules du sang peuvent adhérer à la surface, formant un film barrière qui ralentit l'entrée des molécules d'eau dans les WFB28. Une autre étude a indiqué que le gaz contenu dans les matières étrangères du bois et les molécules d'eau qui y pénètrent forment un plan gaz-liquide, qui n'est pas propice à l'échange direct de molécules d'eau et de gaz29.

Comme le bord du WFB est en contact direct avec le milieu environnant, l'air à l'intérieur est remplacé à une vitesse nettement supérieure à celle de l'intérieur. Par conséquent, des zones à haute densité apparaissent sur les bords tandis que l'intérieur reste à faible densité. Le panneau de la ligne de tramway est généralement observé sur le grand axe de l'image reconstruite plane, comme on le voit dans les cas de WFB rapportés par Mertel et al.30. Le signe de l'œil de bœuf est principalement visible sur les images à petit axe, comme le démontrent les cas rapportés par Peterson et al.1. Lors de l'imagerie d'un WFB, il est essentiel de prendre en compte la description du patient et sa position dans l'image pour établir un diagnostic précis.

Dans cette étude, le nombre CT de WFB dans le corps varie considérablement au fil du temps. Le nombre CT initial de WFB à l'entrée dans le corps varie de − 800 HU à − 900 HU, avec une densité proche de celle du gaz, nécessitant une différenciation de l'accumulation de gaz dans le corps. Comme les WFB restent dans le corps pendant de plus longues périodes, leur densité de bord augmente tandis que la zone centrale reste à faible densité, et le nombre CT de la zone centrale basse augmente progressivement jusqu'à ce que le WFB devienne globalement à haute densité30. Le nombre CT de la WFB passe progressivement de − 100 HU à − 200 HU, auquel cas la densité est proche de celle de la graisse, nécessitant une différenciation du tissu graisseux. Après un certain temps, la densité des WFB sera similaire à celle de l'eau, des tissus mous, du sang ou de la calcification, nécessitant une différenciation de ces homologues31,32,33,34,35. Les WFB présentent généralement des changements rapides au bord et des changements plus lents dans la zone centrale, ce qui donne une image haute densité en forme d'anneau. Cette caractéristique peut être utilisée comme une manifestation caractéristique. Les radiologues peuvent calculer le nombre CT de corps étrangers en bois dans différents tissus en fonction des équations de courbe d'ajustement du temps et de diverses concentrations pour réduire la probabilité de diagnostics manqués.

Cette étude présente une nouvelle approche pour enquêter sur les WFB en considérant l'état sec comme état initial et en observant dynamiquement les manifestations d'imagerie et les modèles de changement des WFB. De plus, nous avons discuté des facteurs potentiels influençant les changements d'imagerie des WFB et élucidé la nature inhérente de ces changements. Ce travail contribue à une meilleure compréhension des manifestations et des altérations de l'imagerie WFB. Contrairement aux études précédentes sur les WFB, qui ont été menées in vitro ou chez des animaux et examinées à un seul moment6, 7, 35, notre recherche offre une perspective plus complète sur l'imagerie WFB. Ceci est particulièrement important étant donné les changements continus de densité et d'apparence d'imagerie des WFB dans le corps.

Cependant, cette étude présente plusieurs limites. Tout d'abord, nous n'avons étudié que les matériaux en sapin chinois, et les changements de numéro CT peuvent différer pour différents types de corps étrangers en bois. Deuxièmement, nous nous sommes concentrés sur un bois à faible densité, et il reste à déterminer si les corps étrangers du bois à haute densité présentent des motifs similaires. Enfin, la composition du microenvironnement organisationnel dans le corps humain est plus complexe que l'environnement BSM. Les recherches futures devraient viser à établir des modèles pour mieux répliquer l'environnement in vivo. Malgré ces limites, notre étude représente une avancée significative dans le domaine et fournit des informations précieuses pour les enquêtes futures.

En résumé, cette étude élucide l'influence de la concentration sanguine et du temps de rétention sur la densité des WFB au sein des BSM. Les résultats fournissent des informations précieuses pour l'identification et la différenciation des WFB dans les scénarios cliniques. Un diagnostic précis des WFB nécessite une évaluation complète des antécédents médicaux du patient, de l'environnement BSM environnant, du positionnement de l'image et des changements temporels.

Pour les cas où la rétention de WFB est suspectée, une analyse de suivi après une certaine période peut être recommandée. Des altérations caractéristiques des images des deux scans peuvent faciliter des diagnostics cliniques plus précis. Les recherches futures devraient se concentrer sur des études et des essais de haute qualité et bien conçus qui comparent plusieurs outils de diagnostic afin d'améliorer encore la compréhension et la gestion des cas liés à la WFB dans la pratique clinique.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Corps étrangers en bois

Tomodensitométrie

Différence la moins significative

Mélange salin sanguin

Imagerie par résonance magnétique

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Xianzhuo Zhang

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Reçu : 12 août 2022

Accepté : 21 mai 2023

Publié: 05 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35636-0

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