Pag-diagnose ng osteoarthritis: MRI ng articular cartilage

Ang MRI na larawan ng articular cartilage ay sumasalamin sa kabuuan ng histolohikal na istraktura at biochemical composition nito. Ang articular cartilage ay hyaline, na walang sariling supply ng dugo, lymphatic drainage at innervation. Ito ay binubuo ng tubig at ions, fibers ng uri II collagen, chondrocytes, pinagsama-samang proteoglycans at iba pang mga glycoproteins. Ang kolagen fibers ay pinalakas sa subchondral layer ng buto bilang isang anchor at patakbuhin patayo sa ibabaw ng magkasanib na kung saan sila magkakaiba pahalang. Sa pagitan ng mga fibers ng collagen ay malaking proteoglycan molecules, na may isang makabuluhang negatibong singil, na intensively umaakit molecules ng tubig. Ang mga chondrocyte ng kartilago ay nakaayos sa kahit haligi. Pinagsasama nila ang collagen at proteoglycans, pati na rin ang mga enzyme degraders sa isang hindi aktibong form at inhibitors ng enzymes.

Histologically, mayroong 3 layers of kartilage sa malaking joints, tulad ng tuhod at femoral. Ang pinakamalalim na layer ay ang compound ng kartilago at subchondral buto at naghahain bilang isang landing layer malawak na network ng collagen fibers pagpapalawig mula sa mga ito hanggang sa ibabaw ng siksik bundle interconnected sa pamamagitan ng maraming mga fibrils cross-nagli-link. Ito ay tinatawag na radial layer. Patungo sa articular ibabaw hiwalay na collagen fibers maging thinner at bonded magkasama sa isang regular na parallel array compact at may mas kaunting mga krus link. Middle layer - isang palampas, o intermediate naglalaman ng mas maraming sapalarang organisado collagen fibers, karamihan sa mga ito ay nakatuon obliquely na may isang view upang labanan ang vertical na naglo-load, ang presyon at shock. Ang pinaka-mababaw na layer ng articular kartilago, na kilala bilang tanghential, - manipis na layer makapal nakaayos uusapan oriented na collagen fibers, tutol makunat pwersa na kumikilos sa ilalim ng load compression, at bumubuo ng isang hindi tinatagusan ng tubig barrier ng interstitial tuluy-tuloy, na pumipigil sa kanyang pagkawala sa panahon ng proseso ng compression. Ang pinaka-mababaw na layer ng collagen fibers ay nakaayos nang pahalang upang bumuo ng isang siksikan na pahalang plate sa magkasanib na ibabaw, habang ang tanghential ibabaw na lugar fibrils ay opsyonal sumali sa mga mas malalalim na patong.

Ito ay nakatala na sa loob ng complex network ng mga fibers mesh isagawa ang pinagsama-samang hydrophilic proteoglycan molecules. Ang mga malalaking molecule ay may sa dulo ng kanilang mga maraming mga sanga negatibong sisingilin fragment SQ at COO "na intensively maakit ang magkasalungat na sisingilin ions (karaniwan Na ⁺ ), na siya namang nag-aambag sa ang osmotik pagtagos ng tubig sa kartilago. Ang presyon sa loob ng collagen network ay napakalaking, at cartilage mga pag-andar bilang isang lubos na epektibong hydrodynamic unan. Compression articular ibabaw ang nagiging sanhi ng pahalang na pag-aalis ng tubig na nilalaman sa mga cartilage, dahil ang network ng collagen fibers ay naka-compress. Water muling pamamahagi elyaetsya endochondral kaya na ang kabuuang lakas ng tunog ay hindi nagbago. Kapag compression ay bawasan o mawala pagkatapos ng isang magkasanib na pag-load, ang tubig gumagalaw pabalik umaakit negatibong sisingilin proteoglycans. Ito ang mekanismo na ay sumusuporta sa isang mataas na nilalaman tubig at sa gayon ay mataas na proton cartilage density. Ang pinakamataas na nilalaman ng tubig ito ay tala pinakamalapit sa magkasanib na ibabaw at bumababa patungo sa subchondral buto .. Ang konsentrasyon ng proteoglycan nadagdagan sa malalim na layer ng kartilago.

Sa kasalukuyan MRI - ito ay ang pangunahing paraan ng pagkuha ng mga larawan ng hyaline kartilago, ipinatupad higit sa lahat gamit gradient - echo (GE) sequences. Sinasalamin ng MRI ang nilalaman ng tubig ng kartilago. Gayunpaman, mahalaga kung gaano karaming mga protons ng tubig ang naglalaman ng kartilago. Ang nilalaman at pamamahagi ng mga hydrophilic molecule ng proteoglycans at ang anisotropic na organisasyon ng collagen fibrils ay hindi lamang nakakaapekto sa kabuuang halaga ng tubig, ibig sabihin. Proton densidad sa kartilago, ngunit pati rin sa mga estado ng ari-arian relaxation, lalo T2 ng tubig, na nagbibigay sa cartilage tipikal na "zonal" o exfoliating imahe sa MRI, na kung saan, bilang ilang mga mananaliksik naniniwala, pare-pareho histological seksyon ng cartilage.

Sa napaka-ikling larawan echo oras (TE) (mas mababa sa 5 ms), ang isang mas mataas na resolution cartilage imahe ay karaniwang nagpapakita ng isang dalawang-layer ng imahe: malalim na layer ay nakaposisyon mas malapit sa buto bago pagsasakaltsiyum lugar at may isang mababang signal, tulad ng pagkakaroon ng kaltsyum ay lubos na binabawasan TR at nagbibigay ng mga larawan; Ang ibabaw layer ay nagbibigay ng isang medium-intensive o mataas na intensity MP signal.

Sa intermediate TE images (5-40 ms) ang kartilago ay may tatlong layered na hitsura: isang ibabaw layer na may mababang signal; isang layer ng paglipat na may signal ng intermediate intensity; isang malalim na layer na may isang mababang MP signal. Sa T2-pagtimbang, ang senyas ay hindi kasama ang intermediate layer, at ang kartilago na imahe ay nagiging homogeneously ng mababang intensity. Kapag ang isang mababang spatial resolution, maikling TE imahe minsan ng isang karagdagang layer, na kung saan ay dahil sa ang pahilig na hiwa artifacts at mataas na kaibahan sa cartilage / likido interface, ito ay maaaring iwasan sa pamamagitan ng pagtaas ang laki ng matrix.

Bilang karagdagan, ang ilan sa mga zone na ito (mga layer) ay maaaring hindi makikita sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Halimbawa, kapag ang anggulo sa pagitan ng mga kartilago axis at ang mga pangunahing magnetic field ay nagbabago, ang hugis ng mga kartilago layer ay maaaring magbago, at ang kartilago ay maaaring magkaroon ng isang homogenous na imahe. Ang kababalaghan na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng anisotropic na ari-arian ng collagen fibers at ang kanilang iba't ibang oryentasyon sa loob ng bawat layer.

Naniniwala ang iba pang mga may-akda na ang pagkuha ng isang layered na imahe ng kartilago ay hindi maaasahan at isang artepakto. Ang mga opinyon ng mga mananaliksik ay nagkakaiba din sa paggalang sa intensity ng mga signal mula sa nakuha na tatlong layer na mga imahe ng kartilago. Ang mga pag-aaral ay napaka-kagiliw-giliw at, siyempre, nangangailangan ng karagdagang pag-aaral.

[1], [2], [3], [4], [5], [6]

Ang mga estruktural pagbabago ng kartilago na may osteoarthritis

Sa mga unang yugto ng osteoarthritis, ang collagen network ay degrades sa ibabaw layer ng kartilago, na humahantong sa disintegration ng ibabaw at nadagdagan pagkamatagusin sa tubig. Bilang bahagi pagkabali proteoglycans may higit pang mga negatibong sisingilin glycosaminoglycans na makaakit ng cations at tubig molecules, habang ang natitirang proteoglycans mawalan ng kakayahan upang makaakit at makapagpanatili ng tubig. Bilang karagdagan, ang pagkawala ng mga proteoglycans ay binabawasan ang kanilang pagbabawal na epekto sa kasalukuyang tubig ng interstitial. Bilang isang resulta, ang kartilago ay lumubog, ang mekanismo ng compression (pagpapanatili) ng likido ay hindi gumagana at ang compression resistance ng kartilago ay bumababa. May epekto sa paglilipat ng karamihan sa mga pag-load sa nasira na solid matrix, at ito ay humantong sa ang katunayan na ang namamaga kartilago ay nagiging mas madaling kapitan sa mekanikal pinsala. Bilang isang resulta, ang kartilago ay alinman recovers o patuloy na lumubha.

Bilang karagdagan sa pinsala sa mga proteoglycans, ang collagen-bagong network ay bahagyang nawasak, na hindi na naibalik, at ang mga vertical na bitak at ulceration ay lumilitaw sa kartilago. Ang mga sugat na ito ay maaaring kumalat sa kartilago sa subchondral bone. Ang mga produkto ng decay at articular fluid ay kumakalat sa basal layer, na humahantong sa paglitaw ng maliliit na lugar ng osteonecrosis at subchondral cysts.

Kahanay sa mga prosesong ito, ang kartilago ay sumasailalim sa isang bilang ng mga reparative na pagbabago sa isang pagtatangka upang maibalik ang nasira joint joint, na kinabibilangan ng pagbuo ng chondrophytes. Ang huli sa huli ay ang endochondral ossification at maging osteophytes.

Ang mahigpit na mekanikal na trauma at pagkarga ng compression ay maaaring humantong sa pag-unlad ng mga pahalang na bitak sa malalim na calcified na layer ng kartilago at ang detachment ng kartilago mula sa subchondral bone. Basal paghahati o delamination ng cartilage sa paraang ito ay maaaring magsilbi bilang isang mekanismo ng pagkabulok hindi lamang ng mga normal na cartilage ilalim mechanical Sobra na, ngunit din sa osteoarthritis kapag may kawalang-tatag ng mga kasukasuan. Kung ang hyaline cartilage ay ganap na nawasak at ang articular surface ay nakalantad, posible ang dalawang proseso: ang una ay ang pagbuo ng siksik na sclerosis sa ibabaw ng buto, na tinatawag na eburnesis; Ang ikalawa ay ang pinsala at compression ng trabeculae, na sa X-ray ay nagmumukhang subchondral sclerosis. Alinsunod dito, ang unang proseso ay maaaring isaalang-alang bilang kapalit, ang ikalawa ay malinaw na isang bahagi ng pinagsamang pagkawasak.

Pagtaas ng pagtaas ng tubig nilalaman sa cartilage Cartilage proton density at nag-aalis T2 pagpapaikli epekto proteoglycan-collagen matrix, na kung saan ay may mataas na signal intensity sa mga bahagi matrix pinsala sa maginoo mga pagkakasunud-sunod MRI. Ngayon pa lamang chondromalacia, na kung saan ay ang pinakamaagang tanda ng kartilago pinsala ay maaaring maging mistulang bago ito ang mangyayari kahit na bahagyang paggawa ng malabnaw. Sa yugtong ito, maaari ring maging isang maliit na pampalapot o "pamamaga" ng kartilago. Structural at biomechanical pagbabago ng articular kartilago ay patuloy na pagtaas, mayroong isang pagkawala ng mga pangunahing sangkap. Ang mga prosesong ito ay maaaring maging lokal o nagkakalat, bounded ibabaw pulping at paggawa ng malabnaw o kumpletong paglaho ng kartilago. Sa ilang mga kaso, ang mga lokal pampalapot o "pamamaga" ng cartilage ay maaaring obserbahan nang walang paglabag sa articular ibabaw. Osteoarthritis ay madalas na posible na obserbahan ang mga lokal na pagtaas cartilage signal intensity sa T2-tinimbang imahe, bilang ebedensya sa pamamagitan ng pagkakaroon ng kalatagan arthroscopically, at malalim transmural linear pagbabago. Ang huli ay maaaring sumalamin malalim degenerative pagbabago simula higit sa lahat sa anyo ng isang detatsment ng cartilage mula kalydifitsirovanogo layer o high tide linya. Maagang pagbabagong ito ay limitado sa mga malalim na patong hryasha, kung saan hindi sila magpapakita sa arthroscopic pagsusuri ng magkasanib na ibabaw, habang ang mga lokal na razvodoknenie mas malalalim na patong ng kartilago ay maaaring humantong sa pagkatalo ng katabi layers, madalas na may ang paglago ng subchondral buto sa anyo ng isang sentral na osteophyte.

Sa mga banyagang panitikan may mga data sa posibilidad ng pagkuha ng dami ng impormasyon sa komposisyon ng articular kartilago, halimbawa, ang nilalaman ng bahagi ng tubig at ang diffusion koepisyent ng tubig sa kartilago. Ito ay nakamit sa paggamit ng mga espesyal na programang MP-tomograph o sa MR-spectroscopy. Ang parehong mga parameter na dagdagan kapag ang proteoglycan-collagen matrix ay nasira sa kartilago pinsala. Ang konsentrasyon ng mga proton sa mobile (nilalaman ng tubig) sa kartilago ay bumababa sa direksyon mula sa articular surface sa subchondral bone.

Ang isang quantitative evaluation ng mga pagbabago ay posible sa T2-weighted na mga imahe. Generalizing data ng imahe ng parehong cartilage natamo ng iba't ibang mga Te, mga may-akda na sinusuri ang T2-tinimbang na mga imahe (VI) na may isang angkop na cartilage pagpaparami curve ng signal halaga intensity nakuha para sa bawat pixel. T2 ay sinusuri sa isang partikular na lugar ng kartilago o ipinapakita sa mapa ng buong kartilago, kung saan ang lakas ng signal ng bawat pixel ay tumutugma sa T2 sa lokasyong ito. Gayunman, sa kabila ng sa halip malaking posibilidad at ang mga kamag-anak kadalian ng ang paraan ng inilarawan sa itaas, ang papel na ginagampanan ng T2 underestimated, bahagyang dahil sa isang pagtaas ng pagsasabog-kaugnay na mga epekto ng pagtaas TE. Talaga, ang T2 ay underestimated sa kartilago na may chondromalacia, kapag ang pagsasabog ng tubig ay nadagdagan. Kung hindi ginagamit ang mga espesyal na teknolohiya, ang potensyal na pagtaas sa T2, sinusukat sa mga teknolohiyang ito sa kartilago na may chondromalacia, ay bahagyang mapipigilan ang mga epekto na may kaugnayan sa pagsasabog.

Kaya, ang MRI ay isang napaka-promising na paraan para makilala at masubaybayan ang maagang mga pagbabago sa istruktura na katangian ng articular cartilage degeneration.

Morpolohiya pagbabago ng kartilago sa osteoarthritis

Kuru-kuro ng morphological pagbabago ng cartilage ay depende sa mataas na spatial resolution at mataas na kaibahan mula sa magkasanib na ibabaw sa subchondral buto. Ito ay pinakamahusay na nakakamit sa pamamagitan ng paggamit zhirpodavlyaemoy T1-tinimbang 3D GE-sequence, kung saan tumpak na sumasalamin sa mga lokal na mga depekto na kinilala at na-verify tulad ng sa arthroscopy at sa autopsy na materyal. Cartilage imahe ay maaari ding nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng pagbabalani transfer imaging, pagkatapos ay ang articular kartilago ay sa anyo ng isang hiwalay na strip na may isang mataas na intensity signal, malinaw contrasting sa susunod na pinagbabatayan mababang-intensive articular tuluy-tuloy, intra-articular mataba tissue at subchondral buto utak. Gayunman, kapag gamit ang pamamaraang ito, imahe acquisition maganap 2 beses mas mabagal kaysa zhirpodavlyaemoe T1-VI, kaya ay mas malawak na ginamit. Bilang karagdagan, ito ay posible upang makakuha ng mga larawan ng mga lokal na mga depekto, ibabaw irregularities at pangkalahatan paggawa ng malabnaw ng articular kartilago gamit maginoo MP-sequence. Ayon sa ilang mga may-akda, morphological mga parameter - kapal, volume, geometry at topographiya ng surface cartilage - ay maaaring quantitatively kinakalkula sa pamamagitan ng paggamit ng 3D MRI mga imahe. Sa pamamagitan ng lagom voxels bumubuo sa 3D reconstructed imahe ng cartilage maaari itong natutukoy sa pamamagitan ng eksaktong halaga ng nauugnay kumplikadong istruktura. Bukod dito, ang pagsukat ng kabuuang dami ng cartilage na nakuha mula sa mga indibidwal na seksyon, ay isang mas simpleng paraan dahil sa mas maliit na mga pagbabago sa mga eroplano ng slice at mas maaasahan sa spatial resolution. Kapag nag-aaral ang buong amputated tuhod at patellar samples na nakuha sa arthroplasty mga joints ay natutukoy sa pamamagitan ng kabuuang articular kartilago ng femoral, tibial buto at patellar at natagpuan ng isang ugnayan ng lakas ng tunog na nakuha ng MRI, at ang mga kaukulang halaga na nakuha sa pamamagitan ng cartilage na pinaghihiwalay mula sa buto at pagsukat nito histologically . Samakatuwid, ang teknolohiyang ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa mga dynamic na pagtatasa ng mga pagbabago sa cartilage ng lakas ng tunog sa mga pasyente na may osteoarthritis. Pagkuha ng mga kinakailangang at tumpak na hati ng articular kartilago, lalo na sa mga pasyente na may osteoarthritis, ay nangangailangan ng sapat na mga kasanayan at karanasan ng doktor pagsasagawa ng pag-aaral, pati na rin ang availability ng angkop na MR software.

Ang kabuuang sukat ng dami ay naglalaman ng maliit na impormasyon tungkol sa mga karaniwang pagbabago at sensitibo, ayon sa pagkakabanggit, para sa lokal na pagkawala ng kartilago. Theoretically, kartilago pagkawala o paggawa ng malabnaw sa isang site ay maaaring balansehin ang isang katumbas na pagtaas sa ang dami ng cartilage sa ibang lugar sa mga kasukasuan, at pagsukat ng kabuuang dami ng cartilage ay hindi ipakita ang anumang abnormality, upang ang mga naturang pagbabago ay hindi magiging makikilalang sa pamamagitan ng pamamaraang ito. Paghati articular kartilago gamit 3D-tatag sa mga indibidwal na maliit na mga rehiyon ay ginawa ito posible upang masuri ang lakas ng tunog ng cartilage sa ilang mga lugar, sa partikular sa ibabaw nakakaranas ng kapangyarihan ng pagkarga. Gayunpaman, ang kawastuhan ng mga sukat ay bumababa, dahil napakaliit ang paghihiwalay. Sa katapusan, ang isang napakataas na resolution ng spatial ay kinakailangan upang kumpirmahin ang katumpakan ng mga sukat. Kung may sapat na spatial resolution ang makakamit, ang posibilidad ng pagmamapa sa kakapalan ng kartilago sa vivo ay magiging posible. Ang mga mapa ng makapal na kartilago ay maaaring makagawa ng mga lokal na sugat sa pagpapatuloy ng osteoarthritis.