Diagnosis ng osteoarthritis: MRI ng articular cartilage

Ang imahe ng MRI ng articular cartilage ay sumasalamin sa kabuuan ng histological structure at biochemical composition nito. Ang articular cartilage ay hyaline, na walang sariling suplay ng dugo, lymphatic drainage at innervation. Binubuo ito ng tubig at mga ions, type II collagen fibers, chondrocytes, aggregated proteoglycans at iba pang glycoproteins. Ang mga hibla ng collagen ay pinalakas sa subchondral layer ng buto, tulad ng isang angkla, at tumatakbo nang patayo sa magkasanib na ibabaw, kung saan sila ay naghihiwalay nang pahalang. Sa pagitan ng mga hibla ng collagen ay may malalaking molekulang proteoglycan na may makabuluhang negatibong singil, na masinsinang umaakit sa mga molekula ng tubig. Ang cartilage chondrocytes ay matatagpuan sa pantay na mga haligi. Nag-synthesize sila ng collagen at proteoglycans, pati na rin ang mga di-aktibong enzyme na sumisira sa mga enzyme at enzyme inhibitors.

Sa histologically, tatlong layer ng cartilage ang natukoy sa malalaking joints tulad ng tuhod at balakang. Ang pinakamalalim na layer ay ang junction ng cartilage at subchondral bone at nagsisilbing anchoring layer para sa isang malawak na network ng collagen fibers na umaabot mula dito hanggang sa ibabaw sa mga siksik na bundle na konektado ng maraming cross-linking fibrils. Ito ay tinatawag na radial layer. Patungo sa articular surface, ang mga indibidwal na collagen fibers ay nagiging mas pino at pinagsama-sama sa mas regular at compact na parallel array na may mas kaunting mga cross-link. Ang gitnang layer, ang transitional o intermediate na layer, ay naglalaman ng mas random na organisadong mga collagen fibers, karamihan sa mga ito ay pahilig na nakatuon upang labanan ang mga patayong karga, pressure, at shocks. Ang pinaka-mababaw na layer ng articular cartilage, na kilala bilang tangential layer, ay isang manipis na layer ng mahigpit na nakaimpake, tangentially oriented collagen fibers na lumalaban sa tensile forces na ginagawa ng compressive loading at bumubuo ng watertight barrier sa interstitial fluid, na pumipigil sa pagkawala nito sa panahon ng compression. Ang pinaka-mababaw na mga hibla ng collagen ng layer na ito ay nakaayos nang pahalang, na bumubuo ng mga siksik na pahalang na sheet sa articular surface, bagaman ang mga fibrils ng superficial tangential zone ay hindi kinakailangang konektado sa mga mas malalim na layer.

Tulad ng nabanggit, sa loob ng kumplikadong cellular network na ito ng mga hibla ay matatagpuan ang pinagsama-samang mga molekulang hydrophilic proteoglycan. Ang malalaking molekula na ito ay may negatibong charge sa mga fragment ng SQ at COO" sa mga dulo ng kanilang maraming sanga, na malakas na nakakaakit ng magkasalungat na mga ion (karaniwan ay Na ⁺ ), na kung saan ay nagtataguyod ng osmotic na pagtagos ng tubig sa cartilage. Ang presyon sa loob ng collagen network ay napakalaki, at ang cartilage ay nagdudulot bilang isang napakahusay na hydrodynamic na cushion sa ibabaw ng tubig. na nakapaloob sa cartilage, dahil ang collagen fiber network ay na-compress Ang tubig ay ipinamahagi sa loob ng cartilage upang ang kabuuang dami nito ay hindi magbago Kapag ang compression pagkatapos ng joint loading ay nabawasan o naalis, ang tubig ay gumagalaw pabalik, na naaakit ng mga negatibong singil ng mga proteoglycans Ito ang mekanismo na nagpapanatili ng mataas na nilalaman ng tubig at sa gayon ay isang mataas na nilalaman ng tubig subchondral bone Ang konsentrasyon ng proteoglycans ay tumaas sa malalim na mga layer ng cartilage.

Sa kasalukuyan, ang MRI ay ang pangunahing pamamaraan ng imaging para sa hyaline cartilage, na pangunahing ginagampanan gamit ang gradient echo (GE) na mga sequence. Sinasalamin ng MRI ang nilalaman ng tubig ng kartilago. Gayunpaman, ang dami ng mga proton ng tubig na nasa cartilage ay mahalaga. Ang nilalaman at pamamahagi ng mga hydrophilic proteoglycan molecule at ang anisotropic na organisasyon ng collagen fibrils ay nakakaapekto hindi lamang sa kabuuang dami ng tubig, ie ang proton density, sa cartilage, kundi pati na rin ang estado ng relaxation properties, namely T2, ng tubig na ito, na nagbibigay sa cartilage ng kanyang katangian na "zonal" o stratified na mga imahe sa MRI, na pinaniniwalaan ng ilang mga mananaliksik na tumutugma sa kanyang cartilage layer.

Sa napakaikling echo time (TE) na mga imahe (mas mababa sa 5 ms), ang mas mataas na resolution ng mga imahe ng cartilage ay karaniwang nagpapakita ng isang dalawang-layer na imahe: ang malalim na layer ay matatagpuan mas malapit sa buto sa pre-calcification zone at may mababang signal, dahil ang pagkakaroon ng calcium ay lubos na nagpapaikli sa TR at hindi gumagawa ng isang imahe; ang mababaw na layer ay gumagawa ng medium-to high-intensity MP signal.

Sa mga intermediate na imahe ng TE (5-40 ms) ang cartilage ay may tatlong-layer na hitsura: isang mababaw na layer na may mababang signal; isang transition layer na may intermediate signal intensity; isang malalim na layer na may mababang signal ng MP. Sa T2-weighting ang signal ay hindi kasama ang intermediate layer at ang cartilage image ay nagiging homogeneously low intensity. Kapag ginamit ang mababang spatial na resolution, minsan lumilitaw ang isang karagdagang layer sa maikling TE na mga imahe dahil sa mga pahilig na cut artifact at mataas na contrast sa cartilage/fluid interface, maiiwasan ito sa pamamagitan ng pagtaas ng laki ng matrix.

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

Naniniwala ang ibang mga may-akda na ang pagkuha ng isang layered na imahe ng cartilage ay hindi maaasahan at isang artifact. Ang mga opinyon ng mga mananaliksik ay nagkakaiba din tungkol sa intensity ng mga signal mula sa nakuha na tatlong-layer na larawan ng cartilage. Ang mga pag-aaral na ito ay lubhang kawili-wili at, siyempre, nangangailangan ng karagdagang pag-aaral.

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

Mga pagbabago sa istruktura sa kartilago sa osteoarthritis

Sa mga unang yugto ng osteoarthritis, ang pagkasira ng network ng collagen sa mababaw na mga layer ng cartilage ay nangyayari, na humahantong sa pagkawasak ng ibabaw at pagtaas ng pagkamatagusin sa tubig. Habang nawasak ang ilan sa mga proteoglycan, lumilitaw ang mas maraming negatibong sisingilin na mga glycosaminoglycan, na umaakit ng mga kation at molekula ng tubig, habang ang natitirang mga proteoglycan ay nawawalan ng kakayahang umakit at magpanatili ng tubig. Bilang karagdagan, ang pagkawala ng mga proteoglycan ay binabawasan ang kanilang pagbabawal na epekto sa interstitial na daloy ng tubig. Bilang isang resulta, ang kartilago ay namamaga, ang mekanismo ng compression (pagpapanatili) ng likido ay "hindi gumagana" at ang compressive resistance ng cartilage ay bumababa. Ang epekto ng paglilipat ng karamihan ng load sa nasira na hard matrix ay nangyayari, at ito ay humahantong sa ang katunayan na ang namamaga na kartilago ay nagiging mas madaling kapitan sa mekanikal na pinsala. Bilang resulta, ang kartilago ay naibalik o patuloy na lumalala.

Bilang karagdagan sa pinsala sa mga proteoglycan, ang network ng collagen ay bahagyang nawasak at hindi na naibalik, at lumilitaw ang mga patayong bitak at ulser sa kartilago. Ang mga sugat na ito ay maaaring pahabain ang kartilago hanggang sa subchondral bone. Ang mga produkto ng pagkabulok at synovial fluid ay kumakalat sa basal layer, na humahantong sa paglitaw ng maliliit na lugar ng osteonecrosis at subchondral cyst.

Kaayon ng mga prosesong ito, ang kartilago ay sumasailalim sa isang serye ng mga pagbabago sa reparative sa isang pagtatangka na ibalik ang nasirang articular surface, na kinabibilangan ng pagbuo ng mga chondrophytes. Ang huli ay sumasailalim sa enchondral ossification at naging osteophytes.

Ang matinding mekanikal na trauma at compressive load ay maaaring humantong sa pagbuo ng mga pahalang na bitak sa malalim na calcified layer ng cartilage at detachment ng cartilage mula sa subchondral bone. Ang basal splitting o delamination ng cartilage sa ganitong paraan ay maaaring magsilbi bilang isang mekanismo ng pagkabulok hindi lamang ng normal na cartilage sa ilalim ng mechanical overload, kundi pati na rin sa osteoarthrosis, kapag mayroong joint instability. Kung ang hyaline cartilage ay ganap na nawasak at ang articular surface ay nakalantad, kung gayon ang dalawang proseso ay posible: ang una ay ang pagbuo ng siksik na sclerosis sa ibabaw ng buto, na tinatawag na eburnation; ang pangalawa ay pinsala at compression ng trabeculae, na sa X-ray na mga imahe ay mukhang subchondral sclerosis. Alinsunod dito, ang unang proseso ay maaaring ituring na compensatory, habang ang pangalawa ay malinaw na isang yugto ng magkasanib na pagkasira.

Ang pagtaas sa nilalaman ng tubig sa cartilage ay nagpapataas ng proton density ng cartilage at nag-aalis ng T2-shortening effect ng proteoglycan-collagen matrix, na may mataas na intensity ng signal sa mga lugar ng pagkasira ng matrix sa conventional MRI sequence. Ang maagang chondromalacia na ito, na siyang pinakamaagang palatandaan ng pinsala sa cartilage, ay maaaring makita bago mangyari ang kahit maliit na pagnipis ng kartilago. Ang banayad na pampalapot o "pamamaga" ng kartilago ay maaari ding naroroon sa yugtong ito. Ang mga pagbabago sa istruktura at biomekanikal sa articular cartilage ay progresibo, na may pagkawala ng ground substance. Ang mga prosesong ito ay maaaring naka-focal o nagkakalat, limitado sa mababaw na pagnipis at pagkawasak, o kumpletong pagkawala ng kartilago. Sa ilang mga kaso, ang focal thickening o "pamamaga" ng cartilage ay maaaring maobserbahan nang walang pagkagambala sa articular surface. Sa osteoarthritis, ang focal na pagtaas ng intensity ng signal ng cartilage sa T2-weighted na mga imahe ay madalas na sinusunod, na nakumpirma arthroscopically sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mababaw, transmural, at malalim na linear na mga pagbabago. Ang huli ay maaaring sumasalamin sa malalim na degenerative na mga pagbabago, simula pangunahin bilang detatsment ng cartilage mula sa calcified layer o tide line. Ang mga maagang pagbabago ay maaaring limitado sa malalim na mga layer ng cartilage, kung saan ang mga ito ay hindi nakikita sa arthroscopic na pagsusuri ng articular surface, bagaman ang focal sparseness ng malalim na mga layer ng cartilage ay maaaring humantong sa paglahok ng mga katabing layer, madalas na may proliferation ng subchondral bone sa anyo ng isang central osteophyte.

Mayroong data sa dayuhang panitikan sa posibilidad na makakuha ng dami ng impormasyon sa komposisyon ng articular cartilage, halimbawa, sa nilalaman ng bahagi ng tubig at ang diffusion coefficient ng tubig sa cartilage. Ito ay nakakamit gamit ang mga espesyal na programa ng MR tomograph o sa MR spectroscopy. Ang parehong mga parameter na ito ay tumataas na may pinsala sa proteoglycan-collagen matrix sa panahon ng pinsala sa cartilage. Ang konsentrasyon ng mga mobile proton (nilalaman ng tubig) sa cartilage ay bumababa sa direksyon mula sa articular surface hanggang sa subchondral bone.

Posible rin ang quantitative assessment ng mga pagbabago sa T2-weighted na mga imahe. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng data mula sa mga larawan ng parehong cartilage na nakuha sa iba't ibang mga TE, tinasa ng mga may-akda ang T2-weighted na mga imahe (WI) ng cartilage gamit ang isang angkop na exponential curve mula sa nakuha na mga halaga ng intensity ng signal para sa bawat pixel. Ang T2 ay tinasa sa isang partikular na lugar ng cartilage o ipinapakita sa isang mapa ng buong cartilage, kung saan ang intensity ng signal ng bawat pixel ay tumutugma sa T2 sa lokasyong ito. Gayunpaman, sa kabila ng medyo malalaking kakayahan at kamag-anak na kadalian ng inilarawan sa itaas na pamamaraan, ang papel ng T2 ay minamaliit, bahagyang dahil sa pagtaas ng mga epekto na nauugnay sa pagsasabog sa pagtaas ng TE. Ang T2 ay higit sa lahat ay minamaliit sa chondromalacia cartilage, kapag nadagdagan ang pagsasabog ng tubig. Maliban kung gumamit ng mga espesyal na teknolohiya, ang potensyal na pagtaas sa T2 na sinusukat sa mga teknolohiyang ito sa chondromalacia cartilage ay bahagyang pipigilan ang mga epektong nauugnay sa pagsasabog.

Kaya, ang MRI ay isang napaka-promising na pamamaraan para sa pag-detect at pagsubaybay sa mga maagang pagbabago sa istruktura na katangian ng articular cartilage degeneration.

Mga pagbabago sa morpolohiya sa kartilago sa osteoarthritis

Ang pagsusuri ng mga pagbabago sa morphological sa cartilage ay nakasalalay sa mataas na spatial na resolusyon at mataas na kaibahan mula sa magkasanib na ibabaw hanggang sa subchondral bone. Ito ay pinakamahusay na nakakamit gamit ang fat-suppressed T1-weighted 3D GE sequence, na tumpak na nagpapakita ng mga lokal na depekto na natukoy at na-verify pareho sa arthroscopy at sa autopsy na materyal. Ang cartilage ay maaari ding mailarawan sa paglipat ng magnetization sa pamamagitan ng pagbabawas ng imahe, kung saan lumilitaw ang articular cartilage bilang isang hiwalay na banda na may mataas na intensity ng signal, malinaw na contrasting sa katabing low-intensity synovial fluid, intra-articular fat tissue at subchondral bone marrow. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay gumagawa ng mga larawang kalahating kasingbagal ng mga larawang may timbang na T1 na pinigilan ng taba, at samakatuwid ay hindi gaanong ginagamit. Bilang karagdagan, ang mga lokal na depekto, mga iregularidad sa ibabaw at pangkalahatang pagnipis ng articular cartilage ay maaaring mailarawan gamit ang maginoo na mga pagkakasunud-sunod ng MR. Ayon sa ilang mga may-akda, ang mga morphological parameter - kapal, volume, geometry at topography ng ibabaw ng cartilage - ay maaaring kalkulahin sa dami gamit ang 3D MRI na mga imahe. Sa pamamagitan ng pagbubuod ng mga voxel na bumubuo sa 3D na muling itinayong imahe ng cartilage, matutukoy ang eksaktong halaga ng mga kumplikadong istrukturang ito na nauugnay. Bukod dito, ang pagsukat sa kabuuang dami ng cartilage na nakuha mula sa mga indibidwal na hiwa ay isang mas simpleng paraan dahil sa mas maliit na mga pagbabago sa eroplano ng isang solong slice at mas maaasahan sa spatial na resolusyon. Kapag pinag-aaralan ang buong naputol na mga kasukasuan ng tuhod at mga specimen ng patellar na nakuha sa panahon ng arthroplasty ng mga kasukasuan na ito, ang kabuuang dami ng articular cartilage ng femur, tibia at patella ay natukoy at natagpuan ang isang ugnayan sa pagitan ng mga volume na nakuha ng MRI at ang kaukulang mga volume na nakuha sa pamamagitan ng paghihiwalay ng cartilage mula sa buto at pagsukat nito sa histologically. Samakatuwid, ang teknolohiyang ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa dynamic na pagtatasa ng mga pagbabago sa dami ng cartilage sa mga pasyenteng may osteoarthritis. Ang pagkuha ng kinakailangan at tumpak na mga seksyon ng articular cartilage, lalo na sa mga pasyente na may osteoarthritis, ay nangangailangan ng sapat na kasanayan at karanasan ng manggagamot na nagsasagawa ng pagsusuri, pati na rin ang pagkakaroon ng naaangkop na software ng MRI.

Ang mga sukat ng kabuuang dami ay naglalaman ng kaunting impormasyon tungkol sa malawakang pagbabago at samakatuwid ay sensitibo sa pagkawala ng lokal na kartilago. Sa teorya, ang pagkawala o pagnipis ng cartilage sa isang lugar ay maaaring balansehin ng katumbas na pagtaas ng dami ng cartilage sa ibang lugar sa joint, at ang pagsukat ng kabuuang dami ng cartilage ay hindi magpapakita ng anumang abnormalidad, kaya ang mga pagbabagong ito ay hindi makikita ng pamamaraang ito. Ang pag-subdivide ng articular cartilage sa mga discrete na maliliit na rehiyon gamit ang 3D reconstruction ay naging posible upang matantya ang dami ng cartilage sa mga partikular na lugar, lalo na sa force-bearing surface. Gayunpaman, ang katumpakan ng mga sukat ay nababawasan dahil napakakaunting subdivision ang ginagawa. Sa huli, ang napakataas na spatial resolution ay kinakailangan upang kumpirmahin ang katumpakan ng mga sukat. Kung makakamit ang sapat na spatial na resolusyon, magiging posible ang pag-asam ng pagma-map sa kapal ng cartilage sa vivo. Ang mga mapa ng kapal ng cartilage ay maaaring magparami ng lokal na pinsala sa panahon ng pag-unlad ng osteoarthritis.