Diagnosis osteoarthritis: MRI rawan artikular

Imej MRI rawan artikular mencerminkan keseluruhan struktur histologi dan komposisi biokimianya. Rawan artikular adalah hyaline, yang tidak mempunyai bekalan darah sendiri, saliran limfa dan pemuliharaan. Ia terdiri daripada air dan ion, gentian kolagen jenis II, kondrosit, proteoglikan terkumpul dan glikoprotein lain. Gentian kolagen diperkuat dalam lapisan subkondral tulang, seperti sauh, dan berjalan berserenjang dengan permukaan sendi, di mana ia menyimpang secara mendatar. Di antara gentian kolagen terdapat molekul proteoglikan yang besar dengan cas negatif yang ketara, yang secara intensif menarik molekul air. Kondrosit rawan terletak dalam lajur genap. Mereka mensintesis kolagen dan proteoglikan, serta enzim tidak aktif yang memecahkan enzim dan perencat enzim.

Secara histologi, tiga lapisan rawan telah dikenal pasti pada sendi besar seperti lutut dan pinggul. Lapisan yang paling dalam ialah persimpangan rawan dan tulang subkondral dan berfungsi sebagai lapisan penambat untuk rangkaian gentian kolagen yang meluas yang memanjang daripadanya ke permukaan dalam berkas padat yang disambungkan oleh banyak gentian penghubung silang. Ini dipanggil lapisan jejari. Ke arah permukaan artikular, gentian kolagen individu menjadi lebih halus dan digabungkan bersama menjadi susunan selari yang lebih teratur dan padat dengan lebih sedikit pautan silang. Lapisan tengah, lapisan peralihan atau pertengahan, mengandungi gentian kolagen yang lebih tersusun secara rawak, yang kebanyakannya berorientasikan serong untuk menahan beban menegak, tekanan dan hentakan. Lapisan tulang rawan artikular yang paling cetek, dikenali sebagai lapisan tangen, ialah lapisan nipis gentian kolagen berorientasikan tangen padat padat yang menentang daya tegangan yang dikenakan oleh beban mampatan dan membentuk penghalang kedap air kepada cecair interstisial, menghalang kehilangannya semasa pemampatan. Gentian kolagen yang paling cetek pada lapisan ini disusun secara mendatar, membentuk kepingan mendatar padat pada permukaan artikular, walaupun gentian zon tangen cetek tidak semestinya bersambung dengan lapisan yang lebih dalam.

Seperti yang dinyatakan, dalam rangkaian selular kompleks gentian ini terletak molekul proteoglikan hidrofilik agregat. Molekul besar ini mempunyai serpihan SQ dan COO" yang bercas negatif di hujung cawangannya yang banyak, yang menarik dengan kuat ion bercas bertentangan (biasanya Na ⁺ ), yang seterusnya menggalakkan penembusan osmotik air ke dalam rawan. Tekanan dalam rangkaian kolagen adalah sangat besar, dan rawan berfungsi sebagai kusyen hidrodinamik permukaan artikular yang sangat cekap. terkandung dalam tulang rawan, kerana rangkaian gentian kolagen dimampatkan di dalam rawan supaya isipadu keseluruhannya tidak boleh berubah Apabila mampatan selepas pemuatan sendi dikurangkan atau dihapuskan, air bergerak ke belakang, tertarik oleh cas negatif proteoglycans Ini adalah mekanisme yang mengekalkan kandungan air yang tinggi dan dengan itu ketumpatan air yang tinggi tulang subkondral Kepekatan proteoglycans meningkat dalam lapisan dalam rawan.

Pada masa ini, MRI ialah teknik pengimejan utama untuk rawan hialin, dilakukan terutamanya menggunakan jujukan gema kecerunan (GE). MRI mencerminkan kandungan air rawan. Walau bagaimanapun, jumlah proton air yang terkandung dalam rawan adalah penting. Kandungan dan pengedaran molekul proteoglycan hidrofilik dan organisasi anisotropik fibril kolagen mempengaruhi bukan sahaja jumlah air, iaitu ketumpatan proton, dalam rawan, tetapi juga keadaan sifat kelonggaran, iaitu T2, air ini, memberikan tulang rawan ciri "zonal" atau imej berstrata pada MRI, yang sesetengah penyelidik percaya lapisan rawannya sepadan dengan lapisan rawannya.

Pada imej masa gema (TE) yang sangat singkat (kurang daripada 5 ms), imej rawan dengan resolusi lebih tinggi biasanya menunjukkan imej dua lapisan: lapisan dalam terletak lebih dekat dengan tulang dalam zon pra-pengkalsifikasi dan mempunyai isyarat yang rendah, kerana kehadiran kalsium sangat memendekkan TR dan tidak menghasilkan imej; lapisan cetek menghasilkan isyarat MP berintensiti sederhana hingga tinggi.

Dalam imej TE perantaraan (5-40 ms) rawan mempunyai rupa tiga lapisan: lapisan cetek dengan isyarat rendah; lapisan peralihan dengan keamatan isyarat pertengahan; lapisan dalam dengan isyarat MP rendah. Dalam pemberat T2 isyarat tidak termasuk lapisan perantaraan dan imej rawan menjadi keamatan rendah secara homogen. Apabila resolusi spatial rendah digunakan, lapisan tambahan kadangkala muncul dalam imej TE pendek disebabkan oleh artifak potongan serong dan kontras tinggi pada antara muka rawan/cecair, ini boleh dielakkan dengan meningkatkan saiz matriks.

Selain itu, sesetengah zon (lapisan) ini mungkin tidak kelihatan dalam keadaan tertentu. Sebagai contoh, apabila sudut antara paksi rawan dan medan magnet utama berubah, rupa lapisan rawan mungkin berubah, dan rawan mungkin mempunyai imej homogen. Penulis menerangkan fenomena ini dengan sifat anisotropik gentian kolagen dan orientasi berbeza mereka dalam setiap lapisan.

Penulis lain percaya bahawa mendapatkan imej berlapis rawan tidak boleh dipercayai dan merupakan artifak. Pendapat penyelidik juga berbeza mengenai intensiti isyarat daripada imej tiga lapisan rawan yang diperolehi. Kajian-kajian ini sangat menarik dan, sudah tentu, memerlukan kajian lanjut.

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

Perubahan struktur dalam rawan dalam osteoarthritis

Pada peringkat awal osteoartritis, kemerosotan rangkaian kolagen dalam lapisan rawan rawan berlaku, yang membawa kepada kerutan permukaan dan peningkatan kebolehtelapan kepada air. Apabila sebahagian daripada proteoglikan dimusnahkan, lebih banyak glikosaminoglikan bercas negatif muncul, yang menarik kation dan molekul air, manakala baki proteoglikan kehilangan keupayaannya untuk menarik dan mengekalkan air. Di samping itu, kehilangan proteoglycans mengurangkan kesan perencatannya pada aliran interstisial air. Akibatnya, tulang rawan membengkak, mekanisme pemampatan (pengekalan) cecair "tidak berfungsi" dan rintangan mampatan rawan berkurangan. Kesan memindahkan sebahagian besar beban ke matriks keras yang sudah rosak berlaku, dan ini membawa kepada fakta bahawa rawan yang bengkak menjadi lebih terdedah kepada kerosakan mekanikal. Akibatnya, rawan sama ada dipulihkan atau terus merosot.

Sebagai tambahan kepada kerosakan pada proteoglycans, rangkaian kolagen sebahagiannya dimusnahkan dan tidak lagi dipulihkan, dan retakan menegak dan ulser muncul di rawan. Lesi ini boleh memanjang ke bawah tulang rawan ke tulang subkondral. Produk pereputan dan cecair sinovial merebak ke lapisan basal, yang membawa kepada kemunculan kawasan kecil osteonekrosis dan sista subkondral.

Selari dengan proses ini, tulang rawan mengalami satu siri perubahan reparatif dalam usaha untuk memulihkan permukaan artikular yang rosak, yang termasuk pembentukan chondrophytes. Yang terakhir ini akhirnya mengalami osifikasi enchondral dan menjadi osteofit.

Trauma mekanikal akut dan beban mampatan boleh membawa kepada perkembangan keretakan mendatar pada lapisan rawan berkalsifikasi dalam dan detasmen rawan dari tulang subkondral. Pemisahan basal atau delaminasi rawan dengan cara ini boleh berfungsi sebagai mekanisme degenerasi bukan sahaja rawan normal di bawah beban mekanikal, tetapi juga dalam osteoarthrosis, apabila terdapat ketidakstabilan sendi. Sekiranya rawan hyaline dimusnahkan sepenuhnya dan permukaan artikular terdedah, maka dua proses mungkin: yang pertama ialah pembentukan sklerosis padat pada permukaan tulang, yang dipanggil pembakaran; yang kedua ialah kerosakan dan mampatan trabekula, yang pada imej X-ray kelihatan seperti sklerosis subkondral. Sehubungan itu, proses pertama boleh dianggap sebagai pampasan, manakala yang kedua jelas merupakan fasa pemusnahan bersama.

Peningkatan kandungan air rawan meningkatkan ketumpatan proton rawan dan menghapuskan kesan pemendekan T2 matriks proteoglycan-kolagen, yang mempunyai intensiti isyarat yang tinggi di kawasan kerosakan matriks pada jujukan MRI konvensional. Kondromalacia awal ini, yang merupakan tanda awal kerosakan rawan, mungkin dapat dilihat sebelum penipisan kecil rawan berlaku. Penebalan ringan atau "bengkak" rawan juga mungkin terdapat pada peringkat ini. Perubahan struktur dan biomekanik dalam rawan artikular adalah progresif, dengan kehilangan bahan tanah. Proses ini mungkin tertumpu atau meresap, terhad kepada penipisan dan kerutan cetek, atau kehilangan sepenuhnya rawan. Dalam sesetengah kes, penebalan fokus atau "bengkak" rawan boleh diperhatikan tanpa gangguan pada permukaan artikular. Dalam osteoartritis, intensiti isyarat peningkatan fokus rawan pada imej berwajaran T2 sering diperhatikan, disahkan secara arthroscopic oleh kehadiran perubahan linear yang cetek, transmural dan dalam. Yang terakhir mungkin mencerminkan perubahan degeneratif yang mendalam, bermula terutamanya sebagai detasmen rawan dari lapisan terkalsifikasi atau garis pasang surut. Perubahan awal mungkin terhad kepada lapisan dalam rawan, dalam kes ini ia tidak dapat dikesan pada pemeriksaan arthroscopic permukaan artikular, walaupun jarang fokus lapisan dalam rawan boleh membawa kepada penglibatan lapisan bersebelahan, selalunya dengan percambahan tulang subkondral dalam bentuk osteofit pusat.

Terdapat data dalam kesusasteraan asing mengenai kemungkinan mendapatkan maklumat kuantitatif mengenai komposisi rawan artikular, contohnya, mengenai kandungan pecahan air dan pekali resapan air dalam rawan. Ini dicapai menggunakan program khas tomograf MR atau dengan spektroskopi MR. Kedua-dua parameter ini meningkat dengan kerosakan pada matriks proteoglycan-kolagen semasa kerosakan tulang rawan. Kepekatan proton bergerak (kandungan air) dalam rawan berkurangan ke arah dari permukaan artikular ke tulang subkondral.

Penilaian kuantitatif perubahan juga boleh dilakukan pada imej berwajaran T2. Dengan mengumpulkan data daripada imej rawan yang sama yang diperoleh dengan TE yang berbeza, penulis menilai imej berwajaran T2 (WI) rawan menggunakan lengkung eksponen yang sesuai daripada nilai intensiti isyarat yang diperolehi untuk setiap piksel. T2 dinilai dalam kawasan rawan tertentu atau dipaparkan pada peta seluruh rawan, di mana keamatan isyarat setiap piksel sepadan dengan T2 di lokasi ini. Walau bagaimanapun, walaupun keupayaan yang agak besar dan kemudahan relatif kaedah yang diterangkan di atas, peranan T2 dipandang remeh, sebahagiannya disebabkan oleh peningkatan kesan berkaitan resapan dengan peningkatan TE. T2 terutamanya dipandang remeh dalam rawan chondromalacia, apabila resapan air meningkat. Melainkan teknologi khas digunakan, potensi peningkatan dalam T2 yang diukur dengan teknologi ini dalam rawan chondromalacia akan sedikit menyekat kesan berkaitan resapan.

Oleh itu, MRI adalah kaedah yang sangat menjanjikan untuk mengesan dan memantau perubahan struktur awal ciri degenerasi rawan artikular.

Perubahan morfologi dalam rawan dalam osteoarthritis

Penilaian perubahan morfologi dalam rawan bergantung pada resolusi spatial yang tinggi dan kontras yang tinggi dari permukaan sendi ke tulang subkondral. Ini paling baik dicapai menggunakan jujukan 3D GE berwajaran T1 yang ditindas lemak, yang mencerminkan kecacatan tempatan yang dikenal pasti dan disahkan dengan tepat pada arthroscopy dan dalam bahan bedah siasat. Rawan juga boleh digambarkan dengan pemindahan magnetisasi melalui penolakan imej, di mana rawan artikular muncul sebagai jalur berasingan dengan keamatan isyarat yang tinggi, jelas berbeza dengan cecair sinovial intensiti rendah bersebelahan, tisu lemak intra-artikular dan sumsum tulang subkondral. Walau bagaimanapun, kaedah ini menghasilkan imej separuh perlahan seperti imej berwajaran T1 yang ditindas lemak, dan oleh itu kurang digunakan secara meluas. Di samping itu, kecacatan tempatan, ketidakteraturan permukaan dan penipisan umum rawan artikular boleh digambarkan menggunakan jujukan MR konvensional. Menurut beberapa pengarang, parameter morfologi - ketebalan, isipadu, geometri dan topografi permukaan rawan - boleh dikira secara kuantitatif menggunakan imej MRI 3D. Dengan menjumlahkan voxel yang membentuk imej rawan yang dibina semula 3D, nilai sebenar struktur yang berkaitan dengan kompleks ini boleh ditentukan. Selain itu, mengukur jumlah isipadu rawan yang diperoleh daripada kepingan individu adalah kaedah yang lebih mudah kerana perubahan yang lebih kecil dalam satah satu keping dan lebih dipercayai dalam resolusi spatial. Apabila mengkaji keseluruhan sendi lutut yang dipotong dan spesimen patellar yang diperoleh semasa arthroplasti sendi ini, jumlah isipadu rawan artikular tulang paha, tibia dan patella telah ditentukan dan korelasi ditemui antara volum yang diperolehi oleh MRI dan isipadu sepadan yang diperoleh dengan memisahkan rawan daripada tulang dan mengukurnya secara histologi. Oleh itu, teknologi ini boleh berguna untuk penilaian dinamik perubahan volum rawan pada pesakit dengan osteoarthritis. Mendapatkan bahagian rawan artikular yang diperlukan dan tepat, terutamanya pada pesakit dengan osteoarthritis, memerlukan kemahiran dan pengalaman yang mencukupi daripada doktor yang menjalankan pemeriksaan, serta ketersediaan perisian MRI yang sesuai.

Pengukuran jumlah isipadu mengandungi sedikit maklumat tentang perubahan yang meluas dan oleh itu sensitif terhadap kehilangan rawan tempatan. Secara teorinya, kehilangan atau penipisan rawan di satu kawasan boleh diimbangi dengan peningkatan yang setara dalam jumlah rawan di tempat lain dalam sendi, dan pengukuran jumlah volum rawan tidak akan menunjukkan sebarang kelainan, jadi perubahan tersebut tidak akan dapat dikesan oleh kaedah ini. Membahagikan rawan artikular kepada kawasan kecil diskret menggunakan pembinaan semula 3D telah memungkinkan untuk menganggarkan isipadu rawan di kawasan tertentu, terutamanya pada permukaan daya tahan. Walau bagaimanapun, ketepatan ukuran dikurangkan kerana sangat sedikit pembahagian dilakukan. Akhirnya, resolusi spatial yang sangat tinggi diperlukan untuk mengesahkan ketepatan ukuran. Jika resolusi spatial yang mencukupi dapat dicapai, prospek pemetaan ketebalan rawan dalam vivo menjadi mungkin. Peta ketebalan rawan boleh menghasilkan semula kerosakan setempat semasa perkembangan osteoarthritis.