Diagnóza osteoartritídy: MRI kĺbovej chrupavky

Obrázok MRI kĺbovej chrupavky odráža celkovú histologickú štruktúru a biochemickú kompozíciu. Kĺbová chrupavka je hyalinická, ktorá nemá vlastné krvné zásobenie, lymfatickú drenáž a inerváciu. Skladá sa z vody a iónov, vlákien typu II kolagénu, chondrocytov, agregovaných proteoglykánov a iných glykoproteínov. Kolagénové vlákna sú posilnené v subchondrálnej vrstve kosti ako kotva a prebiehajú kolmo na povrch kĺbu, kde sa horizontálne rozbiehajú. Medzi vláknami kolagénu sú veľké molekuly proteoglykánu, ktoré majú významný negatívny náboj, ktorý intenzívne priťahuje molekuly vody. Chondrocyty chrupavky sú usporiadané v rovnomerných stĺpcoch. Syntetizujú kolagén a proteoglykány, ako aj enzýmové degradery v neaktívnej forme a inhibítory enzýmov.

Histologicky bolo zistené, chrupavky vrstva 3 vo veľkých kĺbov, ako sú kolená a bedrového kĺbu. Najhlbšie vrstva je zlúčenina chrupavky a subchondrálnej kosti, a slúži ako pristávacie vrstvy rozsiahlej siete kolagénových vlákien vystupujúcich z nej na povrch hustých zväzkov prepojených početnými fibríl cross-linking. To sa nazýva radiálna vrstva. Smerom k kĺbového povrchu samostatnej kolagénové vlákna tenšie a spojené dohromady v pravidelnom rovnobežnom zoskupení kompaktný a s menším počtom priečnych väzieb. Stredná vrstva - prechodné, alebo medziprodukt obsahuje viac náhodne organizovanej kolagénové vlákna, z ktorých väčšina sú orientované šikmo, s cieľom brániť zvislé zaťaženie, tlak a šok. Najviac povrchová vrstva z kĺbovej chrupavky, známy ako tangenciálny, - tenká vrstva husto usporiadané tangenciálne orientované kolagénne vlákna, proti ťahovej sily, ktoré pôsobia pod tlakom zaťaženia, a tvoriaci vodotesnú bariéru intersticiálnej tekutiny, ktorá zabraňuje jej strate počas kompresného procesu. Najviac povrchová vrstva z kolagénových vlákien, sú usporiadané horizontálne tvoria hustú horizontálne doska na povrchu kĺbu, zatiaľ čo tangenciálny plochy povrchu vlákna sú prípadne spojené s týmito hlbších vrstvách.

Bolo zistené, že v rámci tohto zložitého mesh sieť vlákien usporiadaných agregované hydrofilné proteoglykanové molekuly. Tieto veľké molekuly majú koncov svojich početných vetiev záporne nabité fragmenty SQ a COO ", ktoré intenzívne priťahujú opačne nabité ióny (zvyčajne Na ⁺ ), čo zase prispieva k osmotickému prieniku vody do chrupavky. Tlak v kolagénové siete je obrovský, a chrupavky funguje ako mimoriadne efektívny hydrodynamický vankúše. Kompresný kĺbovej povrch spôsobí horizontálne posunutie vody obsiahnuté v chrupavke, pretože sieť kolagénových vlákien je stlačená. Voda prerozdeľovania elyaetsya endochondrální tak, že jeho celkový objem sa nezmení. Ak je komprimácie znížená alebo zmizne po spoločnom zaťažení, voda vracia späť priťahuje záporne nabitý proteoglykánov. Je to mechanizmus, ktorý podporuje vysoký obsah vody a tým i vysokú hustotu protónov chrupavky. Najvyšší obsah vody konštatuje najbližšie k povrchu kĺbu a klesá smerom k subchondrálnej kosti .. Koncentráciu proteoglykanu zvýšil v hlbokých vrstvách chrupavky.

V súčasnej MRI - to je hlavný spôsob získavania obrazov hyalínových chrupavky, realizované predovšetkým pomocou gradientu - echo (GE) sekvencií. MRI odráža obsah vody v chrupke. Je však dôležité, koľko protónov vody obsahuje chrupavka. Obsah a distribúcia hydrofilných molekúl proteoglykánov a anizotropního usporiadanie kolagénových fibríl je ovplyvnený nielen celkové množstvo vody, to znamená, hustota protón v chrupavke, ale aj na stave relaxačných vlastností, najmä T2 vody, čo chrupavky typický "zónovej" alebo exfoliating obrázkov na MRI, ktorý, ako niektorí výskumníci veria, konzistentných histologických sekcií chrupavky.

Pri veľmi krátke obrázkov čas (TE) (menej ako 5 ms) echo, vyššie chrupavky rozlíšenie obrazu typicky ukazuje obrázok dvojvrstvovú: hlboká vrstva je umiestnená bližšie ku kostnej predchádzajúceho oblasti usadzovaniu vodného kameňa a má nízky signál, ako prítomnosť vápnika výrazne znižuje TR a dáva obrázky; Povrchová vrstva poskytuje stredne intenzívny alebo vysoko intenzívny MP signál.

Pri stredných TE obrazoch (5-40 ms) má chrupavka trojvrstvový vzhľad: povrchovú vrstvu s nízkym signálom; prechodová vrstva so signálom strednej intenzity; hlbokú vrstvu s malým MP signálom. Pri vážení T2 signál nezahŕňa medzivrstvu a obraz chrupavky sa stáva homogénne nízkou intenzitou. Pri nízkej priestorové rozlíšenie, krátke TE obrazy niekedy ďalšiu vrstvu, ktorá je vzhľadom k šikmé rezy artefakty a vysoký kontrast na chrupavky / kvapalné rozhranie, môže byť zabránené tým, že zvyšuje veľkosť matice.

Okrem toho niektoré z týchto zón (vrstiev) nemusia byť za určitých podmienok viditeľné. Napríklad, keď sa zmení uhol medzi osou chrupavky a hlavným magnetickým poľom, môže sa zmeniť tvar chrupavkových vrstiev a chrupka môže mať homogénny obraz. Tento jav je vysvetlený anizotropnou vlastnosťou kolagénových vlákien a ich odlišnou orientáciou v každej vrstve.

Iní autori sa domnievajú, že získanie vrstveného obrazu chrupavky nie je spoľahlivé a je artefakt. Názory výskumníkov sa odlišujú aj vzhľadom na intenzitu signálov z získaných trojvrstvových zobrazení chrupavky. Tieto štúdie sú veľmi zaujímavé a samozrejme vyžadujú ďalšie štúdium.

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

Štrukturálne zmeny chrupavky s osteoartritídou

V počiatočných štádiách osteoartritídy sa kolagénová sieť degraduje v povrchových vrstvách chrupavky, čo vedie k rozpadu povrchu a zvýšenej priepustnosti voči vode. Keď sa viac proteoglykánov rozpadá, objavujú sa negatívne nabité glykozaminoglykány, ktoré priťahujú katióny a molekuly vody, zatiaľ čo zvyšné proteoglykány strácajú schopnosť pritiahnuť a zadržať vodu. Okrem toho strata proteoglykánov znižuje ich inhibičný účinok na intersticiálny vodný prúd. V dôsledku toho sa chrupavka napučia, mechanizmus kompresie (retencia) kvapaliny nefunguje a kompresný odpor chrupavky sa znižuje. Existuje účinok prenosu väčšiny záťaže na už poškodenú pevnú matricu a to vedie k skutočnosti, že opuchnutá chrupavka je náchylnejšia na mechanické poškodenie. Výsledkom je, že chrupavka sa buď zotavuje, alebo pokračuje v degenerovaní.

Okrem poškodenia proteoglykánov je nová kolagénová sieť čiastočne zničená, ktorá už nie je obnovená, a v chrupke sa objavujú vertikálne trhliny a ulcerácie. Tieto lézie môžu šíriť chrupavku na subchondrálnu kosť. Výrobky rozpadu a kĺbová tekutina sa rozšíria do bazálnej vrstvy, čo vedie k vzniku malých oblastí osteonekrózy a subchondrálnych cyst.

Paralelne s týmito procesmi sa chrupavka podrobí mnohým reparačným zmenám s pokusom obnoviť poškodený kĺbový povrch, ktorý zahŕňa tvorbu chondrofytov. Posledne menované sa nakoniec endochondrálne osifikujú a stávajú sa osteofytmi.

Akútne mechanické poranenie a kompresné zaťaženie môže viesť k vzniku horizontálnych trhlín v hlboko kalcifikovanej vrstve chrupavky a oddeleniu chrupky od subchondrálnej kosti. Bazálna rozdelenie alebo delaminácia chrupavky týmto spôsobom môžu slúžiť ako mechanizmus degenerácie nielen normálny chrupavky pri mechanickom preťažení, ale aj u osteoartrózy, kedy je nestabilita kĺbu. Ak je hyalínová chrupavka úplne zničená a kĺbový povrch je vystavený, sú možné dva procesy: prvý je tvorba hrubšej sklerózy na povrchu kosti, ktorá sa nazýva eburnéza; druhá je poškodenie a stlačenie trabekulov, ktoré na röntgenových lúčoch vyzerajú ako subchondrálna skleróza. Preto môže byť prvý proces považovaný za kompenzačný, druhý je jednoznačne fázou deštrukcie kĺbov.

Zvýšenie sa zvyšuje obsah vody v chrupavka chrupavky hustota protónov a eliminuje skrátenie T2 účinky proteoglykanu kolagénové matrice, ktorý má vysokú intenzitu signálu v poškodenia časti matrike v bežných MRI sekvencií. To čoskoro chondromalacie, čo je najskoršie známky poškodenia chrupavky môže byť zrejmé, než sa to stane aj mierne stenčenie. V tomto štádiu môže dôjsť aj k miernemu zahusteniu alebo "opuchu" chrupavky. Štrukturálne a biomechanické zmeny kĺbovej chrupavky sa neustále zvyšujú, dochádza k strate základnej látky. Tieto procesy môžu byť miestne alebo difúzna, ohraničená plocha rozvlákňovanie a stenčenie alebo úplné vymiznutie chrupavky. V niektorých prípadoch je možné pozorovať lokálne zhrubnutie alebo "opuch" chrupavky bez pretrhnutia povrchu kĺbu. Artróza je často možné pozorovať miestne intenzity zvýšenie chrupavky signálu na T2-vážených obrazoch, o čom svedčí prítomnosť povrchu artroskopicky, a hlboké transmurálneho lineárne zmeny. Tá môže odrážať hlboké degeneratívne zmeny, počnúc predovšetkým vo forme oddelení chrupavky z kalydifitsirovanogo vrstvy alebo príliv línie. Skoré zmeny sú obmedzené na hlbokých vrstiev hryasha, v takom prípade sa nezobrazujú pri prehliadke artroskopickej povrchu kĺbu, zatiaľ čo miestne razvodoknenie hlbších vrstiev chrupavky môže viesť k porážke priľahlých vrstiev, často s rastom subchondrálnej kosti v podobe centrálneho osteofytov.

V zahraničnej literatúre existujú dôkazy o možnosti získať kvantitatívne informácie o zložení kĺbovej chrupavky, ako je obsah vody v frakcie a difúznej koeficient vody v chrupavke. To sa dosahuje použitím špeciálnych programov MP-tomografu alebo MR-spektroskopie. Obidva tieto parametre sa zvyšujú, keď sa proteoglykán-kolagénová matrica poškodí poškodením chrupavky. Koncentrácia mobilných protónov (obsah vody) v chrupke klesá v smere od kĺbového povrchu k subchondrálnej kosti.

Kvantitatívne vyhodnotenie zmien je možné na T2-vážených obrázkoch. Zhrňujúc údaje o obrazoch tej istej chrupavky získanej s rôznymi TE, autori vyhodnotili T2-vážené obrazy chrupavky použitím vhodnej exponenciálnej krivky od získaných hodnôt intenzity signálu pre každý pixel. T2 sa hodnotí v určitej oblasti chrupavky alebo sa zobrazuje na mape celej chrupavky, v ktorej intenzita signálu každého pixelu zodpovedá T2 na tomto mieste. Avšak napriek pomerne veľkým možnostiam a relatívnej ľahkosti vyššie opísanej metódy je úloha T2 podhodnotená, čiastočne kvôli nárastu efektov súvisiacich s difúziou so zvýšením TE. V podstate je T2 podhodnotená v chrupke s chondromaláciou, keď sa zvyšuje difúzia vody. Ak sa nepoužívajú špeciálne technológie, potenciálne zvýšenie T2, merané pomocou týchto technológií v chrupke s chondromaláciou, mierne potlačí účinky súvisiace s difúziou.

MRI je teda veľmi nádejná metóda na identifikáciu a monitorovanie skorých štrukturálnych zmien, ktoré sú charakteristické pre degeneráciu kĺbovej chrupavky.

Morfologické zmeny chrupavky pri osteoartritíde

Hodnotenie morfologických zmien chrupavky závisí od vysokého priestorového rozlíšenia a vysokého kontrastu od povrchu kĺbu k subchondrálnej kosti. Toho sa najlepšie dosiahne použitím zhirpodavlyaemoy T1 vážených 3D GE-sekvencie, ktoré presne odráža miestnej vady zistené a overené ako v artroskopia a pitevnom materiálu. Chrupavky obraz môže byť tiež získané odpočítaním zobrazovanie prenosu magnetizácie, potom je kĺbová chrupavka má tvar samostatného pásku s signálu vysokej intenzite, výraznom kontraste s ďalším základným kĺbovej tekutiny nízko intenzívne, intraartikulárne tukové tkanivo a subchondrálnej kostnej drene. Avšak, pri použití tejto metódy, snímanie obrazu sa vykonáva 2 krát pomalší ako zhirpodavlyaemoe T1-VI, takže sú menej široko používané. Okrem toho je možné získať obrazy lokálnych defektov, drsnosti povrchu a generalizovaného zriedenia kĺbovej chrupavky použitím konvenčných MP sekvencií. Podľa niektorých autorov, morfologické parametre - hrúbka, objem, geometria a topografia povrchu chrupavky - môže byť kvantitatívne vypočítať pomocou 3D MRI snímok. Sumarizáciou voxelov tvoriacich obraz 3D rekonštruovanej chrupky je možné určiť presnú hodnotu týchto komplexných štruktúr. Okrem toho je meranie celkového objemu chrupavky získané z jednotlivých sekcií, je jednoduchší spôsob vzhľadom k menším zmenám v rovine rezu a spoľahlivejšie priestorovým rozlíšením. Pri štúdiu celý amputované kolien a patelární vzorky získanej v artroplastice týchto spojov bola stanovená celkom chrupavky stehennej, holennej kosti a pately a bolo zistené, objem porovnávacie získané pomocou MRI, a príslušné sumy získanej chrupavky oddelené od kosti a meranie jeho histologicky , Preto sa táto technológia môže byť užitočná pre dynamické posúdenie zmien objemu chrupavky u pacientov s osteoartrózou. Získanie potrebné a presné kus kĺbovej chrupavky, a to najmä u pacientov s osteoartrózou, si vyžaduje dostatočné znalosti a skúsenosti lekára vykonávajúceho štúdiu, rovnako ako dostupnosť vhodného softvérového MR.

Celkové objemové merania obsahujú málo informácií o bežných zmenách a sú citlivé na lokálnu stratu chrupavky. Teoreticky, poškodenie chrupavky alebo stenčenie na jednom mieste môže vyvážiť ekvivalentné zvýšenie objemu chrupavky inde v kĺbe, a meranie celkového objemu chrupavky nebude vykazovať žiadne abnormality, tak, že tieto zmeny by nemali byť identifikovateľný podľa tejto metódy. Delenie kĺbových chrupaviek pomocou 3D rekonštrukcie na jednotlivé malé oblasti bolo možné posúdiť objem chrupavky v niektorých oblastiach, najmä na povrchu dochádza k napájaniu záťaže. Avšak presnosť meraní sa znižuje, pretože sa vykonáva veľmi málo oddelenia. Na potvrdenie presnosti meraní je nakoniec potrebné mimoriadne vysoké priestorové rozlíšenie. Ak je možné dosiahnuť dostatočné priestorové rozlíšenie, je možné vyvolať mapovanie hrúbky chrupavky in vivo. Mapy hrúbky chrupavky dokážu reprodukovať lokálne lézie v progresii osteoartritídy.