Rozpoznanie choroby zwyrodnieniowej stawów: rezonans magnetyczny chrząstki stawowej

Obraz chrząstki stawowej w obrazie MRI odzwierciedla całość jego struktury histologicznej i składu biochemicznego. Chrząstka stawowa jest szklista, która nie ma własnego zaopatrzenia w krew, drenażu limfatycznego i unerwienia. Składa się z wody i jonów, włókien kolagenu typu II, chondrocytów, zagregowanych proteoglikanów i innych glikoprotein. Włókna kolagenowe są wzmacniane w warstwie podchrzęstnej kości, jako kotwica i biegną prostopadle do powierzchni stawu, gdzie odbiegają poziomo. Między włóknami kolagenu znajdują się duże cząsteczki proteoglikanu, które mają znaczący ładunek ujemny, który intensywnie przyciąga cząsteczki wody. Chondrocyty chrząstki są ułożone w równe kolumny. Syntetyzują kolagen i proteoglikany, a także degradatory enzymów w postaci nieaktywnej i inhibitory enzymów.

Histologicznie, w dużych stawach były 3 warstwy chrząstki, takie jak kolano i udo. Najgłębsza warstwa jest związek chrząstki i kości podchrząstkowej i służy jako warstwa docelowej rozległą sieć włókien kolagenowych, które rozciągają się od niego na powierzchni gęstej wiązki połączonych ze sobą przez wiele włókien sieciowania. Nazywa się to warstwą radialną. Do powierzchni stawowej oddzielne włókna kolagenowe stają się coraz cieńsze i łączone ze sobą w regularnym układzie równoległym zwarty i mniej połączeń poprzecznych. Warstwa środkowa - przejściowe lub pośrednia zawiera organizowana bardziej losowo włókien kolagenowych, które w większości są ustawione ukośnie w celu wytrzymać obciążenia pionowe, ciśnienie i wstrząsy. Najbardziej powierzchowna warstwa chrząstki, znane jako styczna - cienkowarstwowa gęsto rozmieszczone stycznie zorientowanych włókien kolagenowych przeciwnych sił rozciągających działających na ściskanie obciążenia i tworzących barierę wodoodporną płynu śródmiąższowego, które zapobiega jego strat w trakcie procesu ściskania. Najbardziej powierzchowna warstwa włókien kolagenowych rozmieszczone poziomo, tworząc zwartą płytę poziomą na powierzchni styku, podczas gdy styczne włókna pola powierzchni są ewentualnie połączone z głębszych warstw.

Zauważono, że w tej sieci kratowej złożonej z włókien hydrofilowych umieszczone zagregowanych cząsteczek proteoglikanu. Te duże cząsteczki mają końce ich wielu gałęziach ujemnie naładowane fragmenty SQ i COO „, które intensywnie przyciągają przeciwnie naładowanych jonów (zwykle Na ⁺ ), co z kolei przyczynia się do osmotycznego wnikania wody do chrząstki. Ciśnienie w sieci kolagenowej jest ogromne i chrząstki działa jak bardzo efektywny hydrodynamicznego poduszki. Kompresja powierzchnię stawową powoduje poziome przemieszczanie wody znajdującej się w chrząstce, ponieważ sieć włókien kolagenowych jest ściskany. Redystrybucję wody elyaetsya wewnątrzchrząstkowego, tak że jego całkowita objętość nie zmienia się. Gdy funkcja jest zmniejszona lub znika po wspólnym obciążenia woda cofa przyciąga ujemnie naładowane proteoglikany. To jest mechanizm, który obsługuje duże ilości wody, a tym samym wysokiej gęstości protonowej chrząstki. Największą zawartość wody zauważa się najbliżej powierzchni styku i zmniejsza się w kierunku kości podchrząstkowej .. Stężenia proteoglikanów wzrosła w głębokich warstwach chrząstki.

W niniejszym badaniu MRI - jest głównym sposobem pozyskiwania obrazów z chrząstki szklistej, realizowane głównie za pomocą gradientu - Echo (GE) w sekwencji. MRI odzwierciedla zawartość wody w chrząstce. Ważne jest jednak, ile protonów wody zawiera chrząstka. Zawartość i rozmieszczenie hydrofilowych cząsteczek proteoglikanów i anizotropowa organizacja włókienek kolagenowych wpływa nie tylko na całkowitą ilość wody, tj. Gęstość protonów w chrząstce, ale również od stanu właściwościach relaksacyjnych, a mianowicie T2 wody, dając chrząstki typowy „strefowe” lub złuszczające obrazów MRI, które, jak niektórzy badacze uważają, spójne histologicznych odcinkach chrząstki.

Przy bardzo krótkich wyniki czasu (TE) (mniej niż 5 ms) echa jest większa rozdzielczość chrząstki obraz zwykle przedstawia obraz dwóch warstw: Warstwa głębokiej jest umieszczony bliżej kostnego przed obszarze ogniska zwapnienia i ma niski sygnał, ponieważ obecność wapnia znacznie zmniejsza tr daje obrazy; Warstwa powierzchniowa daje średni lub intensywny sygnał MP.

W pośrednich obrazach TE (5-40 ms) chrząstka ma wygląd trójwarstwowy: warstwę powierzchniową z niskim sygnałem; warstwa przejściowa z sygnałem o pośredniej intensywności; głęboka warstwa mająca niski sygnał MP. Przy ważeniu T2 sygnał nie zawiera warstwy pośredniej, a obraz chrząstki staje się jednorodny o małej intensywności. Gdy stosuje się niską rozdzielczość przestrzenną, na krótkich obrazach TE pojawia się dodatkowa warstwa, co wynika z ukośnych wyciętych artefaktów i dużego kontrastu na powierzchni chrząstki / cieczy, można tego uniknąć, zwiększając rozmiar matrycy.

Ponadto niektóre z tych stref (warstw) mogą nie być widoczne w pewnych warunkach. Na przykład, gdy zmienia się kąt pomiędzy osią chrząstki a głównym polem magnetycznym, kształt chrząstki może się zmieniać, a chrząstka może mieć jednorodny obraz. Zjawisko to tłumaczy się anizotropową właściwością włókien kolagenowych i ich różną orientacją w każdej warstwie.

Inni autorzy uważają, że uzyskanie warstwowego obrazu chrząstki nie jest wiarygodne i jest artefaktem. Opinie badaczy różnią się również pod względem intensywności sygnałów z otrzymanych trójwarstwowych obrazów chrząstki. Badania te są bardzo interesujące i wymagają dalszych badań.

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

Strukturalne zmiany chrząstki z chorobą zwyrodnieniową stawów

We wczesnych stadiach choroby zwyrodnieniowej sieć kolagenowa ulega degradacji w powierzchniowych warstwach chrząstki, co prowadzi do rozpadu powierzchni i zwiększenia przepuszczalności wody. W miarę rozkładu większej ilości proteoglikanów pojawia się więcej ujemnie naładowanych glikozoaminoglikanów, które przyciągają kationy i cząsteczki wody, podczas gdy pozostałe proteoglikany tracą zdolność przyciągania i zatrzymywania wody. Ponadto utrata proteoglikanów zmniejsza ich hamujący wpływ na śródmiąższowy prąd wodny. W rezultacie chrząstka pęcznieje, mechanizm ściskania (zatrzymywania) płynu nie działa, a oporność ściskania chrząstki maleje. Występuje efekt przeniesienia większości ładunku na już uszkodzoną matrycę stałą, co prowadzi do tego, że spęczniała chrząstka staje się bardziej podatna na uszkodzenia mechaniczne. W wyniku tego chrząstka albo ulega regeneracji, albo nadal ulega degeneracji.

Oprócz uszkodzenia proteoglikanów, nowa sieć kolagenu ulega częściowemu zniszczeniu, które nie jest już przywracane, a pionowe pęknięcia i owrzodzenie pojawiają się w chrząstce. Zmiany te mogą rozprzestrzeniać chrząstkę do kości podchrzęstnej. Produkty rozpadu i płyn stawowy rozprzestrzeniają się do warstwy podstawowej, co prowadzi do pojawienia się małych obszarów martwicy kości i torbieli podchrzęstnych.

Równolegle do tych procesów chrząstka podlega wielu naprawczym zmianom, próbując przywrócić uszkodzoną powierzchnię stawu, w tym tworzenie się chondrofitów. To ostatnie ostatecznie ulega endochondralnej kostnieniu i staje się osteofitami.

Ostry uraz mechaniczny i obciążenie ściskające mogą prowadzić do powstania poziomych pęknięć w głęboko zwapnionej warstwie chrząstki i oderwaniu chrząstki od kości podchrzęstnej. Zasadnicze cięcie lub delaminacja chrząstki w podobny sposób może służyć jako mechanizm do degeneracji nie tylko normalnej chrząstki w warunkach mechanicznego przeciążenia, ale także w przypadku choroby zwyrodnieniowej stawów, gdy występuje niestabilność stawu. Jeśli chrząstka szklista zostanie całkowicie zniszczona, a powierzchnia stawowa ulegnie odsłonięciu, wówczas możliwe są dwa procesy: pierwszy to tworzenie gęstej sklerozy na powierzchni kości, zwanej eburzą; Drugim jest uszkodzenie i ściskanie beleczek, które na zdjęciu rentgenowskim przypomina stwardnienie subchondrialne. W związku z tym pierwszy proces można uznać za wyrównawczy, drugi jest wyraźnie fazą wspólnego niszczenia.

Zwiększenie wzrostu zawartości wody w chrząstce chrząstki gęstości protonowej i eliminuje T2 efektów skrócenie proteoglikanu kolagen matrycę, która posiada wysoką intensywność sygnału na uszkodzenia części matrycy w konwencjonalnych sekwencji MRI. Ten wczesny chondromalacja, który jest najwcześniejszym objawem uszkodzenia chrząstki mogą być widoczne przed zdarza się nawet niewielki trzebieży. W tym etapie może być również obecny słaby zagęszczający lub „obrzęk” chrząstki. Strukturalne i biomechaniczne zmiany chrząstki stawowej stale rośnie, nie jest utrata głównej substancji. Procesy te mogą być lokalne lub rozproszona, ograniczony rozcierania powierzchni i cieńsze lub całkowity zanik chrząstki. W niektórych przypadkach miejscowe pogrubienie lub „obrzęk” chrząstek obserwuje się bez zerwania powierzchni stawowej. Zapalenie kości i stawów to często można zaobserwować lokalny wzrost chrząstki intensywności sygnału na obrazach T2-, o czym świadczy obecność powierzchni artroskopowo i głębokie przezściennego zmiany liniowej. Ten ostatni może wynikać głębokie zmiany zwyrodnieniowe zaczynające się głównie w postaci oderwania chrząstki z warstwy kalydifitsirovanogo lub linii wysokiego przypływu. Wczesne zmiany są ograniczone do hryasha głębokich warstw, w którym to przypadku nie pojawi się na badanie artroskopowe wspólnej powierzchni, podczas gdy lokalny razvodoknenie głębsze warstwy chrząstki może doprowadzić do klęski sąsiednich warstw, często ze wzrostem podchrzęstnej kości w postaci centralnej osteofitu.

W literaturze zagranicznej znajdują się dane na temat możliwości uzyskania informacji ilościowych na temat składu chrząstki stawowej, na przykład zawartość frakcji wodnej i współczynnik dyfuzji wody w chrząstce. Osiąga się to za pomocą specjalnych programów do tomografii MP lub spektroskopii MR. Oba te parametry zwiększają się, gdy matryca proteoglikan-kolagen ulega uszkodzeniu w uszkodzeniu chrząstki. Stężenie ruchomych protonów (zawartość wody) w chrząstce zmniejsza się w kierunku od powierzchni stawowej do kości podchrzęstnej.

Ilościowa ocena zmian jest możliwa na obrazach ważonych T2. Podsumowując dane obrazów tej samej chrząstki uzyskanej za pomocą różnych TE, autorzy ocenili obrazy ważone T2 chrząstki za pomocą odpowiedniej krzywej wykładniczej z uzyskanych wartości intensywności sygnału dla każdego piksela. T2 jest oceniane w określonym obszarze chrząstki lub wyświetlane na mapie całej chrząstki, w którym siła sygnału każdego piksela odpowiada T2 w tym miejscu. Jednakże, pomimo dość dużych możliwości i względnej łatwości opisanego powyżej sposobu, rola T2 jest niedoszacowana, po części ze względu na wzrost efektów związanych z dyfuzją ze wzrostem TE. Zasadniczo T2 jest niedoceniana w chrząstce z chondromalacją, gdy zwiększa się dyfuzja wody. Jeśli nie zostaną zastosowane specjalne technologie, potencjalny wzrost T2, mierzony tymi technologiami w chrząstce z chondromalacią, nieznacznie tłumi efekty związane z dyfuzją.

Zatem MRI jest bardzo obiecującą metodą identyfikacji i monitorowania wczesnych zmian strukturalnych charakterystycznych dla zwyrodnienia chrząstki stawowej.

Zmiany morfologiczne chrząstki w chorobie zwyrodnieniowej stawów

Oszacowanie zmian morfologicznych chrząstki zależy od dużej rozdzielczości przestrzennej i wysokim kontraście z powierzchni styku na kość subchondralną. Najlepiej można to osiągnąć przez zastosowanie zhirpodavlyaemoy T1-3D GE sekwencje, które dokładnie odzwierciedla lokalnych wad stwierdzonych i weryfikacji, jak w artroskopii materiału sekcji. Chrząstki obraz może być również uzyskane przez odjęcie obrazowania transferu magnesowania, to chrząstka stawowa ma postać oddzielnej taśmy o wysokiej intensywności sygnału, wyraźnie kontrastuje z następnym bazowego płynu niskiej intensywne stawowej śródstawowe tkanki tłuszczowej i subchondralna szpiku kostnego. Jednakże, przy zastosowaniu tej metody pozyskiwania obrazów odbywa się 2 razy wolniej niż zhirpodavlyaemoe T1-VI, więc są rzadziej stosowane. Ponadto, możliwe jest uzyskanie obrazów lokalnych wad, nieregularności powierzchni i uogólnioną ścieńczenie chrząstki stawowej za pomocą konwencjonalnych MP-sekwencji. Według niektórych autorów, parametry morfologiczne - grubość, wielkość, geometrię i topograficznych na powierzchni chrząstki - można ilościowo obliczono za pomocą obrazów 3D MRI. Sumując woksele stanowiące rekonstruowanego obrazu 3D chrząstki można określić dokładnie wartości związanych złożonych struktur. Ponadto, pomiar ogólnej ilości chrząstki uzyskanych z poszczególnych części, jest prostszy sposób ze względu na niewielkie zmiany płaszczyzny segmentu i bardziej niezawodne w rozdzielczości przestrzennej. Badając całą amputowane kolana i rzepki próbek uzyskanych w artroplastyki tych złączy określano łącznie z chrząstki stawowej kości udowej, piszczelowej i rzepki i stwierdzono objętości korelacji uzyskany przez MRI oraz odpowiednich wartości uzyskanych przez chrząstki oddzielone od kości i pomiar jego histologicznie , W związku z tym, technologia ta może być przydatna dla dynamicznego oceny zmian w objętości chrząstki u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów. Uzyskanie niezbędnych i dokładne kawałek chrząstki stawowej, zwłaszcza u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów, wymaga wystarczających umiejętności i doświadczenia lekarza prowadzącego badanie, a także dostępność odpowiedniej MR oprogramowania.

Pomiary objętości całkowitej zawierają niewiele informacji o wspólnych zmianach i są odpowiednio czułe, jeśli chodzi o miejscową utratę chrząstki. Teoretycznie utrata chrząstki lub przerzedzone w jednym miejscu może zrównoważyć równoważny wzrost objętości chrząstki w stawie gdzie indziej, a pomiar całkowitej objętości chrząstki nie wykazują żadnych nieprawidłowości, więc, że takie zmiany nie byłyby rozpoznawalne tą metodą. Podział chrząstki stawowej z pomocą rekonstrukcji 3D na oddzielne małe obszary umożliwił oszacowanie objętości chrząstki w określonych obszarach, w szczególności na powierzchniach doświadczających obciążenia siłowego. Jednak dokładność pomiarów maleje, ponieważ przeprowadza się bardzo małą separację. Konieczna jest bardzo wysoka rozdzielczość przestrzenna, aby potwierdzić dokładność pomiarów. Jeśli można osiągnąć wystarczającą rozdzielczość przestrzenną, staje się możliwa perspektywa mapowania grubości chrząstki in vivo. Mapy grubości chrząstki mogą odtworzyć miejscowe zmiany w postępie choroby zwyrodnieniowej stawów.