Diagnosticul osteoartritei: RMN al cartilajului articular

Imaginea RMN a cartilajului articular reflectă totalitatea structurii histologice și a compoziției sale biochimice. Celulă articulară este hialină, care nu are propria sânge, drenaj limfatic și inervație. Se compune din apă și ioni, fibre de colagen de tip II, condrocite, proteoglicani agregați și alte glicoproteine. Fibrele de colagen sunt întărite în stratul subchondral al osului ca o ancoră și se execută perpendicular pe suprafața articulației, unde acestea se deosebesc orizontal. Între fibrele colagenului sunt molecule proteoglicanice mari, care au o încărcare negativă semnificativă, care atrage intens molecule de apă. Condrocitele cartilajului sunt aranjate în coloane uniforme. Ei sintetizează colagenul și proteoglicanii, precum și degradatorii enzimelor într-o formă inactivă și inhibitorii enzimelor.

Histologic sa determinat stratul de cartilaj 3 în articulații mari, cum ar fi genunchi și șold. Cel mai adânc strat este compus din cartilaj și osului subcondral și servește ca rețea strat de aterizare extinsă de fibre de colagen care se extind de la suprafață de fascicule dense interconectate prin numeroase fibrile reticulare. Se numește stratul radial. Spre suprafața articulară fibrelor de colagen separat devin mai subțiri și lipite împreună într-o matrice paralelă regulat compactă și cu mai puține legături încrucișate. Stratul din mijloc - o tranziție sau intermediar conține organizate mai aleatoriu fibre de colagen, dintre care majoritatea sunt orientate oblic cu scopul de a rezista la sarcini verticale, presiunea și șoc. Stratul cel mai superficial al cartilajului articular, cunoscut sub numele tangentiala - strat subțire dens aranjate fibre de colagen orientate tangențial, opuse unei forțe de tracțiune care acționează sub comprimare sarcină, și formând o barieră impermeabilă de fluid interstițial, care previne pierderea acestuia în timpul procesului de comprimare. Stratul superficial al fibrelor de colagen sunt aranjate orizontal pentru a forma o placă orizontală densă la suprafață comună, în timp ce tangențiale fibrilele zona de suprafață sunt unite opțional cu acele straturi mai profunde.

Sa observat că în cadrul acestei rețele mesh complex de fibre aranjate molecule proteoglicani hidrofile agregate. Aceste molecule mari au capetele lor numeroase ramuri negative fragmente încărcate SQ și COO „care atrag intens ionii încărcați opus ( de obicei , Na ⁺ ), care , la rândul său , contribuie la pătrunderea osmotice a apei în cartilaj. Presiunea în interiorul rețelei de colagen este imens, și cartilaj funcționează ca o pernă hidrodinamic extrem de eficient. Compression suprafeței articulare determină deplasarea pe orizontală a apei conținute în cartilaj, deoarece rețeaua de fibre de colagen este comprimat. Redistribuția apei elyaetsya endocondrală , astfel încât volumul său total nu este schimbat. Când compresia este redusă sau dispare după o sarcină comună, apa se deplasează înapoi atrage încărcat negativ proteoglicani. Acesta este mecanismul care susține un conținut ridicat de apă și de densitate , astfel ridicat cartilaj de protoni. Cel mai mare conținut de apă Se observă cel mai aproape de suprafața comună și scade spre osul subcondral .. Concentrația de proteoglican a crescut în straturile profunde ale cartilajului.

In prezent RMN - aceasta este principala metodă de obținere a imaginilor de cartilaj hialin, puse în aplicare în principal utilizând un gradient - echo secvențe (GE). RMN reflectă conținutul de apă al cartilajului. Cu toate acestea, este important câte protoni de apă conțin cartilajul. Conținutul și distribuția moleculelor hidrofilice de proteoglicani și organizarea anizotropă a fibrilelor de colagen afectează nu numai cantitatea totală de apă, adică densitatea de protoni în cartilaj, dar , de asemenea , cu privire la starea de relaxare proprietăți, și anume T2 apei, oferind cartilagiu tipic „zonale“ sau exfoliante imagini pe RMN, care, după cum cred unii cercetători, secțiuni histologice consistente de cartilaj.

La imagini foarte scurte ecou timp (TE) (mai puțin de 5 ms), o imagine de cartilaj rezoluție mai mare prezintă de obicei o imagine cu două straturi: strat adânc este poziționat mai aproape de os zona calcifiere anterior și are un semnal slab, deoarece prezența calciului reduce semnificativ TR oferă imagini; Stratul de suprafață oferă un semnal MP cu intensitate medie sau de intensitate ridicată.

În imaginile TE intermediare (5-40 ms), cartilajul are un aspect în trei straturi: un strat de suprafață cu semnal scăzut; un strat de tranziție cu un semnal de intensitate intermediară; un strat profund care are un semnal MP scăzut. La cântărirea T2, semnalul nu include stratul intermediar, iar imaginea cartilajului devine omogenă cu intensitate scăzută. Atunci când o rezoluție spațială scăzută, imagini scurte TE uneori un strat suplimentar, care se datorează felii artefacte și contrast ridicat la interfața cartilagiu / lichid oblic, acest lucru poate fi evitat prin creșterea dimensiunii matricei.

În plus, unele dintre aceste zone (straturi) pot să nu fie vizibile în anumite condiții. De exemplu, atunci când unghiul dintre axa cartilajului și câmpul magnetic principal se schimbă, forma straturilor cartilaginoase se poate schimba, iar cartilajul poate avea o imagine omogenă. Acest fenomen este explicat prin proprietatea anizotropică a fibrelor de colagen și orientarea lor diferită în cadrul fiecărui strat.

Alți autori consideră că obținerea unei imagini stratificate a cartilajului nu este fiabilă și este un artifact. Opiniile cercetătorilor diferă și în ceea ce privește intensitatea semnalelor obținute din imaginile obținute în cartilajul cu trei straturi. Aceste studii sunt foarte interesante și, bineînțeles, necesită studii suplimentare.

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

Schimbări structurale ale cartilajului cu osteoartrită

În stadiile incipiente ale osteoartritei, rețeaua de colagen se degradează în straturile superficiale ale cartilajului, ducând la dezintegrarea suprafeței și creșterea permeabilității la apă. Pe măsură ce proteoglicanii se descompun mai mult, apar glicozaminoglicani încărcați negativ care atrag cationi și molecule de apă, în timp ce proteoglicanii rămași pierd capacitatea de a atrage și reține apa. În plus, pierderea proteoglicanilor reduce efectul lor inhibitor asupra curentului de apă interstițială. Ca urmare, cartilajul se umflă, mecanismul de compresie (retenție) a lichidului nu funcționează și rezistența la compresiune a cartilajului scade. Există un efect de transfer al majorității încărcăturii pe matricea solidă deja deteriorată, ceea ce duce la faptul că cartilajul umflat devine mai susceptibil la deteriorări mecanice. Ca rezultat, cartilajul se recuperează sau continuă să degenereze.

Pe lângă deteriorarea proteoglicanilor, rețeaua colagen-nouă este distrusă parțial, care nu mai este restaurată, iar în cartilaj apar fisuri și ulcerații verticale. Aceste leziuni pot răspândi cartilajul în osul subchondral. Produsele de degradare și fluidul articular se răspândesc în stratul bazal, ceea ce duce la apariția unor zone mici de osteonecroză și chisturi subchondrale.

În paralel cu aceste procese, cartilajul suferă o serie de modificări reparative, cu o încercare de a restabili suprafața articulațiilor deteriorate, care include formarea de chondrofite. Acestea din urmă ulterior osificare endochondrală și devin osteofite.

Trauma mecanică acută și sarcina de compresie pot duce la apariția fisurilor orizontale în stratul calcificat adânc al cartilajului și la detașarea cartilajului de osul subcondral. Divizarea Basal sau exfolierea cartilajului în acest fel poate servi ca un mecanism de degenerare nu numai a cartilajului normale sub mecanice supraîncărcare, dar, de asemenea, in osteoartrita, atunci când există o instabilitate a articulației. Dacă cartilajul hialin este complet distrus și suprafața articulară este expusă, atunci sunt posibile două procese: prima este formarea unei scleroze dense pe suprafața osului, numită eburnesis; a doua este distrugerea și compresia trabeculelor, care pe raze X arată ca scleroza subchondrală. În consecință, primul proces poate fi considerat compensatoriu, al doilea este în mod evident o fază a distrugerii comune.

Creșterea crește conținutul de apă în densitatea de protoni cartilaj Cartilajul si elimina T2 efecte scurtarea matrice proteoglican-colagen, care are o intensitate mare a semnalului în deteriorarea matrice porțiuni în secvențe IRM convenționale. Această chondromalacie timpurie, care este cel mai vechi semn al deteriorării cartilajului, poate fi observată înainte de apariția unei ușoare subțiere. În acest stadiu, poate exista, de asemenea, o ușoară îngroșare sau "umflare" a cartilajului. Modificările structurale și biomecanice ale cartilajului articular sunt în continuă creștere, apare pierderea substanței de bază. Aceste procese pot fi locale sau difuze, subțiri și defibrații limitate, sau dispariția completă a cartilajului. În unele cazuri, poate fi observată îngroșarea locală sau "umflarea" cartilajului fără a se rupe suprafața articulației. Osteoartrita este adesea posibil să se observe o intensitate locală creșterea cartilajelor semnalului pe imaginile ponderate T2, evidențiată prin prezența suprafeței arthroscopically și modificări liniare transmural profunde. Acestea din urmă pot reflecta modificări degenerative profunde începând în principal sub forma unui dezlipire a cartilajului de la stratul kalydifitsirovanogo sau linie de înaltă maree. Schimbări timpurii sunt limitate la hryasha straturile profunde, în cazul în care acestea nu apar la examinarea artroscopică a suprafeței articulare, în timp ce razvodoknenie locale straturile profunde ale cartilajului poate duce la înfrângerea straturilor adiacente, de multe ori cu creșterea osului subcondral sub forma unei osteophyte centrale.

În literatura străină există date privind posibilitatea de a obține informații cantitative despre compoziția cartilajului articular, de exemplu conținutul fracției de apă și coeficientul de difuzie a apei în cartilaj. Acest lucru este realizat cu ajutorul programelor speciale MP-tomograf sau în spectroscopia MR. Ambii acești parametri cresc atunci când matricea de proteoglican-colagen este deteriorată la deteriorarea cartilajului. Concentrația de protoni mobili (conținutul de apă) în cartilagiu scade în direcția de la suprafața articulară până la osul subchondral.

O evaluare cantitativă a modificărilor este posibilă în cazul imaginilor T2 ponderate. Rezumând datele imaginilor aceluiași cartilaj obținut cu diferite TE, autorii au evaluat imaginile T2 ponderate ale cartilajului folosind o curbă exponențială corespunzătoare din valorile intensității semnalului obținute pentru fiecare pixel. T2 este evaluat într-o anumită zonă a cartilajului sau afișat pe harta întregului cartilaj, în care puterea semnalului fiecărui pixel corespunde cu T2 în această locație. Totuși, în ciuda posibilităților destul de mari și a relativității ușoare a metodei descrise mai sus, rolul T2 este subestimat, în parte datorită creșterii efectelor legate de difuzie cu o creștere a TE. Practic, T2 este subestimat în cartilajul cu chondromalacia, când difuzia apei este crescută. Dacă nu se utilizează tehnologii speciale, creșterea potențială a T2, măsurată prin aceste tehnologii în cartilajul cu chondromalacia, va suprima ușor efectele legate de difuzie.

Astfel, RMN este o metodă foarte promițătoare pentru identificarea și monitorizarea modificărilor structurale timpurii care sunt caracteristice degenerării cartilajului articular.

Modificări morfologice ale cartilajului la osteoartrită

Evaluarea modificărilor morfologice ale cartilajului depinde de rezoluția spațială ridicată și de contrastul ridicat față de suprafața articulației cu osul subchondral. Acest lucru este cel mai bine realizat prin utilizarea ponderat T1 zhirpodavlyaemoy 3D GE-secvențe, care reflectă cu acuratețe defectele locale identificate și verificate ca în artroscopie și pe materialul autopsie. Imagine cartilajul poate fi de asemenea obținută prin scăderea imagistica de transfer de magnetizare, apoi cartilajului articular are forma unei benzi separate, cu un semnal de intensitate mare, în mod clar în contrast cu următorul fluid suport intensiv slab articular, intra-articular țesutul adipos și măduva osoasă subcondral. Cu toate acestea, atunci când se utilizează această metodă, de achiziție a imaginilor are loc de 2 ori mai lent decât zhirpodavlyaemoe T1-VI, deci sunt mai puțin utilizate pe scară largă. În plus, imaginile defectelor locale, rugozitatea suprafeței și subțierea generalizată a cartilajului articular pot fi obținute folosind secvențe MP convenționale. Potrivit unor autori, parametri morfologici - grosime, volum, geometrie și topografie a suprafeței cartilajului - poate fi calculată cantitativ prin utilizarea imaginilor 3D IRM. Prin însumarea voxelurilor care constituie imaginea cartilajului reconstituit 3D, se poate determina valoarea exactă a acestor structuri complexe. În plus, măsurarea volumului total al cartilajului obținut din secțiuni individuale, este o metodă mai simplă datorită modificărilor mici în planul feliei și mai fiabile în rezoluția spațială. Cand au studiat întregi mostrele genunchiului și patelar amputate obținute la artroplastie acestor articulații a fost determinată de totalul cartilajului articular al osului femural, tibial și patelare și a găsit un volum de corelație obținut prin RMN, iar sumele respective obținute de cartilaj separat de os și măsurarea Histologic sale . În consecință, această tehnologie poate fi utilă pentru evaluarea dinamică a modificărilor volumului cartilajului la pacienții cu osteoartrită. Obținerea felia necesară și corectă a cartilajului articular, in special la pacientii cu osteoartrita, necesită competențe suficiente și experiența medicului efectuarea studiului, precum și disponibilitatea MR software adecvat.

Măsurătorile volumului total conțin puține informații despre schimbările frecvente și sunt sensibile, respectiv pentru pierderea locală a cartilajului. Teoretic, pierderea cartilaj sau subțierea la un amplasament poate echilibra o creștere echivalentă a volumului de cartilaj în altă parte , în comun, și de măsurare a volumului total de cartilagiu nu arată nici o anomalie, astfel încât aceste modificări nu ar fi identificabile prin această metodă. Împărțirea cartilajului articular cu ajutorul reconstrucției 3D în regiuni mici separate a făcut posibilă estimarea volumului cartilajului în anumite zone, în special pe suprafețele cu forță de forță. Cu toate acestea, precizia măsurătorilor scade, deoarece se efectuează o foarte mică separare. În final, este necesară o rezoluție spațială extrem de mare pentru a confirma acuratețea măsurătorilor. Dacă se poate obține o rezoluție spațială suficientă, perspectiva de mapare a grosimii cartilajului in vivo devine posibilă. Hartile cu grosimea cartilajului pot reproduce leziunile locale in progresia osteoartritei.