Diagnóza osteoartrózy: MRI kloubní chrupavky

MRI obraz kloubní chrupavky odráží celkovou histologickou strukturu a biochemickou kompozici. Kloubní chrupavka je hyalinní, která nemá vlastní zásobení krví, lymfodrenáž a inervaci. Skládá se z vody a iontů, vláken kolagenu typu II, chondrocytů, agregovaných proteoglykanů a dalších glykoproteinů. Kolagenová vlákna jsou v subchondrální vrstvě kosti posílena jako kotva a probíhají kolmo k povrchu kloubu, kde se horizontálně rozkládají. Mezi vlákny kolagenu jsou velké molekuly proteoglykanu, které mají významný záporný náboj, který intenzivně přitahuje molekuly vody. Chondrocyty chrupavky jsou uspořádány ve vyrovnaných sloupcích. Syntetizují kolagen a proteoglykany, stejně jako enzymové degradery v neaktivní formě a enzymové inhibitory.

Histologicky bylo zjištěno, chrupavky vrstva 3 ve velkých kloubů, jako jsou kolena a kyčelního kloubu. Nejhlubší vrstva je sloučenina chrupavky a subchondrální kosti, a slouží jako přistávací vrstvy rozsáhlé sítě kolagenových vláken vystupujících z ní na povrch hustých svazků propojených četnými fibril cross-linking. Říká se tomu radiální vrstva. Směrem k kloubního povrchu samostatné kolagenová vlákna tenčí a spojeny dohromady v pravidelném rovnoběžném seskupení kompaktní a s menším počtem příčných vazeb. Střední vrstva - přechodné, nebo meziprodukt obsahuje více náhodně organizované kolagenová vlákna, z nichž většina jsou orientovány šikmo, s cílem bránit svislé zatížení, tlak a šok. Nejvíce povrchová vrstva z kloubní chrupavky, známý jako tangenciální, - tenká vrstva hustě uspořádané tangenciálně orientované kolagenní vlákna, proti tahové síly, které působí pod tlakem zatížení, a tvořící vodotěsnou bariéru intersticiální tekutiny, která zabraňuje její ztrátě během kompresního procesu. Nejvíce povrchová vrstva z kolagenových vláken, jsou uspořádány horizontálně tvoří hustou horizontální deska na povrchu kloubu, zatímco tangenciální plochy povrchu vlákna jsou případně spojeny s těmito hlubších vrstvách.

Bylo zjištěno, že v rámci tohoto složitého mesh síť vláken uspořádaných agregované hydrofilní proteoglykanové molekuly. Tyto velké molekuly mají konců svých četných větví záporně nabité fragmenty SQ a COO „, které intenzivně přitahují opačně nabité ionty (obvykle Na ⁺ ), což zase přispívá k osmotickému průniku vody do chrupavky. Tlak v kolagenové sítě je obrovský, a chrupavky funguje jako mimořádně efektivní hydrodynamický polštáře. Kompresní kloubní povrch způsobí horizontální posunutí vody obsažené v chrupavce, protože síť kolagenových vláken je stlačena. Voda přerozdělování elyaetsya endochondrální tak, že jeho celkový objem se nezmění. Je-li komprimace snížena nebo zmizí po společném zatížení, voda vrací zpět přitahuje záporně nabitý proteoglykanů. Je to mechanismus, který podporuje vysoký obsah vody a tím i vysokou hustotu protonů chrupavky. Nejvyšší obsah vody konstatuje nejblíže k povrchu kloubu a klesá směrem k subchondrální kosti .. Koncentraci proteoglykanu zvýšil v hlubokých vrstvách chrupavky.

V současné MRI - to je hlavní způsob získávání obrazů hyalinní chrupavky, realizovány především pomocí gradientu - echo (GE) sekvencí. MRI odráží obsah vody v chrupavce. Je však důležité, kolik protonů vody obsahuje chrupavka. Obsah a distribuce hydrofilních molekul proteoglykanů a anizotropní uspořádání kolagenových fibril ovlivňují nejen celkové množství vody, tj. Hustota proton v chrupavce, ale také na stavu relaxačních vlastností, zejména T2 vody, což chrupavky typický „zónové“ nebo exfoliating obrázků na MRI, který, jak někteří výzkumníci věří, konzistentních histologických sekcí chrupavky.

Při velmi krátké obrázků čas (TE) (méně než 5 ms) echo, vyšší chrupavky rozlišení obrazu typicky ukazuje obrázek dvouvrstvou: hluboká vrstva je umístěna blíže ke kostní předchozího oblasti usazování vodního kamene a má nízký signál, jako přítomnost vápníku výrazně snižuje TR a dává obrázky; Povrchová vrstva poskytuje středně intenzivní nebo vysoce intenzivní signál MP.

U mezilehlých TE obrazů (5-40 ms) má chrupavka třívrstvý vzhled: povrchovou vrstvu s nízkým signálem; přechodová vrstva se signálem střední intenzity; hlubokou vrstvu s nízkým MP signálem. U vážení T2 signál nezahrnuje mezivrstvu a obraz chrupavky je homogenně nízké intenzity. Při nízké prostorové rozlišení, krátké TE obrazy někdy další vrstvu, která je vzhledem k šikmé řezy artefakty a vysoký kontrast na chrupavky / kapalné rozhraní, může být zabráněno tím, že zvyšuje velikost matice.

Navíc některé z těchto oblastí (vrstvy) nemusí být za určitých podmínek viditelné. Když se například změní úhel mezi osou chrupavky a hlavním magnetickým polem, může se změnit tvar chrupavčitých vrstev a chrupavka může mít homogenní obraz. Tento jev je vysvětlován anizotropní vlastností kolagenových vláken a jejich odlišnou orientací v každé vrstvě.

Jiní autoři se domnívají, že získání vrstveného obrazu chrupavky není spolehlivé a je artefaktem. Názory výzkumníků se liší také s ohledem na intenzitu signálů z získaných třívrstvých obrazů chrupavky. Tyto studie jsou velmi zajímavé a samozřejmě vyžadují další studium.

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

Strukturální změny chrupavky s osteoartritidou

V počátečních stadiích osteoartrózy se kolagenní síť degraduje v povrchových vrstvách chrupavky, což vede k rozpadu povrchu a zvýšené propustnosti vůči vodě. Vzhledem k tomu, že se více proteoglykanů rozpadá, objevují se negativně nabité glykosaminoglykany, které přitahují kationty a molekuly vody, zatímco zbývající proteoglykany ztrácejí schopnost přitahovat a zadržovat vodu. Navíc ztráta proteoglykanů snižuje jejich inhibiční účinek na intersticiální vodní proud. V důsledku toho se chrupavka zvětšuje, mechanismus komprese (retence) kapaliny nefunguje a kompresní odolnost chrupavky se snižuje. Existuje efekt přenosu většiny zatížení na již poškozenou pevnou matrici, což vede k tomu, že zduřená chrupavka je náchylnější k mechanickému poškození. Výsledkem je, že chrupavka se buď zotavuje nebo se stále degeneruje.

Kromě poškození proteoglykanů je kolagenová nová síť částečně zničena, která již není obnovena, a v chrupavce se objevují vertikální trhliny a vředy. Tyto léze se mohou šířit chrupavkou do subchondrální kosti. Výrobky rozpadu a kloubní tekutina se šíří do bazální vrstvy, což vede k vzniku malých oblastí osteonekrózy a subchondrálních cyst.

Souběžně s těmito procesy se chrupavka podrobuje řadě reparativních změn s pokusem obnovit poškozený povrch kloubu, který zahrnuje tvorbu chondrofytů. Ta se nakonec endochondrální osifikace a stávají osteophytes.

Akutní mechanická trauma a kompresní zatížení mohou vést k rozvoji horizontálních trhlin v hluboce kalcifikované vrstvě chrupavky a oddělení chrupavky od subchondrální kosti. Bazální rozdělení nebo delaminace chrupavky tímto způsobem mohou sloužit jako mechanismus degenerace nejen normální chrupavky při mechanickém přetížení, ale také u osteoartrózy, kdy je nestabilita kloubu. Pokud je hyalinní chrupavka zcela zničena a kloubový povrch je vystaven, jsou možné dva způsoby: první je tvorba husté sklerosy na povrchu kosti, která se nazývá eburnéza; druhá je poškození a stlačení trabekulů, které na rentgenovém záření vypadají jako subchondrální skleróza. Proto může být první proces považován za kompenzační, druhý je zjevně fází společného zničení.

Zvýšení se zvyšuje obsah vody v chrupavka chrupavky hustota protonů a eliminuje zkrácení T2 účinky proteoglykanu kolagenová matrice, který má vysokou intenzitu signálu v poškození části matrice v běžných MRI sekvencí. Tato časná chondromalacia, která je nejranější známkou poškození chrupavky, může být patrná ještě předtím, než dojde k lehkému ztenčení. V této fázi může dojít k mírnému zhrubnutí nebo "otoku" chrupavky. Strukturní a biomechanické změny kloubní chrupavky se neustále zvyšují, dochází ke ztrátě základní látky. Tyto procesy mohou být lokální nebo difúzní, omezené povrchové ztenčení a defibrace nebo úplné vymizení chrupavky. V některých případech může být pozorováno lokální zhrubnutí nebo "otok" chrupavky bez přetržení povrchu kloubu. Artróza je často možné pozorovat místní intenzity zvýšení chrupavky signálu na T2-vážených obrazech, o čemž svědčí přítomnost povrchu artroskopicky, a hluboké transmurálního lineární změny. Ta může odrážet hluboké degenerativní změny, počínaje především ve formě oddělení chrupavky z kalydifitsirovanogo vrstvy nebo příliv linie. Časné změny jsou omezeny na hlubokých vrstev hryasha, v takovém případě se nezobrazují při prohlídce artroskopické povrchu kloubu, zatímco místní razvodoknenie hlubších vrstev chrupavky může vést k porážce přilehlých vrstev, často s růstem subchondrální kosti v podobě centrálního osteofyt.

V zahraniční literatuře existují údaje o možnosti získat kvantitativní informace o složení kloubní chrupavky, například obsah frakce vody a difuzní koeficient vody v chrupavce. Toho lze dosáhnout použitím speciálních programů MP-tomografu nebo MR-spektroskopie. Oba tyto parametry se zvyšují, jestliže je poškozena poškození chrupavky poškozením matrice proteoglykan-kolagenu. Koncentrace mobilních protonů (obsah vody) v chrupavce klesá ve směru od kloubního povrchu k subchondrální kostě.

Kvantitativní vyhodnocení změn je možné na T2-vážených snímcích. Zobecnění obrazová data stejného chrupavky získané s různými TE, Hodnotili T2-vážených obrazech (VI) s vhodným chrupavky exponenciální křivky hodnot intenzity signálu získané pro každý pixel. T2 je hodnocena v určité oblasti chrupavky nebo je zobrazena na mapě celé chrupavky, přičemž síla signálu každého pixelu odpovídá T2 na tomto místě. Přes poměrně velké možnosti a poměrně snadnost výše popsané metody je však role T2 podceňována, částečně kvůli nárůstu vlivů souvisejících s difúzí se zvýšením TE. V podstatě je T2 podhodnocena v chrupavce s chondromalací, když se zvyšuje difúze vody. Pokud se nepoužívají speciální technologie, potenciální zvýšení T2, měřené těmito technologiemi v chrupavce s chondromalací, mírně potlačuje účinky spojené s difúzí.

MRI je tedy velmi slibnou metodou pro identifikaci a sledování časných strukturálních změn, které jsou charakteristické pro degeneraci kloubní chrupavky.

Morfologické změny chrupavky u osteoartrózy

Hodnocení morfologických změn v chrupavce závisí na vysokém prostorovém rozlišení a vysokém kontrastu od povrchu kloubu k subchondrální kostě. Toho se nejlépe dosáhne použitím zhirpodavlyaemoy T1 vážených 3D GE-sekvence, které přesně odráží místní vady zjištěné a ověřené jako v artroskopie a pitevním materiálu. Chrupavky obraz může být také získány odečtením zobrazování přenosu magnetizace, pak je kloubní chrupavka má tvar samostatného pásku s signálu vysoké intenzitě, zřetelně kontrastující s dalším základním kloubní tekutiny nízko intenzivní, intraartikulární tuková tkáň a subchondrální kostní dřeně. Nicméně, při použití této metody, snímání obrazu se provádí 2 krát pomalejší než zhirpodavlyaemoe T1-VI, takže jsou méně široce používány. Kromě toho je možné získat obrazy lokálních vad, nerovností a generalizované ztenčení kloubní chrupavky za použití běžných MP-sekvence. Podle některých autorů, morfologické parametry - tloušťka, objem, geometrie a topografie povrchu chrupavky - může být kvantitativně vypočítat pomocí 3D MRI snímků. Jako součet voxelů tvořící 3D rekonstruovaný obraz chrupavky může být určeno přesné hodnoty přidružených komplexních struktur. Kromě toho je měření celkového objemu chrupavky získané z jednotlivých sekcí, je jednodušší způsob vzhledem k menším změnám v rovině řezu a spolehlivější prostorovým rozlišením. Při studiu celý amputované kolen a patelární vzorky získané v artroplastice těchto spojů byla stanovena celkem chrupavky stehenní, holenní kosti a pately a bylo zjištěno, objem srovnávací získané pomocí MRI, a příslušné částky získané chrupavky oddělené od kosti a měření jeho histologicky . V důsledku toho může být tato technologie užitečná pro dynamické hodnocení změn objemu chrupavky u pacientů s osteoartritidou. Získání potřebné a přesné kus kloubní chrupavky, a to zejména u pacientů s osteoartrózou, vyžaduje dostatečné znalosti a zkušenosti lékaře provádějícího studii, stejně jako dostupnost vhodného softwarového MR.

Celkové měření objemu obsahují jen málo informací o běžných změnách a jsou citlivé na lokální ztrátu chrupavky. Teoreticky, poškození chrupavky nebo ztenčení na jednom místě může vyvážit ekvivalentní zvýšení objemu chrupavky jinde v kloubu, a měření celkového objemu chrupavky nebude vykazovat žádné abnormality, tak, že tyto změny by neměly být identifikovatelný podle této metody. Rozdělení kloubní chrupavky pomocí 3D rekonstrukce do oddělených malých oblastí umožnilo odhadnout objem chrupavky v určitých oblastech, zejména na plochách zažívajících silovou zátěž. Přesnost měření však klesá, protože se provádí velmi málo oddělení. Na závěr je pro potvrzení přesnosti měření nezbytné mimořádně vysoké prostorové rozlišení. Pokud je možné dosáhnout dostatečného prostorového rozlišení, je možné vysledovat mapování tloušťky chrupavky in vivo. Mapy tloušťky chrupavky mohou reprodukovat lokální léze v průběhu osteoartrózy.