Diagnose van osteoartritis: MRI van gewrichtskraakbeen

MRI-beeld van gewrichtskraakbeen weerspiegelt de totaliteit van zijn histologische structuur en biochemische samenstelling. Gewrichtskraakbeen is hyaline, dat geen eigen bloedtoevoer, lymfedrainage en innervatie heeft. Het bestaat uit water en ionen, vezels van type II collageen, chondrocyten, geaggregeerde proteoglycanen en andere glycoproteïnen. Collageenvezels worden versterkt in de subchondrale laag van het bot als anker en lopen loodrecht op het oppervlak van het gewricht waar ze horizontaal divergeren. Tussen de vezels van collageen bevinden zich grote proteoglycaanmoleculen, die een significante negatieve lading hebben, die watermoleculen intensief aantrekt. Chondrocyten van kraakbeen zijn gerangschikt in even kolommen. Ze synthetiseren collageen en proteoglycanen, evenals enzymafbrekers in een inactieve vorm en enzymremmers.

Histologisch werd bepaald kraakbeenlaag 3 in grote gewrichten, zoals knie en heup. De diepste laag is de verbinding van kraakbeen en subchondrale bot en fungeert als ontvangende laag uitgebreid netwerk van collageen die zich vanaf het naar het oppervlak van dichte bundels onderling verbonden door een groot aantal fibrillen verknoping. Het wordt de radiale laag genoemd. Naar het gewrichtsvlak afzonderlijke collageenvezels dunner en aan elkaar gehecht in een regelmatige parallelle reeks compact en met minder kruisverbindingen. Middenlaag - een tijdelijke of tussenliggende bevat meer willekeurig georganiseerde collageenvezels, waarvan de meeste schuin georiënteerd teneinde verticale belastingen, de druk en schokken te weerstaan. De meest oppervlakkige laag van kraakbeen, zogenaamde tangentiaal - dunne laag dicht op elkaar geplaatste tangentieel georiënteerde collageenvezels, tegengestelde werkende trekkrachten belast compressie en de vorming van een waterdichte afsluiting van interstitiële vloeistof, waarbij het verlies wordt voorkomen tijdens het compressieproces. De meest oppervlakkige laag van de collageenvezels horizontaal aangebracht om een dichte horizontale plaat aan het gewrichtsoppervlak te vormen, terwijl de tangentiale oppervlakte fibrillen eventueel zijn verbonden met de diepere lagen.

Zoals opgemerkt, bevinden de geaggregeerde hydrofiele moleculen van proteoglycanen zich binnen dit complexe maasnetwerk van vezels. Deze grote moleculen hebben de uiteinden van hun talrijke branches negatief geladen fragmenten SQ en COO "die intensief trekken tegengesteld geladen ionen (gewoonlijk Na ⁺ ), hetgeen op zijn beurt bijdraagt aan het osmotische binnendringen van water in het kraakbeen. De druk in het collageennetwerk is enorm en kraakbeen functioneert als een zeer effectieve hydrodynamische kussen. Compression gewrichtsvlak veroorzaakt dat de horizontale verplaatsing van water in het kraakbeen, omdat het netwerk van collageenvezels wordt samengedrukt. Water herverdeling elyaetsya endochondrale zodat het totale volume niet is veranderd. Wanneer compressie is verminderd of verdwijnt nadat een gezamenlijk lading, het water beweegt heen trekt negatief geladen proteoglycanen. Dit is het mechanisme dat een hoog watergehalte en derhalve hoge proton kraakbeen dichtheid ondersteunt. Het hoogste watergehalte it notes dichtst bij het gewrichtsoppervlak en afneemt naar het subchondrale bot .. De concentratie van proteoglycan verhoogd in de diepe lagen van het kraakbeen.

In de onderhavige MRI - dit is de belangrijkste methode om beelden van hyalien kraakbeen, voornamelijk uitgevoerd met behulp gradient - echo (GE) sequenties. MRI weerspiegelt het watergehalte van het kraakbeen. Het is echter belangrijk hoeveel protonen van water het kraakbeen bevat. Het gehalte en de verdeling van hydrofiele moleculen van proteoglycanen en de anisotrope organisatie van collageenfibrillen beïnvloeden niet alleen de totale hoeveelheid water, d.w.z. Proton dichtheid in het kraakbeen, maar ook op de staat van ontspanning eigenschappen, namelijk T2 van het water, waardoor het kraakbeen typische "zonale" of exfoliërende beelden op MRI, die, zoals sommige onderzoekers geloven, consistente histologische secties van kraakbeen.

Bij zeer korte foto echotijd (TE) (minder dan 5 ms), een beeld van hogere resolutie kraakbeen toont typisch beeld een tweelagige: diepe laag dichter bij het bot verkalking gebied vooraf gepositioneerd en een lage signaal, omdat de aanwezigheid van calcium vermindert TR en geeft afbeeldingen; De oppervlaktelaag geeft een middelgroot intensief of hoog intensief MP-signaal.

In tussenliggende TE-beelden (5-40 ms) heeft het kraakbeen een drielaags uiterlijk: een oppervlaktelaag met een laag signaal; een overgangslaag met een signaal van tussenliggende intensiteit; een diepe laag met een laag MP-signaal. Bij T2-wegen omvat het signaal niet de tussenlaag en wordt het kraakbeenbeeld homogeen van lage intensiteit. Wanneer een lage spatiële resolutie wordt gebruikt, verschijnt soms een extra laag op de korte TE-beelden, die te wijten is aan de schuin afgesneden artefacten en een hoog contrast op het kraakbeen / vloeistofoppervlak, dit kan worden vermeden door de grootte van de matrix te vergroten.

Bovendien zijn sommige van deze zones (lagen) mogelijk niet zichtbaar onder bepaalde omstandigheden. Wanneer bijvoorbeeld de hoek tussen de kraakbeenas en het hoofdmagneetveld verandert, kan de vorm van de kraakbeenachtige lagen veranderen en kan het kraakbeen een homogeen beeld hebben. Dit fenomeen wordt verklaard door de anisotrope eigenschap van collageenvezels en hun verschillende oriëntatie binnen elke laag.

Andere auteurs geloven dat het verkrijgen van een gelaagd beeld van kraakbeen niet betrouwbaar is en een artefact is. De meningen van de onderzoekers lopen ook uiteen wat betreft de intensiteit van de signalen van de verkregen drielaagse kraakbeenbeelden. Deze studies zijn zeer interessant en vereisen uiteraard verdere studie.

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

Structurele veranderingen van kraakbeen met osteoartritis

In de vroege stadia van osteoartritis, degradeert het collageennetwerk in de oppervlaktelagen van het kraakbeen, wat leidt tot de desintegratie van het oppervlak en verhoogde permeabiliteit voor water. Naarmate er meer proteoglycanen afbreken, verschijnen er meer negatief geladen glycosaminoglycanen die kationen en watermoleculen aantrekken, terwijl de resterende proteoglycanen het vermogen verliezen om water aan te trekken en vast te houden. Bovendien vermindert het verlies van proteoglycanen hun remmende effect op de interstitiële waterstroom. Als gevolg hiervan zwelt het kraakbeen op, werkt het mechanisme van compressie (retentie) van de vloeistof niet en neemt de compressieweerstand van het kraakbeen af. Het grootste deel van de belasting wordt overgedragen naar de reeds beschadigde vaste matrix en dit leidt ertoe dat het gezwollen kraakbeen gevoeliger wordt voor mechanische schade. Dientengevolge herstelt of blijft het kraakbeen degenereren.

Naast schade aan proteoglycanen, wordt het collageen-nieuwe netwerk gedeeltelijk vernietigd, dat niet langer wordt hersteld, en verticale scheuren en zweren verschijnen in het kraakbeen. Deze laesies kunnen zich door het kraakbeen naar het subchondrale bot verspreiden. Vervalproducten en gewrichtsvloeistof verspreiden zich naar de basale laag, wat leidt tot het verschijnen van kleine gebieden van osteonecrose en subchondrale cysten.

Parallel aan deze processen ondergaat kraakbeen een aantal reparatieve veranderingen met een poging om het beschadigde gewrichtsoppervlak, waaronder de vorming van chondrofyten, te herstellen. De laatste uiteindelijk endochondrale ossificatie en osteophyten worden.

Acuut mechanisch trauma en drukbelasting kunnen leiden tot de ontwikkeling van horizontale scheuren in de diepe verkalkte laag van kraakbeen en het loslaten van kraakbeen uit het subchondrale bot. Basale splitsing of delaminatie van het kraakbeen op een vergelijkbare manier kan dienen als een mechanisme voor degeneratie van niet alleen normaal kraakbeen onder omstandigheden van mechanische overbelasting, maar ook voor osteoartritis wanneer er instabiliteit van het gewricht is. Als het hyaliene kraakbeen volledig wordt vernietigd en het gewrichtsoppervlak wordt blootgesteld, zijn twee processen mogelijk: de eerste is de vorming van dichte sclerose op het oppervlak van het bot, die eburnesis wordt genoemd; de tweede is de schade en compressie van de trabeculae, die op X-stralen lijkt op subchondrale sclerose. Dienovereenkomstig kan het eerste proces als compenserend worden beschouwd, het tweede proces is duidelijk een fase van gezamenlijke vernietiging.

Het verhogen van het watergehalte toename Kraakbeen protonendichtheid en elimineert T2 verkorting effecten proteoglycan-collageenmatrix, waarbij een hoge signaalintensiteit in porties matrix beschadiging conventionele MRI sequenties heeft. Deze vroege chondromalacia, het vroegste teken van kraakbeenschade, kan merkbaar zijn voordat zelfs een lichte uitdunning optreedt. In dit stadium kan er ook sprake zijn van een lichte verdikking of "zwelling" van het kraakbeen. Structurele en biomechanische veranderingen van het gewrichtskraakbeen nemen constant toe, het verlies van de basisstof treedt op. Deze processen kunnen lokaal of diffuus zijn, beperkt dunner worden van het oppervlak en ontvezeling of volledige verdwijning van het kraakbeen. In sommige gevallen kan plaatselijke verdikking of "zwelling" van het kraakbeen worden waargenomen zonder het gewrichtsoppervlak te scheuren. Osteoartritis Vaak kan lokale toename kraakbeen signaalintensiteit op T2-gewogen afbeeldingen, zoals blijkt uit de aanwezigheid van oppervlakte arthroscopically en diepe transmurale lineaire veranderingen waarnemen. Dit laatste kan tijdens diepe degeneratieve veranderingen beginnen vooral in de vorm van een losraken van het kraakbeen kalydifitsirovanogo laag of hoogwater lijn. Vroege veranderingen zijn beperkt tot de diepere lagen hryasha, waarbij zij niet te zien op de arthroscopische onderzoek van het gewrichtsoppervlak, terwijl de lokale razvodoknenie diepere lagen van kraakbeen kan leiden tot het verlies van de aangrenzende lagen, vaak met de groei van het subchondrale bot in de vorm van een centrale osteophyte.

In de buitenlandse literatuur zijn er gegevens over de mogelijkheid om kwantitatieve informatie te verkrijgen over de samenstelling van het gewrichtskraakbeen, bijvoorbeeld het gehalte van de waterfractie en de diffusiecoëfficiënt van water in het kraakbeen. Dit wordt bereikt met behulp van speciale programma's MP-tomograaf of in MR-spectroscopie. Beide parameters nemen toe wanneer de proteoglycaan-collageenmatrix wordt beschadigd bij kraakbeenschade. De concentratie van mobiele protonen (watergehalte) in het kraakbeen neemt af in de richting van het gewrichtsoppervlak naar het subchondrale bot.

Een kwantitatieve evaluatie van de veranderingen is mogelijk op T2-gewogen beelden. Na het samenvatten van de gegevens van de beelden van hetzelfde kraakbeen verkregen met verschillende TE, evalueerden de auteurs de T2-gewogen beelden van het kraakbeen met behulp van een geschikte exponentiële kromme van de verkregen waarden van signaalintensiteit per elke pixel. T2 wordt geëvalueerd in een bepaald gebied van het kraakbeen of weergegeven op de kaart van het gehele kraakbeen, waarbij de signaalsterkte van elke pixel op deze locatie overeenkomt met T2. Ondanks de vrij grote mogelijkheden en relatief gemak van de hierboven beschreven methode, wordt de rol van T2 echter onderschat, gedeeltelijk vanwege de toename van diffusie-gerelateerde effecten met een toename in TE. Kortom, T2 wordt onderschat in kraakbeen met chondromalacia, wanneer de waterdiffusie wordt verhoogd. Als geen speciale technologieën worden gebruikt, zal de potentiële toename van T2, gemeten met deze technologieën in het kraakbeen met chondromalacia, de diffusie-gerelateerde effecten enigszins onderdrukken.

MRI is dus een veelbelovende methode voor het identificeren en monitoren van de vroege structurele veranderingen die kenmerkend zijn voor gewrichtskraakbeendegeneratie.

Morfologische veranderingen van kraakbeen bij artrose

Evaluatie van morfologische veranderingen in kraakbeen hangt af van een hoge ruimtelijke resolutie en een hoog contrast van het oppervlak van het gewricht naar het subchondrale bot. Dit wordt het best bereikt door zhirpodavlyaemoy T1-gewogen 3D GE-sequenties die getrouw de lokale defecten vastgesteld en gecontroleerd volgens artroscopie en autopsiemateriaal. Het kraakbeen kan ook worden verkregen door de magnetisatie beeldoverdracht dan het gewrichtskraakbeen heeft de vorm van een separate strip met een hoge intensiteit signaal duidelijk contrast met de volgende onderliggende laag intensieve articulaire fluïdum, intra-articulaire vetweefsel en subchondrale beenmerg. Bij gebruik van deze methode wordt het beeld echter 2 keer langzamer verkregen dan het vetgedrukte T1-VI en daarom wordt het minder vaak gebruikt. Daarnaast kunnen afbeeldingen van lokale defecten, oppervlakteruwheid en gegeneraliseerde verdunning van het gewrichtskraakbeen worden verkregen met behulp van conventionele MP-sequenties. Volgens sommige auteurs, morfologische parameters - dikte, volume, geometrie en topografie van het kraakbeenoppervlak - kan kwantitatief worden berekend met 3D MRI-beelden. Door het optellen van de voxels die het 3D gereconstrueerde kraakbeenbeeld vormen, kan de exacte waarde van deze complexgekoppelde structuren worden bepaald. Bovendien is de meting van het totale volume van het kraakbeen verkregen uit afzonderlijke secties, een eenvoudiger methode vanwege kleinere veranderingen in het vlak van het segment en betrouwbaarder ruimtelijke resolutie. Bij het bestuderen van de gehele geamputeerde knie patella monsters verkregen bij artroplastiek deze verbindingen werd bepaald door het totaal van het articulaire kraakbeen van het dijbeen, scheenbeen en knieschijf en vonden een correlatie volume verkregen met MRI, alsmede de respectieve hoeveelheden verkregen door het kraakbeen gescheiden van het bot en het meten van de histologisch . Bijgevolg kan deze technologie nuttig zijn voor het dynamisch beoordelen van de veranderingen in het kraakbeenvolume bij patiënten met artrose. Het verkrijgen van de noodzakelijke en accurate deel van het gewrichtskraakbeen, vooral bij patiënten met artrose, vereist voldoende vaardigheden en ervaring van de arts die het onderzoek, evenals de beschikbaarheid van geschikte software MR.

Totale volumemetingen bevatten weinig informatie over algemene veranderingen en zijn respectievelijk gevoelig voor lokaal verlies van kraakbeen. Theoretisch kan verlies van kraakbeen of dunner op één plaats een equivalente toename van het volume van kraakbeen in het gewricht elders evenwicht, en het meten van totale kraakbeenvolume zou geen afwijkingen vertonen, waardoor dergelijke veranderingen niet identificeerbaar deze methode zou zijn. Delen kraakbeen middels 3D reconstructie van afzonderlijke kleine gebieden is het mogelijk om het volume van kraakbeen in bepaalde gebieden te evalueren, met name op de oppervlakken ervaren stroombron belasting. De nauwkeurigheid van de metingen neemt echter af, aangezien er zeer weinig scheiding wordt uitgevoerd. Uiteindelijk is een extreem hoge ruimtelijke resolutie nodig om de nauwkeurigheid van de metingen te bevestigen. Als voldoende ruimtelijke resolutie kan worden bereikt, wordt het mogelijk om de kraakbeendikte in vivo in kaart te brengen. Kraakbeendiktemetingen kunnen lokale laesies reproduceren in de progressie van osteoartritis.