Diagnosis osteoartritis: MRI tulang rawan artikular

Citra MRI tulang rawan artikular mencerminkan keseluruhan struktur histologis dan komposisi biokimianya. Tulang rawan artikular bersifat hialin, yang tidak memiliki suplai darah, drainase limfatik, dan persarafan sendiri. Tulang rawan ini terdiri dari air dan ion, serat kolagen tipe II, kondrosit, proteoglikan agregat, dan glikoprotein lainnya. Serat kolagen diperkuat di lapisan subkondral tulang, seperti jangkar, dan berjalan tegak lurus ke permukaan sendi, tempat serat tersebut menyimpang secara horizontal. Di antara serat kolagen terdapat molekul proteoglikan besar dengan muatan negatif yang signifikan, yang secara intensif menarik molekul air. Kondrosit tulang rawan terletak di kolom yang rata. Mereka mensintesis kolagen dan proteoglikan, serta enzim tidak aktif yang memecah enzim dan penghambat enzim.

Secara histologis, tiga lapisan tulang rawan telah diidentifikasi pada sendi-sendi besar seperti lutut dan pinggul. Lapisan terdalam adalah pertemuan tulang rawan dan tulang subkondral dan berfungsi sebagai lapisan penahan untuk jaringan serat kolagen yang luas yang memanjang darinya ke permukaan dalam ikatan padat yang dihubungkan oleh banyak fibril ikatan silang. Ini disebut lapisan radial. Ke arah permukaan artikular, serat kolagen individual menjadi lebih halus dan dibundel bersama menjadi susunan paralel yang lebih teratur dan kompak dengan lebih sedikit ikatan silang. Lapisan tengah, lapisan transisi atau intermediet, mengandung serat kolagen yang lebih teratur secara acak, yang sebagian besar berorientasi miring untuk menahan beban vertikal, tekanan, dan guncangan. Lapisan tulang rawan artikular paling superfisial, yang dikenal sebagai lapisan tangensial, adalah lapisan tipis serat kolagen yang terbungkus rapat dan berorientasi tangensial yang menahan gaya tarik yang diberikan oleh beban kompresif dan membentuk penghalang kedap air terhadap cairan interstisial, mencegah kehilangannya selama kompresi. Serat kolagen paling superfisial pada lapisan ini tersusun secara horizontal, membentuk lembaran horizontal padat pada permukaan artikular, meskipun fibril pada zona tangensial superfisial tidak selalu terhubung dengan fibril pada lapisan yang lebih dalam.

Seperti yang telah disebutkan, di dalam jaringan serat seluler yang kompleks ini terdapat molekul proteoglikan hidrofilik yang teragregasi. Molekul-molekul besar ini memiliki fragmen SQ dan COO" yang bermuatan negatif di ujung cabang-cabangnya yang banyak, yang sangat menarik ion-ion yang bermuatan berlawanan (biasanya Na ⁺ ), yang pada gilirannya mendorong penetrasi osmotik air ke dalam tulang rawan. Tekanan di dalam jaringan kolagen sangat besar, dan tulang rawan berfungsi sebagai bantalan hidrodinamik yang sangat efisien. Kompresi permukaan artikular menyebabkan perpindahan horizontal air yang terkandung dalam tulang rawan, karena jaringan serat kolagen terkompresi. Air didistribusikan kembali di dalam tulang rawan sehingga volume keseluruhannya tidak dapat berubah. Ketika kompresi setelah pembebanan sendi berkurang atau dihilangkan, air bergerak kembali, tertarik oleh muatan negatif proteoglikan. Ini adalah mekanisme yang mempertahankan kadar air yang tinggi dan dengan demikian kepadatan proton tulang rawan yang tinggi. Kadar air tertinggi diamati lebih dekat ke permukaan artikular dan menurun ke arah tulang subkondral. Konsentrasi proteoglikan meningkat di lapisan tulang rawan yang dalam.

Saat ini, MRI merupakan teknik pencitraan utama untuk tulang rawan hialin, yang dilakukan terutama menggunakan sekuens gema gradien (GE). MRI mencerminkan kadar air tulang rawan. Akan tetapi, jumlah proton air yang terkandung dalam tulang rawan penting. Kandungan dan distribusi molekul proteoglikan hidrofilik dan organisasi anisotropik fibril kolagen tidak hanya memengaruhi jumlah total air, yaitu kepadatan proton, dalam tulang rawan, tetapi juga keadaan sifat relaksasi, yaitu T2, air ini, yang memberikan karakteristik "zonal" atau gambar berlapis pada MRI pada tulang rawan, yang menurut beberapa peneliti sesuai dengan lapisan histologis tulang rawan.

Pada gambar waktu gema (TE) yang sangat singkat (kurang dari 5 ms), gambar tulang rawan dengan resolusi lebih tinggi biasanya menunjukkan gambar dua lapisan: lapisan dalam terletak lebih dekat ke tulang di zona pra-kalsifikasi dan memiliki sinyal rendah, karena keberadaan kalsium sangat memperpendek TR dan tidak menghasilkan gambar; lapisan superfisial menghasilkan sinyal MP dengan intensitas sedang hingga tinggi.

Pada gambar TE menengah (5-40 ms), tulang rawan memiliki tampilan tiga lapis: lapisan superfisial dengan sinyal rendah; lapisan transisi dengan intensitas sinyal menengah; lapisan dalam dengan sinyal MP rendah. Dalam pembobotan T2, sinyal tidak mencakup lapisan menengah dan gambar tulang rawan menjadi intensitas rendah yang homogen. Ketika resolusi spasial rendah digunakan, lapisan tambahan terkadang muncul dalam gambar TE pendek karena artefak potongan miring dan kontras tinggi pada antarmuka tulang rawan/cairan, hal ini dapat dihindari dengan meningkatkan ukuran matriks.

Selain itu, beberapa zona (lapisan) ini mungkin tidak terlihat dalam kondisi tertentu. Misalnya, ketika sudut antara sumbu tulang rawan dan medan magnet utama berubah, tampilan lapisan tulang rawan dapat berubah, dan tulang rawan mungkin memiliki citra yang homogen. Penulis menjelaskan fenomena ini dengan sifat anisotropik serat kolagen dan orientasinya yang berbeda dalam setiap lapisan.

Penulis lain percaya bahwa memperoleh citra berlapis tulang rawan tidaklah dapat diandalkan dan merupakan artefak. Pendapat para peneliti juga berbeda mengenai intensitas sinyal dari citra tiga lapis tulang rawan yang diperoleh. Penelitian ini sangat menarik dan, tentu saja, memerlukan penelitian lebih lanjut.

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

Perubahan struktural pada tulang rawan pada osteoartritis

Pada tahap awal osteoartritis, terjadi degradasi jaringan kolagen pada lapisan superfisial tulang rawan, yang menyebabkan permukaannya terkikis dan permeabilitasnya terhadap air meningkat. Ketika sebagian proteoglikan hancur, muncul lebih banyak glikosaminoglikan bermuatan negatif, yang menarik kation dan molekul air, sementara proteoglikan yang tersisa kehilangan kemampuannya untuk menarik dan menahan air. Selain itu, hilangnya proteoglikan mengurangi efek penghambatannya pada aliran air interstisial. Akibatnya, tulang rawan membengkak, mekanisme kompresi (retensi) cairan "tidak berfungsi" dan ketahanan kompresif tulang rawan menurun. Efek pemindahan sebagian besar beban ke matriks keras yang sudah rusak terjadi, dan ini menyebabkan tulang rawan yang bengkak menjadi lebih rentan terhadap kerusakan mekanis. Akibatnya, tulang rawan dipulihkan atau terus memburuk.

Selain kerusakan pada proteoglikan, jaringan kolagen hancur sebagian dan tidak dapat dipulihkan lagi, dan retakan vertikal serta ulkus muncul di tulang rawan. Lesi ini dapat meluas ke tulang rawan hingga ke tulang subkondral. Produk pembusukan dan cairan sinovial menyebar ke lapisan basal, yang menyebabkan munculnya area kecil osteonekrosis dan kista subkondral.

Bersamaan dengan proses ini, tulang rawan mengalami serangkaian perubahan reparatif dalam upaya memulihkan permukaan artikular yang rusak, yang meliputi pembentukan kondrofit. Yang terakhir ini akhirnya mengalami osifikasi enchondral dan menjadi osteofit.

Trauma mekanis akut dan beban kompresif dapat menyebabkan perkembangan retakan horizontal pada lapisan tulang rawan yang terkalsifikasi dalam dan terlepasnya tulang rawan dari tulang subkondral. Pemisahan basal atau delaminasi tulang rawan dengan cara ini dapat berfungsi sebagai mekanisme degenerasi tidak hanya tulang rawan normal di bawah beban mekanis, tetapi juga pada osteoartrosis, ketika ada ketidakstabilan sendi. Jika tulang rawan hialin hancur total dan permukaan artikular terbuka, maka dua proses mungkin terjadi: yang pertama adalah pembentukan sklerosis padat pada permukaan tulang, yang disebut eburnasi; yang kedua adalah kerusakan dan kompresi trabekula, yang pada gambar sinar-X tampak seperti sklerosis subkondral. Dengan demikian, proses pertama dapat dianggap sebagai kompensasi, sedangkan yang kedua jelas merupakan fase kerusakan sendi.

Peningkatan kadar air tulang rawan meningkatkan kepadatan proton tulang rawan dan menghilangkan efek pemendekan T2 dari matriks proteoglikan-kolagen, yang memiliki intensitas sinyal tinggi di area kerusakan matriks pada urutan MRI konvensional. Kondromalasia dini ini, yang merupakan tanda paling awal kerusakan tulang rawan, dapat terlihat bahkan sebelum penipisan tulang rawan yang kecil terjadi. Penebalan ringan atau "pembengkakan" tulang rawan juga dapat terjadi pada tahap ini. Perubahan struktural dan biomekanik pada tulang rawan artikular bersifat progresif, dengan hilangnya substansi dasar. Proses ini dapat bersifat fokal atau difus, terbatas pada penipisan dan pengikisan superfisial, atau hilangnya tulang rawan secara total. Dalam beberapa kasus, penebalan fokal atau "pembengkakan" tulang rawan dapat diamati tanpa mengganggu permukaan artikular. Pada osteoartritis, peningkatan intensitas sinyal fokal tulang rawan pada gambar berbobot T2 sering diamati, dikonfirmasi secara artroskopi dengan adanya perubahan linier superfisial, transmural, dan dalam. Yang terakhir dapat mencerminkan perubahan degeneratif yang mendalam, yang dimulai terutama sebagai lepasnya tulang rawan dari lapisan yang mengalami kalsifikasi atau garis pasang surut. Perubahan awal mungkin terbatas pada lapisan tulang rawan yang dalam, yang dalam hal ini tidak terdeteksi pada pemeriksaan artroskopi permukaan artikular, meskipun kelangkaan fokal lapisan tulang rawan yang dalam dapat menyebabkan keterlibatan lapisan yang berdekatan, sering kali dengan proliferasi tulang subkondral dalam bentuk osteofit sentral.

Ada data dalam literatur asing tentang kemungkinan memperoleh informasi kuantitatif tentang komposisi tulang rawan artikular, misalnya, tentang kandungan fraksi air dan koefisien difusi air dalam tulang rawan. Ini dicapai dengan menggunakan program khusus tomografi MR atau dengan spektroskopi MR. Kedua parameter ini meningkat dengan kerusakan pada matriks proteoglikan-kolagen selama kerusakan tulang rawan. Konsentrasi proton bergerak (kandungan air) dalam tulang rawan menurun ke arah dari permukaan artikular ke tulang subkondral.

Penilaian kuantitatif terhadap perubahan juga memungkinkan pada gambar berbobot T2. Dengan menggabungkan data dari gambar tulang rawan yang sama yang diperoleh dengan TE yang berbeda, penulis menilai gambar berbobot T2 (WI) tulang rawan menggunakan kurva eksponensial yang sesuai dari nilai intensitas sinyal yang diperoleh untuk setiap piksel. T2 dinilai di area tulang rawan tertentu atau ditampilkan pada peta seluruh tulang rawan, di mana intensitas sinyal setiap piksel sesuai dengan T2 di lokasi ini. Namun, meskipun kemampuan yang relatif besar dan relatif mudah dari metode yang dijelaskan di atas, peran T2 diremehkan, sebagian karena peningkatan efek terkait difusi dengan meningkatnya TE. T2 terutama diremehkan dalam tulang rawan kondromalasia, ketika difusi air meningkat. Kecuali jika teknologi khusus digunakan, potensi peningkatan T2 yang diukur dengan teknologi ini dalam tulang rawan kondromalasia akan sedikit menekan efek terkait difusi.

Dengan demikian, MRI merupakan metode yang sangat menjanjikan untuk mendeteksi dan memantau perubahan struktural dini yang menjadi ciri degenerasi tulang rawan artikular.

Perubahan morfologi tulang rawan pada osteoartritis

Evaluasi perubahan morfologi pada tulang rawan bergantung pada resolusi spasial tinggi dan kontras tinggi dari permukaan sendi ke tulang subkondral. Hal ini paling baik dicapai dengan menggunakan sekuens GE 3D berbobot T1 yang ditekan lemak, yang secara akurat mencerminkan defek lokal yang diidentifikasi dan diverifikasi baik pada artroskopi maupun pada bahan otopsi. Tulang rawan juga dapat dicitrakan dengan transfer magnetisasi melalui pengurangan citra, dalam hal ini tulang rawan artikular muncul sebagai pita terpisah dengan intensitas sinyal tinggi, yang jelas kontras dengan cairan sinovial berintensitas rendah yang berdekatan, jaringan lemak intra-artikular, dan sumsum tulang subkondral. Namun, metode ini menghasilkan citra setengah lebih lambat daripada citra berbobot T1 yang ditekan lemak, dan karena itu kurang banyak digunakan. Selain itu, defek lokal, ketidakteraturan permukaan, dan penipisan umum tulang rawan artikular dapat dicitrakan menggunakan sekuens MR konvensional. Menurut beberapa penulis, parameter morfologi - ketebalan, volume, geometri, dan topografi permukaan tulang rawan - dapat dihitung secara kuantitatif menggunakan citra MRI 3D. Dengan menjumlahkan voksel yang membentuk citra tulang rawan yang direkonstruksi 3D, nilai pasti dari struktur yang saling terkait secara kompleks ini dapat ditentukan. Selain itu, pengukuran volume total tulang rawan yang diperoleh dari irisan individual merupakan metode yang lebih sederhana karena perubahan yang lebih kecil pada bidang irisan tunggal dan lebih andal dalam resolusi spasial. Saat mempelajari seluruh sendi lutut yang diamputasi dan spesimen patela yang diperoleh selama artroplasti sendi-sendi ini, volume total tulang rawan artikular femur, tibia, dan patela ditentukan dan korelasi ditemukan antara volume yang diperoleh melalui MRI dan volume yang sesuai yang diperoleh dengan memisahkan tulang rawan dari tulang dan mengukurnya secara histologis. Oleh karena itu, teknologi ini dapat berguna untuk penilaian dinamis perubahan volume tulang rawan pada pasien dengan osteoartritis. Memperoleh bagian tulang rawan artikular yang diperlukan dan akurat, terutama pada pasien dengan osteoartritis, memerlukan keterampilan dan pengalaman yang cukup dari dokter yang melakukan pemeriksaan, serta ketersediaan perangkat lunak MRI yang sesuai.

Pengukuran volume total mengandung sedikit informasi tentang perubahan yang meluas dan karenanya sensitif terhadap hilangnya tulang rawan lokal. Secara teoritis, hilangnya atau penipisan tulang rawan di satu area dapat diimbangi dengan peningkatan volume tulang rawan yang setara di tempat lain di sendi, dan pengukuran volume tulang rawan total tidak akan menunjukkan kelainan apa pun, sehingga perubahan tersebut tidak akan dapat dideteksi oleh metode ini. Membagi tulang rawan artikular menjadi beberapa daerah kecil yang terpisah menggunakan rekonstruksi 3D telah memungkinkan untuk memperkirakan volume tulang rawan di area tertentu, terutama pada permukaan yang menahan gaya. Namun, keakuratan pengukuran berkurang karena sangat sedikit pembagian yang dilakukan. Pada akhirnya, resolusi spasial yang sangat tinggi diperlukan untuk mengonfirmasi keakuratan pengukuran. Jika resolusi spasial yang memadai dapat dicapai, prospek pemetaan ketebalan tulang rawan secara in vivo menjadi mungkin. Pemetaan ketebalan tulang rawan dapat mereproduksi kerusakan lokal selama perkembangan osteoartritis.