Diagnosis osteoartritis: MRI tulang rawan artikular

Gambar MRI tulang rawan artikular mencerminkan keseluruhan struktur histologis dan komposisi biokimia. Tulang rawan artikular adalah hyaline, yang tidak memiliki suplai darah sendiri, drainase limfatik dan persarafan. Ini terdiri dari air dan ion, serat kolagen tipe II, kondrosit, proteoglikan gabungan dan glikoprotein lainnya. Serabut kolagen diperkuat pada lapisan subchondral tulang, seperti jangkar, dan berlari tegak lurus terhadap permukaan sendi, di mana mereka menyimpang secara horizontal. Antara serat kolagen adalah molekul proteoglikan besar, yang memiliki muatan negatif yang signifikan, yang secara intensif menarik molekul air. Chondrocytes tulang rawan diatur dalam kolom bahkan. Mereka mensintesis kolagen dan proteoglikan, serta enzim yang terdegradasi dalam bentuk yang tidak aktif dan penghambat enzim.

Secara histologis, ada 3 lapis tulang rawan di sendi besar, seperti lutut dan femur. Lapisan terdalam adalah persimpangan tulang rawan dan tulang subchondral dan berfungsi sebagai lapisan pelekatan jaringan serabut kolagen yang luas yang membentang dari permukaan ke permukaan dengan kumpulan padat yang dihubungkan oleh banyak fibril cross-linking. Ini disebut lapisan radial. Menuju permukaan artikular, serat kolagen individu menjadi lebih tipis dan saling mengikat menjadi satu rangkaian paralel reguler dan kompak dengan lebih sedikit kaitan silang. Lapisan tengah - peralihan, atau peralihan, mengandung serat kolagen terorganisir yang lebih kacau, yang sebagian besar berorientasi miring untuk menahan beban vertikal, tekanan dan tremor. Lapisan paling dangkal dari tulang rawan artikular, yang dikenal sebagai tangensial, - lapisan tipis padat diatur serat kolagen yang berorientasi tangensial, menentang kekuatan tarik bertindak di bawah kompresi beban, dan membentuk penghalang tahan air dari cairan interstitial, yang mencegah kerugian selama proses kompresi. Serat kolagen yang paling dangkal dari lapisan ini disusun secara horisontal, membentuk pelat horizontal padat pada permukaan sendi, meskipun fibril pada zona tangensial permukaan tidak harus terhubung dengan lapisan yang lebih dalam.

Seperti yang telah dicatat, molekul hidrofilik agregat dari proteoglikan berada di dalam jaringan serat mesh yang kompleks ini. Molekul-molekul besar memiliki ujung banyak cabang mereka negatif fragmen bermuatan SQ dan COO "yang intensif menarik ion malah dibebankan (biasanya Na ⁺ ), yang pada gilirannya memberikan kontribusi untuk penetrasi osmotik air ke tulang rawan. Tekanan dalam jaringan kolagen sangat besar, dan tulang rawan berfungsi sebagai bantal hidrodinamik yang sangat efektif. Tekanan permukaan artikular menyebabkan perpindahan horizontal air yang terkandung dalam kartilago, karena jaringan serat kolagen dikompres. Bila kompresi setelah beban sendi menurun atau lenyap, air kembali bergerak, tertarik oleh muatan negatif proteoglikan. Ini adalah mekanisme yang menjaga kadar air tinggi dan dengan demikian kepadatan proton tinggi tulang rawan. Kandungan air tertinggi dicatat lebih dekat ke permukaan artikular dan menurun menuju tulang subchondral .. Konsentrasi proteoglikan meningkat pada lapisan dalam tulang rawan.

Di saat MRI - ini adalah metode utama untuk memperoleh gambar dari tulang rawan hialin, dilaksanakan terutama menggunakan gradien - echo (GE) urutan. MRI mencerminkan kandungan air tulang rawan. Namun, penting berapa banyak proton air yang dimiliki kartilago. Kandungan dan distribusi molekul proteomik dan molekul hidrofilik dan anisotropik fibril kolagen tidak hanya mempengaruhi jumlah air, yaitu. Kepadatan proton, dalam tulang rawan, tetapi juga pada keadaan sifat relaksasi, yaitu T2 air ini, memberikan karakteristik kartilago "zonal" atau delaminating gambar pada MRI, yang menurut beberapa peneliti, sesuai dengan lapisan histologis tulang rawan.

Pada gambar gema yang sangat singkat (kurang dari 5 ms), resolusi gambar kartilago yang lebih tinggi biasanya menunjukkan gambar dua lapisan: lapisan dalam terletak dekat dengan tulang di zona pra-kalsifikasi dan memiliki sinyal rendah, karena kehadiran kalsium sangat mengurangi TR dan tidak memberi gambar; Lapisan permukaan memberikan sinyal MP intensitas menengah atau intensitas tinggi.

Pada gambar TE menengah (5-40 ms) tulang rawan memiliki penampilan tiga lapis: lapisan permukaan dengan sinyal rendah; lapisan transisi dengan sinyal intensitas menengah; lapisan dalam yang memiliki sinyal MP rendah. Pada penimbangan T2, sinyal tidak termasuk lapisan antara, dan gambar kartilago menjadi homogen dengan intensitas rendah. Bila resolusi spasial rendah digunakan, lapisan tambahan terkadang muncul pada gambar TE pendek, yang disebabkan oleh artefak potong miring dan kontras tinggi pada permukaan kartilago / 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, bentuk lapisan kartilaginous dapat berubah, dan tulang rawan mungkin memiliki gambar yang homogen. Fenomena ini dijelaskan oleh sifat anisotropik serat kolagen dan orientasi berbeda masing-masing lapisan.

Penulis lain percaya bahwa mendapatkan citra berlapis tulang rawan tidak dapat diandalkan dan merupakan artefak. Pendapat para peneliti menyimpang juga mengenai intensitas sinyal dari gambar kartilago tiga lapisan yang didapat. Studi ini sangat menarik dan tentu saja memerlukan studi lebih lanjut.

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

Perubahan struktural tulang rawan dengan osteoartritis

Pada tahap awal osteoarthritis, jaringan kolagen mendegradasi lapisan permukaan tulang rawan, yang menyebabkan disintegrasi permukaan dan permeabilitas yang meningkat terhadap air. Karena semakin banyak proteoglikan yang rusak, glikosaminoglikan yang bermuatan negatif tampak yang menarik kation dan molekul air, sementara proteoglikan yang tersisa kehilangan kemampuan untuk menarik dan mempertahankan air. Selain itu, hilangnya proteoglikan mengurangi efek penghambatannya pada arus air interstisial. Akibatnya, tulang rawan membengkak, mekanisme kompresi (retensi) cairan tidak bekerja dan resistensi kompresi tulang rawan menurun. Ada efek pengalihan sebagian besar beban ke matriks padat yang sudah rusak, dan ini mengarah pada fakta bahwa tulang rawan bengkak menjadi lebih rentan terhadap kerusakan mekanis. Akibatnya, tulang rawan baik pulih atau terus merosot.

Selain merusak proteoglikan, jaringan kolagen-baru sebagian hancur, yang tidak lagi dapat dipulihkan, dan retakan dan ulserasi vertikal muncul di tulang rawan. Lesi ini bisa menularkan tulang rawan ke tulang subchondral. Produk peluruhan dan cairan artikular menyebar ke lapisan basal, yang mengarah pada munculnya area kecil osteonekrosis dan kista subkondral.

Sejalan dengan proses ini, tulang rawan mengalami sejumlah perubahan reparatif dengan upaya mengembalikan permukaan sendi yang rusak, termasuk pembentukan chondrophytes. Yang terakhir akhirnya endochondral ossification dan menjadi osteophytes.

Trauma mekanis akut dan beban kompresi dapat menyebabkan perkembangan retakan horizontal pada lapisan kalsifikasi dalam tulang rawan dan detasemen kartilago dari tulang subchondral. Pembelahan basal atau delaminasi tulang rawan dengan cara yang sama dapat berfungsi sebagai mekanisme degenerasi kartilago tidak hanya normal dalam kondisi overload mekanis, tapi juga untuk osteoartritis bila terjadi ketidakstabilan sendi. Jika tulang rawan hialin benar-benar hancur dan permukaan artikular terpapar, maka dua proses mungkin dilakukan: yang pertama adalah pembentukan sklerosis padat pada permukaan tulang, yang disebut eburnesis; Yang kedua adalah kerusakan dan kompresi trabekula, yang pada sinar-X terlihat seperti sklerosis subkondral. Dengan demikian, proses pertama bisa dianggap sebagai kompensasi, yang kedua jelas merupakan fase penghancuran bersama.

Meningkatkan kenaikan kadar air di tulang rawan Tulang rawan kepadatan proton dan menghilangkan T2 efek memperpendek matriks proteoglikan-kolagen, yang memiliki intensitas sinyal tinggi kerusakan bagian matriks di urutan MRI konvensional. Ini awal chondromalacia, yang merupakan tanda awal kerusakan tulang rawan, dapat terlihat sebelum bahkan sedikit menipis terjadi. Pada tahap ini, mungkin juga ada sedikit penebalan atau "pembengkakan" tulang rawan. Perubahan struktural dan biomekanik tulang rawan artikular terus meningkat, hilangnya zat dasar terjadi. Proses ini bisa bersifat lokal atau berdifusi, terbatasnya permukaan yang menipis dan defibrasi, atau hilangnya total tulang rawan. Dalam beberapa kasus, penebalan lokal atau "pembengkakan" tulang rawan dapat diamati tanpa merusak permukaan sendi. Pada osteoarthritis, seringkali dimungkinkan untuk mengamati peningkatan intensitas sinyal kartilago secara signi fi kan pada gambar tertimbang T2, yang dikonfirmasi secara arthroscopically oleh adanya perubahan transen permukaan, transmural dan dalam. Yang terakhir ini dapat mencerminkan perubahan degeneratif yang mendalam, dimulai terutama sebagai detasemen tulang rawan dari lapisan calydized atau garis pasang surut. Perubahan awal yang terbatas pada lapisan dalam hryasha, dalam hal ini mereka tidak muncul pada pemeriksaan arthroscopic dari permukaan sendi, sedangkan razvodoknenie lokal lapisan lebih dalam dari tulang rawan dapat menyebabkan kekalahan lapisan yang berdekatan, sering dengan pertumbuhan tulang subchondral dalam bentuk osteophyte pusat.

Dalam literatur asing ada data tentang kemungkinan memperoleh informasi kuantitatif mengenai komposisi tulang rawan artikular, misalnya kandungan fraksi air dan koefisien difusi air di tulang rawan. Hal ini dicapai dengan penggunaan program khusus MP-tomograph atau dalam MR-spectroscopy. Kedua parameter ini meningkat bila matriks proteoglikan-kolagen rusak dalam kerusakan tulang rawan. Konsentrasi proton bergerak (kadar air) di tulang rawan menurun ke arah permukaan artikular ke tulang subchondral.

Evaluasi kuantitatif perubahan dimungkinkan pada gambar tertimbang T2. Merangkum data gambar kartilago yang sama diperoleh dengan TE yang berbeda, penulis mengevaluasi gambar T2-tertimbang kartilago menggunakan kurva eksponensial yang sesuai dari nilai intensitas sinyal yang diperoleh untuk setiap piksel. T2 dievaluasi di area kartilago tertentu atau ditampilkan pada peta keseluruhan tulang rawan, di mana kekuatan sinyal setiap piksel sesuai dengan T2 di lokasi ini. Namun, terlepas dari kemungkinan dan kemungkinan yang relatif besar dari metode yang dijelaskan di atas, peran T2 diremehkan, sebagian karena peningkatan efek terkait difusi dengan peningkatan TE. Pada dasarnya, T2 diremehkan pada tulang rawan dengan chondromalacia, saat difusi air meningkat. Jika teknologi khusus tidak digunakan, potensi peningkatan T2, yang diukur dengan teknologi ini di tulang rawan dengan chondromalacia, sedikit akan menekan efek yang terkait difusi.

Dengan demikian, MRI adalah metode yang sangat menjanjikan untuk mengidentifikasi dan memantau perubahan struktural awal yang merupakan karakteristik degenerasi kartilago artikular.

Perubahan morfologis tulang rawan pada osteoartritis

Evaluasi perubahan morfologis pada kartilago tergantung pada resolusi spasial tinggi dan kontras tinggi dari permukaan sendi ke tulang subchondral. Ini paling baik dicapai dengan menggunakan rangkaian GE 3D T1 tertimbang lemak yang secara akurat mencerminkan cacat lokal yang diidentifikasi dan diverifikasi baik dalam artroskopi dan materi otopsi. Gambar tulang rawan juga dapat diperoleh dengan mengurangkan pencitraan mentransfer magnetisasi, maka tulang rawan artikular memiliki bentuk strip terpisah dengan sinyal intensitas tinggi, jelas kontras dengan yang mendasari cairan artikular rendah intensif berikutnya, intra-artikular jaringan adiposa dan subchondral sumsum tulang. Namun, bila menggunakan metode ini, gambar yang didapat 2 kali lebih lambat dari pada T1-VI yang ditekan lemak, oleh karena itu kurang banyak digunakan. Selain itu, gambar cacat lokal, kekasaran permukaan dan tipikal penipisan kartilago artikular dapat diperoleh dengan menggunakan rangkaian MP konvensional. Menurut beberapa penulis, parameter morfologi - ketebalan, volume, geometri dan topografi permukaan kartilago - dapat dihitung dengan menggunakan gambar 3D MRI. Dengan menjumlahkan voxel yang merupakan gambar kartilago yang direkonstruksi 3D, nilai pasti struktur kompleks ini dapat ditentukan. Selain itu, mengukur total volume tulang rawan yang diperoleh dari irisan individu adalah metode yang lebih sederhana karena perubahan yang lebih kecil pada bidang satu potong dan lebih dapat diandalkan dalam resolusi spasial. Ketika mempelajari seluruh sampel lutut dan patela yang diamputasi diperoleh pada artroplasti sendi ini ditentukan oleh total tulang rawan artikular dari femoralis, tulang tibia dan patella dan menemukan volume korelasi diperoleh dengan MRI, dan jumlah masing-masing diperoleh oleh tulang rawan lepas dari tulang dan mengukur histologis nya . Akibatnya, teknologi ini dapat berguna untuk menilai secara dinamis perubahan volume kartilago pada pasien dengan osteoarthritis. Mendapatkan pemotongan tulang rawan artikular yang diperlukan dan akurat, terutama pada pasien dengan osteoarthritis, memerlukan keterampilan dan pengalaman dokter yang memadai untuk melakukan penelitian, serta ketersediaan perangkat lunak MR-tomograf yang sesuai.

Pengukuran volume total hanya berisi sedikit informasi mengenai perubahan umum dan sensitif untuk kehilangan kartilago lokal. Secara teoritis, hilangnya tulang rawan atau penipisannya di satu lokasi dapat menyeimbangkan kenaikan volume kartilago yang setara di tempat lain di sendi, dan mengukur volume kartilago total tidak akan menunjukkan adanya kelainan, sehingga perubahan tersebut tidak dapat dideteksi dengan metode ini. Pembagian tulang rawan artikular dengan bantuan rekonstruksi 3D ke daerah-daerah kecil yang terpisah memungkinkan untuk memperkirakan volume tulang rawan di daerah-daerah tertentu, khususnya pada permukaan yang mengalami beban gaya. Namun, keakuratan pengukuran berkurang, karena pemisahan sangat sedikit dilakukan. Pada akhirnya, diperlukan resolusi spasial yang sangat tinggi untuk memastikan keakuratan pengukuran. Jika resolusi spasial cukup dapat dicapai, prospek pemetaan ketebalan tulang rawan secara in vivo menjadi mungkin. Peta ketebalan tulang rawan dapat mereproduksi lesi lokal dalam perkembangan osteoartritis.