Diagnosi di osteoartrite: risonanza magnetica della cartilagine articolare

L'immagine RM della cartilagine articolare riflette la totalità della sua struttura istologica e della composizione biochimica. La cartilagine articolare è ialina, che non ha il suo apporto di sangue, il drenaggio linfatico e l'innervazione. È costituito da acqua e ioni, fibre di collagene di tipo II, condrociti, proteoglicani aggregati e altre glicoproteine. Le fibre di collagene sono rinforzate nello strato subcondrale dell'osso come un'ancora e corrono perpendicolarmente alla superficie del giunto dove divergono orizzontalmente. Tra le fibre del collagene vi sono grandi molecole di proteoglicano, che hanno una carica negativa significativa, che attrae intensamente le molecole d'acqua. I condrociti della cartilagine sono disposti in colonne pari. Sintetizzano collagene e proteoglicani, così come enzimi degradanti in una forma inattiva e inibitori di enzimi.

Istologicamente è stato determinato strato di cartilagine 3 in grandi articolazioni, come ginocchio e dell'anca. Lo strato più profondo è il composto di cartilagine e osso subcondrale e serve come una rete estesa strato sbarco di fibre di collagene che si estendono da esso alla superficie di fasci densi interconnessi da numerose fibrille reticolazione. Si chiama strato radiale. Verso la superficie articolare fibre collagene separata si assottigliano e uniti insieme in un normale allineamento parallelo compatta e con meno collegamenti incrociati. Strato centrale - una transizione, o intermedio contiene più casuale organizzati fibre collagene, la maggior parte dei quali sono orientate obliquamente al fine di resistere ai carichi verticali, la pressione e shock. Lo strato più superficiale della cartilagine articolare, noto come tangenziale - strato sottile densamente disposte tangenzialmente fibre di collagene orientate, opposte forze di trazione che agiscono in compressione carico, e formando una barriera impermeabile di fluido interstiziale, che impedisce la perdita durante il processo di compressione. Lo strato più superficiale delle fibre di collagene sono disposte orizzontalmente per formare una piastra orizzontale densa alla superficie articolare, mentre le fibrille tangenziali Superficie sono opzionalmente uniti con quegli strati più profondi.

È stato osservato che all'interno di questa complessa rete mesh di fibre disposte aggregati molecole dei proteoglicani idrofili. Queste grandi molecole hanno le estremità dei loro numerosi rami negativamente frammenti carichi SQ e COO "che attraggono intensamente ioni di carica opposta (solitamente Na ⁺ ), che a sua volta contribuisce alla penetrazione osmotica di acqua nella cartilagine. La pressione all'interno della rete di collagene è enorme e cartilagine funziona come un estremamente efficace ammortizzatore idrodinamica. Compressione superficie articolare provoca lo spostamento orizzontale di acqua contenuta nella cartilagine, poiché la rete di fibre di collagene viene compressa. Ridistribuzione acqua elyaetsya endochondral in modo che il suo volume totale non viene cambiata. Quando la compressione è ridotta o scompare dopo un carico articolare, l'acqua ritorna attrae proteoglicani caricata negativamente. Questo è il meccanismo che supporta un elevato contenuto d'acqua e quindi elevata densità protonica cartilagine. L'alto contenuto di acqua it note più vicina alla superficie articolare e diminuisce verso l'osso subcondrale .. La concentrazione di proteoglicani aumentato negli strati profondi della cartilagine.

Nella presente MRI - questo è il metodo principale di ottenere immagini di cartilagine ialina, implementato utilizzando prevalentemente gradient - echo (GE) sequenze. La risonanza magnetica riflette il contenuto di acqua della cartilagine. Tuttavia, è importante quanti protoni di acqua contiene la cartilagine. Il contenuto e la distribuzione di molecole idrofile dei proteoglicani e l'organizzazione anisotropica delle fibrille di collagene influenzano non solo la quantità totale di acqua, vale a dire densità protonica nella cartilagine, ma anche sullo stato di proprietà di rilassamento, vale a dire T2 dell'acqua, dando cartilagine tipica "zonali" o esfolianti immagini alla risonanza magnetica, la quale, come alcuni ricercatori ritengono, consistenti sezioni istologiche di cartilagine.

Al molto brevi riflettogrammi tempo (TE) (meno di 5 ms), un'immagine cartilagine risoluzione maggiore mostra tipicamente immagine a due strati: strato profondo è posizionata più vicino all'osso zona calcificazione prima ed ha un segnale basso, come la presenza di calcio riduce notevolmente TR e dà immagini; Lo strato superficiale fornisce un segnale MP medio-intenso o ad alta intensità.

Nelle immagini TE intermedie (5-40 ms) la cartilagine ha un aspetto a tre strati: uno strato superficiale con un segnale basso; uno strato di transizione con un segnale di intensità intermedia; uno strato profondo con un segnale MP basso. Nella pesatura T2, il segnale non include lo strato intermedio e l'immagine della cartilagine diventa omogenea a bassa intensità. Quando si usa una bassa risoluzione spaziale, a volte appare un ulteriore strato sulle immagini TE corte, che è dovuto agli artefatti a taglio obliquo e all'alto contrasto sulla superficie cartilagine / liquido, questo può essere evitato aumentando la dimensione della matrice.

Inoltre, alcune di queste zone (livelli) potrebbero non essere visibili in determinate condizioni. Ad esempio, quando l'angolo tra l'asse cartilagineo e il campo magnetico principale cambia, la forma degli strati cartilaginei può cambiare e la cartilagine può avere un'immagine omogenea. Questo fenomeno è spiegato dalla proprietà anisotropica delle fibre di collagene e dal loro diverso orientamento all'interno di ogni strato.

Altri autori credono che l'ottenimento di un'immagine stratificata della cartilagine non sia affidabile e sia un artefatto. Le opinioni dei ricercatori divergono anche rispetto all'intensità dei segnali dalle immagini cartilaginee a tre strati ottenute. Questi studi sono molto interessanti e, ovviamente, richiedono ulteriori studi.

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Cambiamenti strutturali della cartilagine con l'artrosi

Nelle prime fasi dell'osteoartrosi, la rete di collagene si degrada negli strati superficiali della cartilagine, portando alla disintegrazione della superficie e all'aumento della permeabilità all'acqua. Man mano che più proteoglicani si disgregano, appaiono glicosaminoglicani più caricati negativamente che attraggono i cationi e le molecole d'acqua, mentre i rimanenti proteoglicani perdono la capacità di attrarre e trattenere l'acqua. Inoltre, la perdita di proteoglicani riduce il loro effetto inibitorio sulla corrente d'acqua interstiziale. Di conseguenza, la cartilagine si gonfia, il meccanismo di compressione (ritenzione) del liquido non funziona e la resistenza alla compressione della cartilagine diminuisce. C'è un effetto del trasferimento della maggior parte del carico sulla matrice solida già danneggiata, e questo porta al fatto che la cartilagine gonfia diventa più suscettibile al danno meccanico. Di conseguenza, la cartilagine recupera o continua a degenerare.

Oltre al danno ai proteoglicani, la rete di collagene-nuova viene parzialmente distrutta, che non viene più ripristinata, e nella cartilagine appaiono crepe e ulcere verticali. Queste lesioni possono diffondersi lungo la cartilagine fino all'osso subcondrale. I prodotti di decadimento e il fluido articolare si diffondono allo strato basale, il che porta alla comparsa di piccole aree di osteonecrosi e cisti subcondrali.

In parallelo con questi processi, la cartilagine subisce un certo numero di modifiche riparative con un tentativo di ripristinare la superficie articolare danneggiata, che comprende la formazione di condropiti. Quest'ultima infine si ossificazione endocondrale e diventa osteofita.

Il trauma meccanico acuto e il carico di compressione possono portare allo sviluppo di fessurazioni orizzontali nel profondo strato calcificato della cartilagine e al distacco della cartilagine dall'osso subcondrale. La scissione basale o la delaminazione della cartilagine in un modo simile può servire come meccanismo per la degenerazione non solo della normale cartilagine in condizioni di sovraccarico meccanico, ma anche per l'osteoartrosi in caso di instabilità dell'articolazione. Se la cartilagine ialina è completamente distrutta e la superficie articolare è esposta, allora sono possibili due processi: il primo è la formazione di sclerosi densa sulla superficie dell'osso, che è chiamata eburnesi; il secondo è il danno e la compressione delle trabecole, che sui raggi X assomigliano alla sclerosi subcondrale. Di conseguenza, il primo processo può essere considerato come compensativo, il secondo è chiaramente una fase di distruzione congiunta.

Aumentando il contenuto di acqua aumenta nella cartilagine Cartilagine densità protonica e T2 elimina effetti accorciamento matrice proteoglicani-collagene, che ha una elevata intensità di segnale danni matrice porzioni in sequenze MRI convenzionali. Questa condromalacia precoce, che è il primo segno di danno alla cartilagine, può essere evidente prima che si verifichi anche un leggero diradamento. In questa fase, potrebbe anche esserci un leggero ispessimento o "gonfiore" della cartilagine. I cambiamenti strutturali e biomeccanici della cartilagine articolare sono in costante aumento, si verifica la perdita della sostanza di base. Questi processi possono essere locali o diffusi, assottigliamento superficiale e defibrillazione limitata o completa scomparsa della cartilagine. In alcuni casi, è possibile osservare ispessimento locale o "rigonfiamento" della cartilagine senza rompere la superficie articolare. Osteoartrite è spesso possibile osservare intensità locale aumento cartilagine segnale sulle immagini T2-pesate, come evidenziato dalla presenza di superficie artroscopia, e profondi cambiamenti lineari transmurale. Quest'ultimo può riflettere profondi cambiamenti degenerativi partire principalmente sotto forma di un distacco della cartilagine dallo strato kalydifitsirovanogo o linea alta marea. Le modificazioni precoci sono limitate agli strati profondi hryasha, nel qual caso non si presentano all'esame artroscopico della superficie articolare, mentre razvodoknenie locale strati più profondi della cartilagine può portare alla sconfitta degli strati adiacenti, spesso con la crescita dell'osso subcondrale sotto forma di un osteofiti centrale.

Nella letteratura straniera ci sono dati sulla possibilità di ottenere informazioni quantitative sulla composizione della cartilagine articolare, ad esempio il contenuto della frazione d'acqua e il coefficiente di diffusione dell'acqua nella cartilagine. Ciò è ottenuto con l'uso di programmi speciali MP-tomograph o in spettroscopia RM. Entrambi questi parametri aumentano quando la matrice di proteoglicano-collagene è danneggiata nel danno cartilagineo. La concentrazione di protoni mobili (contenuto d'acqua) nella cartilagine diminuisce nella direzione dalla superficie articolare all'osso subcondrale.

Una valutazione quantitativa delle modifiche è possibile su immagini pesate in T2. Riassumendo i dati delle immagini della stessa cartilagine ottenuta con TE diversi, gli autori hanno valutato le immagini pesate in T2 della cartilagine usando un'appropriata curva esponenziale dai valori di intensità del segnale ottenuti per ciascun pixel. T2 viene valutato in una particolare area della cartilagine o visualizzato sulla mappa di tutta la cartilagine, in cui la forza del segnale di ciascun pixel corrisponde a T2 in questa posizione. Tuttavia, nonostante le possibilità piuttosto ampie e la relativa facilità del metodo sopra descritto, il ruolo di T2 è sottostimato, in parte a causa dell'aumento degli effetti correlati alla diffusione con un aumento di TE. Fondamentalmente, T2 è sottostimato nella cartilagine con condromalacia, quando la diffusione dell'acqua è aumentata. Se non vengono utilizzate tecnologie speciali, il potenziale aumento di T2, misurato con queste tecnologie nella cartilagine con condromalacia, sopprimerà leggermente gli effetti correlati alla diffusione.

Pertanto, la risonanza magnetica è un metodo molto promettente per identificare e monitorare i primi cambiamenti strutturali che sono caratteristici della degenerazione della cartilagine articolare.

Cambiamenti morfologici della cartilagine nell'osteoartrite

La valutazione dei cambiamenti morfologici nella cartilagine dipende dall'elevata risoluzione spaziale e dall'elevato contrasto tra la superficie dell'articolazione e l'osso subcondrale. Ciò si ottiene utilizzando zhirpodavlyaemoy 3D GE-sequenze T1, che riflette accuratamente i difetti locali individuati e verificati come in artroscopia e su materiale autopsia. Immagine cartilagine può anche essere ottenuta sottraendo la formazione immagine di trasferimento di magnetizzazione, quindi la cartilagine articolare ha la forma di una striscia separata con un segnale ad alta intensità, chiaramente in contrasto con la successiva fluido sottostante bassa intensità articolare, intra-articolare tessuto adiposo e midollo osseo subcondrale. Tuttavia, quando si utilizza questo metodo, l'immagine viene ottenuta 2 volte più lentamente rispetto a T1-VI soppressa dal grasso, quindi è meno utilizzata. Inoltre, è possibile ottenere immagini di difetti locali, rugosità superficiale e assottigliamento generalizzato della cartilagine articolare utilizzando sequenze MP convenzionali. Secondo alcuni autori, parametri morfologici - spessore, il volume, la geometria e la topografia della superficie cartilaginea - possono essere quantitativamente calcolati utilizzando le immagini 3D MRI. Sommando i voxel che costituiscono l'immagine cartilaginea ricostruita in 3D, è possibile determinare il valore esatto di queste strutture collegate al complesso. Inoltre, la misurazione del volume totale della cartilagine ottenuto da singole sezioni, è un metodo più semplice a causa di piccoli cambiamenti nel piano della fetta e più affidabile nella risoluzione spaziale. Quando si studia campioni interi ginocchio e rotulee amputati ottenuti artroplastica questi giunti è stato determinato dal totale della cartilagine articolare del femore, tibia e rotula e trovato un volume correlazione ottenuto per MRI, e le rispettive quantità ottenuti dalla cartilagine separato dall'osso e misurazione della istologicamente . Di conseguenza, questa tecnologia può essere utile per valutare dinamicamente i cambiamenti nel volume della cartilagine nei pazienti con osteoartrosi. Ottenere la fetta necessaria e corretta della cartilagine articolare, specialmente nei pazienti con osteoartrosi, richiede sufficienti competenze e l'esperienza del medico conducendo lo studio, così come la disponibilità di un adeguato MR software.

Le misurazioni del volume totale contengono poche informazioni sui cambiamenti comuni e sono sensibili, rispettivamente, per la perdita locale di cartilagine. Teoricamente, la perdita della cartilagine o diradamento in un sito in grado di bilanciare un equivalente aumento del volume della cartilagine altrove nel giunto, e misurazione del volume totale della cartilagine non avrebbe mostrato alcuna anomalia, in modo che tali modifiche non sarebbero identificabili con questo metodo. La divisione della cartilagine articolare con l'aiuto della ricostruzione 3D in piccole regioni separate ha permesso di stimare il volume della cartilagine in alcune aree, in particolare, su superfici che hanno un carico di forza. Tuttavia, la precisione delle misurazioni diminuisce, poiché viene eseguita una separazione molto piccola. Alla fine, è necessaria una risoluzione spaziale estremamente elevata per confermare l'accuratezza delle misurazioni. Se è possibile raggiungere una risoluzione spaziale sufficiente, diventa possibile la possibilità di mappare lo spessore della cartilagine in vivo. Le mappe dello spessore della cartilagine possono riprodurre le lesioni locali nella progressione dell'osteoartrosi.