Диагностика на остеоартрит: ЯМР на ставния хрущял

MRI картина на ставния хрущял отразява цялостната му хистологична структура и биохимичен състав. Артилесният хрущял е хиалинен, който няма собствено кръвоснабдяване, лимфен дренаж и инервация. Състои се от вода и йони, влакна от колаген тип II, хондроцити, агрегирани протеогликани и други гликопротеини. Колагеновите влакна се подсилват в суходородния слой на костта като котва и се движат перпендикулярно на повърхността на съединението, където те се разминават хоризонтално. Между влакната на колагена са големи протеогликанови молекули, които имат значителен отрицателен заряд, който интензивно привлича водни молекули. Хондроцитите на хрущяла са подредени в равномерни колони. Те синтезират колаген и протеогликани, както и ензимни деградатори в неактивна форма и инхибитори на ензими.

Хистологично се определя хрущял слой 3 в големите стави, като коленете и бедрата. Най-дълбоката слой е съединението на хрущяла и субхондралната кост и служи като целевата слой обширна мрежа от колагенови влакна, излизащи от него, на повърхността на плътни снопове свързани помежду си чрез множество фибрили кръстосано свързване. Тя се нарича радиален слой. Към повърхността на ставния отделен колагенови влакна стават по-тънки и свързани заедно в редовен паралелно масив компактен и с по-малко напречно връзки. Среден слой - преходен, или междинно съединение съдържа повече произволно организирана колагенови влакна, повечето от които са ориентирани под наклон, с цел да се противопоставят на вертикални натоварвания, налягането и шок. Най-повърхностен слой на ставния хрущял, известен като допирателна, - тънък слой гъсто разположени тангенциално ориентирани колагенови влакна, противоположни сили на опън, действаща под товар компресия, и образува водонепроницаема преграда на интерстициална течност, която предотвратява загубата му по време на процеса на пресоване. Най-повърхностен слой на колагенови влакна са разположени хоризонтално, за да се образува гъста хоризонтална плоча по съвместно повърхност, докато тангенциални фибрилите на повърхност площ са по избор свързани с тези дълбоките слоеве.

Беше отбелязано, че в рамките на този комплекс окото мрежа от влакна подредени обобщени хидрофилни протеогликан молекули. Тези големи молекули имат краищата на многобройните си клонове отрицателно заредени фрагменти SQ и COO ", които интензивно привличат противоположно заредени йони (обикновено Na ⁺ ), което от своя страна допринася за осмотичното проникването на вода в хрущяла. Налягането в мрежата на колаген е огромен, и хрущял функционира като изключително ефективен хидродинамичен възглавница. Компресиране ставния повърхност причинява хоризонталното изместване на водата, съдържаща се в хрущяла, тъй като мрежа от колагенови влакна се пресова. Вода преразпределение elyaetsya ендохондрална така че общия обем не се променя. Когато компресия се намалява или изчезва след съвместно натоварване, водата се движи назад привлича отрицателно зареден протеогликани. Това е механизъм, който поддържа високо съдържание на вода и по този начин висока плътност протон хрущял. Най-високо съдържание на вода отбелязва най-близо до повърхността съвместно и намалява към субхондралната кост .. Концентрацията на протеогликан увеличава в дълбоките слоеве на хрущял.

В настоящото ЯМР - това е основният метод за получаване на изображения на хиалинни хрущял, изпълнява основно се използва градиент - ехо (GE) последователности. ЯМР отразява съдържанието на вода в хрущяла. Важно е обаче колко протони води съдържа хрущяла. Съдържание и разпределение на хидрофилни молекули протеогликани и анизотропна организация на колагенови фибрили се влияе не само от общото количество вода, т.е. Протон плътност в хрущяла, но също така и за състоянието на релаксация, а именно T2 от водата, като хрущял типичен "зонални" или ексфолиращи изображения на ядрено-магнитен резонанс, който, както някои изследователи смятат, съобразени хистологични срези на хрущял.

В много къси снимки ехо време (ТЕ) (по-малко от 5 мсек), по-висока хрущял изображение резолюция обикновено показва изображение на два слоя: дълбоко слой е разположен по-близо до предварително областта калциране на костите и има слаб сигнал, тъй като присъствието на калциев значително намалява TR и дава изображения; Повърхностният слой дава средно-интензивен или високоинтензивен MP сигнал.

При междинни TE изображения (5-40 ms) хрущялът има трипластов вид: повърхностен слой с нисък сигнал; преходен слой със сигнал с междинна интензивност; дълбок слой с нисък MP сигнал. При тегленето на Т2 сигналът не включва междинния слой и изображението на хрущяла става хомогенно с ниска интензивност. Когато ниска пространствена разделителна способност, къси изображения TE понякога допълнителен слой, който се дължи на косите резени артефакти и висок контраст в интерфейса на хрущял / течност, това може да се избегне чрез увеличаване на размера на матрицата.

Освен това някои от тези зони (слоеве) може да не са видими при определени условия. Например, когато ъгълът между оста на хрущяла и основното магнитно поле се промени, формата на хрущялните слоеве може да се промени и хрущялът може да има хомогенен образ. Това явление се обяснява с анизотропното свойство на колагеновите влакна и тяхната различна ориентация във всеки слой.

Други автори смятат, че получаването на слоест образ на хрущяла не е надежден и е артефакт. Мненията на изследователите се различават и по отношение на интензивността на сигналите от получените трислойни хрущялни изображения. Тези проучвания са много интересни и, разбира се, изискват допълнително проучване.

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

Структурни промени на хрущяла с остеоартрит

В ранните етапи на разграждане остеоартрит на мрежата на колаген в повърхностните слоеве на хрущяла, което води до дисоцииран повърхност и повишена пропускливост вода. Като част фрактура протеогликани са повече отрицателно заредени гликозаминогликани, които привличат катиони и водни молекули, докато останалите протеогликаните губят способността да привличат и задържат вода. В допълнение, загубата на протеогликани намалява техния инхибиторен ефект върху интерстициалния воден ток. В резултат на това хрущялът набъбва, механизмът на компресиране (задържане) на течността не работи и съпротивлението на хрущяла при свиване намалява. Има ефект на прехвърляне на по-голямата част от товара върху вече повредената твърда матрица и това води до факта, че подутият хрущял става по-податлив на механични повреди. В резултат на това, хрущялът се възстановява или продължава да се дегенерира.

В допълнение към увреждането на протеогликаните, нова колагенна мрежа е частично унищожена, която вече не се възстановява, а в хрущяла се появяват вертикални пукнатини и язви. Тези лезии могат да разпространят хрущяла до субхондралната кост. Продуктите от разпад и ставната течност се разпространяват в основния слой, което води до появата на малки области на остеонекроза и субхондриални кисти.

Паралелно с тези процеси, хрущялът претърпява редица репаративни промени с опит за възстановяване на увредената повърхност на ставата, които включват образуването на хондрофити. Последното в крайна сметка ендохондрална осификация и става остеофит.

Острата механична травма и натоварването с компресия могат да доведат до развитието на хоризонтални пукнатини в дълбоко калцирания слой на хрущяла и отделянето на хрущяла от сухонстралната кост. Basal разделяне или отделяне на хрущяла по този начин може да служи като механизъм на дегенерация не само на нормална хрущялна под механично претоварване, но също така и при остеоартрит, когато има нестабилност на ставата. Ако хиалин хрущял е напълно разрушена и изложени ставния повърхност, може да има два процеса: първата - образуването на плътен склероза върху повърхността на костта, която се нарича eburnation; втората е увреждането и компресията на трабекулите, които на рентгеновите лъчи приличат на субхондрална склероза. Съответно, първият процес може да се разглежда като компенсаторно, вторият е явно фаза на съвместно унищожаване.

Увеличаването увеличава съдържанието на вода в хрущяла хрущял протонната плътност и елиминира Т2 съкращаване ефекти протеогликан-колаген матрица, която има висок интензитет на сигнала повреда порции матрица в конвенционални MRI последователности. Това ранно хондромалация, която е най-ранната знака на увреждане на хрущяла може да бъде ясно, преди да се случи дори и леко изтъняване. На този етап може да има леко удебеляване или "подуване" на хрущяла. Структурните и биомеханични промени в ставния хрущял непрекъснато се увеличават, има загуба на основната съставка. Тези процеси могат да бъдат местни или дифузни, ограничена повърхност целулозата и изтъняване или пълно изчезване на хрущял. В някои случаи, локално удебеляване или "подуване" на хрущяла може да се наблюдава без счупване повърхността на ставния. Остеоартрит често е възможно да се наблюдава местно интензитет увеличение хрущял сигнал на Т2-претеглени изображения, както е видно от наличието на повърхност arthroscopically и дълбоки трансмуралните линейни промени. Последното може да отразява дълбоки дегенеративни промени изходни главно под формата на откъсване на хрущяла от kalydifitsirovanogo слой или прилив линия. Ранните промени са ограничени до hryasha на дълбоките слоеве, в който случай те не се показват при разглеждането артроскопия на съвместната повърхността, докато местната razvodoknenie дълбоките слоеве на хрущял може да доведе до поражението на съседни слоеве, често с растежа на субхондралната кост под формата на централна остеофити.

В чуждестранната литература има данни за възможността за получаване на количествена информация за състава на ставния хрущял, например съдържанието на водната фракция и коефициента на дифузия на водата в хрущяла. Това се постига с помощта на специални програми MP-томограф или в MR-спектроскопия. И двата параметъра се увеличават, когато протеогликан-колагенната матрица се повреди при увреждане на хрущялите. Концентрацията на мобилните протони (водно съдържание) в хрущяла намалява в посоката от ставната повърхност към сухонстралната кост.

Количествена оценка на промените е възможна при T2-претеглени изображения. Обобщаване данните на изображението от същия хрущяла, получени с различни TE, авторите оценяват Т2 претеглени изображения (VI) с подходящ хрущял експоненциална крива на стойностите на сигнала интензитет, получени за всеки пиксел. Т2 се оценява в определена област на хрущяла или се показва на картата на целия хрущял, в който силата на сигнала на всеки пиксел съответства на Т2 на това място. Обаче, въпреки сравнително големите възможности и относителната лекота на описания по-горе метод, ролята на Т2 се подценява, отчасти поради увеличаването на ефектите, свързани с дифузията, с увеличаване на ТЕ. По принцип Т2 се подценява в хрущяла с хондромалация, когато се увеличава дифузията на водата. Ако не се използват специални технологии, потенциалното увеличение на Т2, измерено с тези технологии в хрущяла с хондромалация, леко ще потисне ефектите, свързани с дифузията.

По този начин MRI е много обещаващ метод за идентифициране и наблюдение на ранните структурни промени, които са характерни за дегенерация на ставния хрущял.

Морфологични промени на хрущяла при остеоартрит

Оценка на морфологични промени на хрущял зависи от висока пространствена разделителна способност и високо контраста от съвместното повърхността на субхондралната кост. Това се постига най-добре чрез използване zhirpodavlyaemoy Т1 претеглените 3D Ge-последователности, които точно отразява местните дефекти идентифицирани и потвърдени като в артроскопия и аутопсия материал. Хрущял изображение могат да бъдат получени чрез изваждане на изобразяване за прехвърляне намагнитване, тогава ставния хрущял има формата на отделна лента с висока интензивност на сигнала, ясно контрастира със следващата основната ниско интензивно ставния течност, вътреставно мастната тъкан и субхондралната костен мозък. Въпреки това, когато се използва този метод, придобиване изображение се извършва 2 пъти по-бавно от zhirpodavlyaemoe Т1-VI, толкова са по-широко използвани. Освен това е възможно да се получат изображения на местните дефекти, неравности и генерализирана изтъняване на ставния хрущял се използва конвенционален MP-последователност. Според някои автори, морфологични параметри - дебелина, обем, геометрия и топографията на повърхността на хрущял - може да бъде количествено изчисляват чрез използване на 3D изображения MRI. Чрез сумиране воксели, съставляващи 3D реконструирания образ на хрущял може да се определи от точната стойност на свързаните сложни структури. Освен това, измерването на общия обем на хрущяла, получена от отделните части, е по-прост метод поради малките промени в равнината на частта и по-надеждно в пространствена разделителна способност. При изучаване на цели ампутиран проби коляното и пателата получени при артропластика тези съединения се определя чрез общата сума на ставния хрущял на феморалната, тибиалната кост и пателата и е установено обем корелация получен чрез ЯМР, и съответните количества, получени от хрущял отделя от костите и измерване на хистологично , Следователно, тази технология може да бъде полезно за динамична оценка на промените в обема на хрущяла при пациенти с остеоартрит. Получаване на необходимите и точни парче на ставния хрущял, особено при пациенти с остеоартрит, изисква достатъчно умения и опит на лекаря провеждане на проучването, както и наличието на подходящ софтуер MR.

Общите измервания на обема съдържат малко информация за общите промени и са чувствителни, съответно, за локална загуба на хрущял. Теоретично, загуба на хрущял или изтъняване на едно място може да балансира еквивалентно увеличение на обема на хрущяла другаде в ставата, и измерване на общия обем хрущял не показва никакви аномалии, така че тези промени не могат да бъдат идентифицирани по този метод. Разделяне ставния хрущял, използвайки 3D реконструкция на отделни малки региони е дала възможност да се направи оценка на обема на хрущял в някои области, по-специално върху повърхностите изпитват товара мощност. Обаче точността на измерванията намалява, тъй като се извършва много малко отделяне. В крайна сметка е необходима изключително висока пространствена разделителна способност, за да се потвърди точността на измерванията. Ако може да се постигне достатъчна пространствена разделителна способност, перспективата за картографиране на дебелината на хрущяла in vivo става възможна. Картите с дебелина на хрущялите могат да възпроизвеждат локални лезии в прогресията на остеоартрита.