Diagnos av artros: MRI av ledbrusk

MR-bild av ledbrusk återspeglar totaliteten av dess histologiska struktur och biokemiska sammansättning. Artikulär brosk är hyalin, som inte har egen blodtillförsel, lymfatisk dränering och innervering. Den består av vatten och joner, fibrer av kollagen av typ II, kondrocyter, aggregerade proteoglykaner och andra glykoproteiner. Kollagenfibrer stärks i benets underkondralskikt som ett ankar och kör vinkelrätt mot fogans yta där de avviker horisontellt. Mellan fibrerna i kollagen är stora proteoglykanmolekyler, som har en signifikant negativ laddning, som intensivt lockar vattenmolekyler. Kondrocyter av brosk är ordnade i jämn kolumner. De syntetiserar kollagen och proteoglykaner, liksom enzymdegraderare i en inaktiv form och enzymhämmare.

Histologiskt det bestämdes broskskiktet 3 i stora leder, såsom knä och höft. Det djupaste lagret är föreningen av brosk och subkondralt ben och fungerar som en landning skikt omfattande nätverk av kollagenfibrer som sträcker sig från den till ytan av täta knippen sammanbundna genom ett flertal fibriller tvärbindning. Han kallas radiella lagret. Mot ledytan separat kollagenfibrer blir tunnare och förbundna med varandra i ett regelbundet parallellt mönster kompakt och med färre tvärlänkar. Mittenskikt - en övergångs, eller intermediär innehåller mer slumpmässigt organiserade kollagenfibrer, varav de flesta är orienterade snett i syfte att motstå vertikala laster, trycket och chock. Det mest ytliga lagret av ledbrosk, känd som tangentiell, - tunt lager tätt anordnade tangentiellt orienterade kollagenfibrer, motstående dragkrafter som verkar under belastning kompression, och bildar en vattentät barriär av interstitialvätska, som förhindrar dess förlust under kompressionsprocessen. Det mest ytliga lagret av kollagenfibrerna är anordnade horisontellt för att bilda en tät horisontell platta vid ledytan, medan de tangentiella fibriller yta eventuellt är förenade med dessa djupare skikt.

Det noterades att inom denna komplexa mesh nätverk av fibrer anordnade aggregerade hydrofila proteoglykan-molekyler. Dessa stora molekyler har ändarna av sina många grenar negativt laddade fragmenten SQ och COO "som intensivt attraherar motsatt laddade joner (vanligtvis Na ⁺ ), som i sin tur bidrar till den osmotiska penetrering av vatten in i brosket. Trycket i kollagennätverket är enorm, och brosk fungerar som en extremt effektiv hydrodynamisk kudde. Kompressions artikulära ytan orsakar den horisontella förskjutningen av vatten som finns i brosk, eftersom nätverket av kollagenfibrer komprimeras. Omfördelning vatten elyaetsya endokondral så att dess totala volym inte ändras. När komprimering minskas eller försvinner efter en gemensam belastning, rör sig vattnet tillbaka attraherar laddade proteoglykaner negativt. Detta är den mekanism som stöder en hög vattenhalt och därmed hög proton brosk densitet. Den högsta halten av vatten det noterar närmast ledytan och minskar mot det subkondrala benet .. Koncentrationen av proteoglykan ökade i de djupa skikten av brosk.

I föreliggande MRI - detta är den huvudsakliga metoden för att erhålla bilder av hyalint brosk, genomförs främst med hjälp av gradient - echo (GE) sekvenser. MR reflekterar vattenhalten i brosket. Det är emellertid viktigt hur många protoner av vatten brusket innehåller. Innehåll och fördelning av hydrofila molekyler proteoglykaner och anisotrop organisation av kollagenfibriller påverkas inte endast av den totala mängden vatten, dvs. Protondensitet i brosket, utan också om tillståndet i relaxationsegenskaper, nämligen T2 av vattnet, vilket ger brosk typiska "zonal" eller exfolierande bilder på MRI, som, vilket vissa forskare tror, konsekventa histologiska snitt av brosk.

Vid mycket korta bilder echo tid (TE) (mindre än 5 ms), visar en högre upplösning broskbild typiskt ett tvåskikts bild: djupt skikt är belägen närmare till benet före förkalkning område och har en låg signal, eftersom närvaron av kalcium i hög grad minskar TR och ger bilder Ytskiktet ger en medelintensiv eller högintensiv MP-signal.

I mellanliggande TE-bilder (5-40 ms) har brosket ett treskikt utseende: ett ytskikt med låg signal; ett övergångsskikt med en signal av mellanintensitet; ett djupt lager som har en låg MP-signal. Vid T2-vägning inkluderar inte signalen mellanskiktet, och broskbilden blir homogent med låg intensitet. När en låg spatial upplösning, korta TE bilder ibland ett ytterligare skikt, vilket beror på den sneda skivor artefakter och hög kontrast vid brosk / vätskegränsytan, detta kan undvikas genom att öka storleken av matrisen.

Dessutom kan vissa av dessa zoner (lager) inte vara synliga under vissa förutsättningar. När exempelvis vinkeln mellan broskaxeln och huvudmagnetfältet ändras kan formen hos de broskiga skikten förändras, och brosket kan ha en homogen bild. Detta fenomen förklaras av den anisotropa egenskapen hos kollagenfibrer och deras olika orientering inom varje skikt.

Andra författare tror att skaffa en skiktad bild av brosk är inte tillförlitlig och är en artefakt. Forskarnas åsikter divergerar också med avseende på intensiteten hos signalerna från de erhållna treskiktsbruskbilden. Dessa studier är mycket intressanta och kräver naturligtvis ytterligare studier.

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

Strukturella förändringar av brosk med artros

I de tidiga stadierna av artros bryts kollagenätverket i bruskens ytskikt, vilket leder till sönderfall av ytan och ökad permeabilitet mot vatten. När fler proteoglykaner bryts ner, uppträder mer negativt laddade glykosaminoglykaner som lockar katjoner och vattenmolekyler, medan de återstående proteoglykanerna förlorar förmågan att locka och behålla vatten. Dessutom minskar förlusten av proteoglykaner sin inhiberande effekt på den interstitiella vattenströmmen. Som ett resultat sväller brosket, kompressionsmekanismen (retention) av vätskan fungerar inte och bruskens kompressionsbeständighet minskar. Det finns en effekt att överföra det mesta av belastningen till den redan skadade fasta matrisen, vilket leder till att svullnad brosk blir mer mottaglig för mekanisk skada. Som ett resultat återkommer brusk antingen eller fortsätter att degenerera.

Ytterligare skador delvis försämrad proteoglykaner och kollagen-nytt nätverk, som inte återvinns, och i brosket har vertikala slitsar och sårbildning. Dessa lesioner kan sprida ner brosk till subchondralbenet. Förfalskningsprodukter och ledvätska sprider sig till basalskiktet, vilket leder till utseendet på små områden av osteonekros och subchondralcystor.

Parallellt med dessa processer genomgår brusk ett antal reparativa förändringar med ett försök att återställa den skadade fogytan, som innefattar bildandet av kondrofyter. Den senare endokondrala ossifikationen och blir osteofyter.

Akut mekaniskt trauma och kompressionsbelastning kan leda till utveckling av horisontella sprickor i det djupförkalkade skiktet av brosk och avlägsnande av brosk från subchondralbenet. Basal klyvning eller delaminering av brosket på ett liknande sätt kan fungera som en mekanism för degenerering av inte bara normalt brosk under tillstånd av mekanisk överbelastning, men också för artros när det föreligger instabilitet i leden. Om hyalinbrusket är fullständigt förstört och ledytan exponeras, så är två processer möjliga: det första är bildandet av tät skleros på benets yta, som kallas eburnesis; den andra är trabeculaens skada och kompression, som på röntgen ser ut som subchondral skleros. Följaktligen kan den första processen betraktas som kompensatorisk, den andra är klart en fas av gemensam förstörelse.

Öka vattenhalten ökar i brosk Brosk protondensitet och eliminerar T2 förkortnings effekter proteoglykan-kollagenmatris, som har en hög signalintensitet i portioner matris skador i konventionella MRI-sekvenser. Denna tidiga kondomalaki, som är det tidigaste tecknet på broskskada, kan märkas innan även en liten uttining sker. Vid detta skede kan det också finnas en liten förtjockning eller "svullnad" av brosket. Strukturella och biomekaniska förändringar av ledbrusk ökar ständigt, förlusten av grundämnet uppträder. Dessa processer kan vara lokala eller diffusa, begränsad yta-uttunning och defibrering eller fullständigt försvinnande av brosket. I vissa fall kan lokal förtjockning eller "svullnad" av brosket observeras utan att spricka på fogytan. Artros är ofta möjligt att observera lokal ökning brosksignalintensitet på T2-viktade bilder, såsom bevisas genom närvaron av ytan artroskopiskt, och djup transmurala linjära förändringar. Den senare kan reflektera djupa degenerativa förändringar som börjar i huvudsak i form av en lösgöring av brosk från kalydifitsirovanogo skikt eller högvatten linje. Tidiga förändringar är begränsade till den djupa lager hryasha, i vilket fall de inte dyker upp vid artroskopisk undersökning av ledytan, medan lokala razvodoknenie djupare lager av brosk kan leda till nederlag intilliggande skikt, ofta med tillväxten av subkondrala benet i form av en central osteophyte.

I den främmande litteraturen finns data om möjligheten att erhålla kvantitativ information om sammansättningen av ledbrusk, till exempel innehållet i vattenfraktionen och diffusionskoefficienten för vatten i brosket. Detta uppnås med hjälp av specialprogram MP-tomografi eller i MR-spektroskopi. Båda dessa parametrar ökar när proteoglykan-kollagenmatrisen är skadad vid broskskada. Koncentrationen av rörliga protoner (vattenhalt) i brosket minskar i riktning från ledytan till subkondralbenet.

En kvantitativ utvärdering av förändringarna är möjlig på T2-viktiga bilder. Sammanfattande data av bilderna av samma brosk erhållet med olika TE, utvärderade författarna de T2-viktade bilderna av brosket med hjälp av en lämplig exponentiell kurva från de erhållna värdena av signalintensitet per varje pixel. T2 utvärderas i ett visst område av brosket eller visas på kartan över hela brosket, där signalstyrkan hos varje pixel motsvarar T2 vid denna plats. Trots de relativt stora möjligheterna och relativ lättnad av den ovan beskrivna metoden underskattas T2: s roll, delvis på grund av ökningen av diffusionsrelaterade effekter med en ökning i TE. I grund och botten underskattas T2 i brosk med kondromalaki, när vattendiffusion ökar. Om speciell teknik inte används kommer den potentiella ökningen av T2, mätt med denna teknik i brosk med kondromalaki, att undertrycka de diffusionsrelaterade effekterna något.

MRI är således en mycket lovande metod för att identifiera och övervaka de tidiga strukturella förändringarna som är karakteristiska för degenerering av ledbrusk.

Morfologiska förändringar av brosk i artros

Utvärdering av morfologiska förändringar i brosk beror på hög rumslig upplösning och hög kontrast från ledarens yta till subchondralbenet. Detta uppnås bäst genom att använda zhirpodavlyaemoy T1-viktade 3D GE-sekvenser, som exakt återspeglar de lokala defekter som identifieras och verifieras såsom i artroskopi och på obduktionsmaterial. Broskbild kan också erhållas genom att subtrahera magnetiseringsöverföring avbildning, då ledbrosket har formen av en separat remsa med en hög intensitetssignalen, som tydligt framträder nästa underliggande låg intensiva artikulär vätska, intraartikulär fettvävnad och subkondrala benmärgen. När man använder den här metoden erhålls emellertid 2 gånger långsammare än den fett-undertryckta T1-VI, därför används den mindre allmänt. Dessutom kan bilder av lokala defekter, ytjämnhet och generaliserad uttunning av ledbrusk erhållas med användning av konventionella MP-sekvenser. Enligt vissa författare, morfologiska parametrar - tjocklek, volym, geometri och topografi av broskytan - kan kvantitativt beräknas med användning av 3D MRI-bilder. Genom summering av voxlar som utgör den rekonstruerade 3D-bilden av brosket det kan bestämmas genom det exakta värdet av de associerade komplexa strukturer. Dessutom mätningen av den totala volymen av brosket som erhållits från individuella sektioner, är en enklare metod på grund av mindre förändringar i planet av skivan och mer tillförlitlig i rumslig upplösning. När man studerar hela amputerade knä- och patellara prover erhållna vid artroplastik dessa fogar bestämdes genom summan av ledbrosk i den femorala, tibiala ben och patellar och fann en korrelations volym erhålles genom MRI, och de respektive mängder som erhållits genom brosket separeras från benet och mäta dess histologiskt . Följaktligen kan denna teknik vara användbar för att dynamiskt bedöma förändringar i broskvolymen hos patienter med artros. Att få den nödvändiga och korrekt bit av ledbrosk, särskilt hos patienter med artros, kräver tillräckliga kunskaper och erfarenhet av läkare som utför undersökningen, liksom tillgången på lämplig mjukvara MR.

Totala volymmätningar innehåller liten information om vanliga förändringar och är känsliga för lokal förlust av brosk. Teoretiskt kan broskförlust eller förtunning på ett ställe balansera en motsvarande ökning av volymen av brosk på andra ställen i leden, och mätning av totalt broskvolymen skulle inte visa på någon avvikelse, så att sådana förändringar inte skulle kunna identifieras genom denna metod. Uppdelningen av ledbrusk med hjälp av 3D-rekonstruktion i separata små regioner gjorde det möjligt att uppskatta bruskvolymen i vissa områden, särskilt på ytor som upplever en kraftbelastning. Mätningarnas noggrannhet minskar dock, eftersom mycket liten separation utförs. I slutändan är en extremt stor rumslig upplösning nödvändig för att bekräfta mätarnas noggrannhet. Om tillräcklig rumslig upplösning kan uppnås blir utsikterna att kartlägga brosktjockleken in vivo möjlig. Brusktjocklekartor kan reproducera lokala skador i utvecklingen av artros.