Возможности магнитно-резонансной томографии в диагностике микроструктурных изменений субхондральной кости при остеоартрите

Обоснование. Магнитно-резонансная томография не только обладает мощными возможностями по визуализации, но и представляет интерес в плане получения представлений о микроструктурных и биохимических сдвигах в тканях суставов при остеоартрите. Это свойство магнитно-резонансной томографии может быть расширено путём текстурного анализа карт матриц смежности Т2-взвешенных изображений.

Цель исследования: оценить возможности Т2-взвешенных изображений магнитно-резонансных томограмм в диагностике микроструктурных изменений субхондральной кости при остеоартрите на основании анализа спектральной вариабельности времени поперечной релаксации.

Материалы и методы. Было обследовано 62 больных остеоартритом и 8 добровольцев без остеоартрита. Всем пациентам выполнена магнитно-резонансная томография коленных суставов на высокопольном томографе с напряжённостью магнитного поля 1,5 Тесла. Для оценки МР-изображений использовали полуколичественные измерения тканей суставов на основании протокола WORMS. Для оценки вариабельности времени поперечной релаксации ручным способом производили сегментацию Т2-взвешенных изображений субхондральной кости во фронтальной проекции. Плотность протонов оценивали по 3D-гистограмме по шкале от 0 до 255.

Результаты исследования. При I стадии остеоартрита отмечается уменьшение интенсивности магнитно-резонансного сигнала по всей поверхности большеберцового плато с минимальными значениями в области медиального отдела коленного сустава. При II стадии остеоартрита было зарегистрировано ещё большее снижение количества протонов, совершивших фазовый переход с наименьшим значением в области медиального отдела. Текстура субхондральной кости при III стадии гонартроза характеризовалась значительным снижением интенсивности сигнала в области медиального плато большеберцовой кости. При терминальной IV стадии остеоартрита наблюдалось значительное уменьшение интенсивности текстурных спектров в области интереса.

Заключение. Выявленная закономерность изменения спектра времени релаксации Т2-взвешенных изображений отражает дегенеративной процесс в субхондральной кости при остеоартрите. Данное свойство текстуры может быть использовано в оценке микроструктурных изменений субхондральной кости при остеоартрите, в том числе на «ранних» стадиях заболевания.

1. Дубиков А.И., Кабалык М.А., Корецкая Т.Ю. Микрокристаллический стресс в патогенезе остеоартроза // Терапевтический архив. – 2016. – Т. 88, № 5. – С. 32-36. doi: 10.17116/terarkh201688532-36

2. Кабалык М.А., Коваленко Т.С., Осипов А.Л., Фадеев М.Ф. Морфологические обоснования применения методов текстурного анализа изображений субхондральной кости при остеоартрите // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 5. – С. 98–107. doi: 10.17513/spno.26895

3. Семёнова Л.А., Раденска-Лоповок С.Г., Алексеева Л.И. Морфологическая характеристика остеоартроза // Архив патологии. – 2010. – № 2. – С. 47–51.

4. Apprich S, Welsch GH, Mamisch TC, Szomolanyi P, Mayerhoefer M, Pinker K, Trattnig S. (2010). Detection of degenerative cartilage disease: comparison of high-resolution morphological MR and quantitative T2 mapping at 3.0 Tesla. Osteoarthritis Cartilage, 18 (9), 1211-1217. doi: 10.1016/j.joca.2010.06.002.

5. Carballido-Gamio J, Stahl R, Blumenkrantz G, Romero A, Majumdar S, Link TM. (2009). Spatial analysis of magnetic resonance T1rho and T2 relaxation times improves classification between subjects with and without osteoarthritis. Med Phys, 36 (9), 4059-4067. doi: 10.1118/1.3187228

6. Dijkstra AJ, Anbeek P, Yang KG, Vincken KL, Viergever MA, Castelein RM, Saris DB. (2010). Validation of a novel semiautomated segmentation method for MRI detection of cartilage-related bone marrow lesions. Cartilage, 1 (4), 328-334. doi: 10.1177/1947603510376819

7. Eckstein F, Burstein D, Link TM. (2006). Quantitative MRI of cartilage and bone: degenerative changes in osteoarthritis. NMR Biomed, 19 (7), 822-854. doi: 10.1002/nbm.1063

8. Felson DT, McLaughlin S, Goggins J, LaValley MP, Gale ME, Totterman S, Li W, Hill C, Gale D. (2003). Bone marrow edema and its relation to progression of knee osteoarthritis. Ann Intern Med, 139 (5 Pt 1), 330-336.

9. Gadjanski I. (2017). Recent advances on gradient hydrogels in biomimetic cartilage tissue engineering. F1000Res, 6. doi: 10.12688/f1000research.12391.2

10. Kester BS, Carpenter PM, Yu HJ, Nozaki T, Kaneko Y, Yoshioka H, Schwarzkopf R. (2017). T1ρ/T2 mapping and histopathology of degenerative cartilage in advanced knee osteoarthritis. World J Orthop, 8 (4), 350356. doi: 10.5312/wjo.v8.i4.350

11. Peterfy CG, Guermazi A, Zaim S, Tirman PF, Miaux Y, White D, Kothari M, Lu Y, Fye K, Zhao S, Genant HK. (2004). Whole-organ magnetic resonance imaging score (WORMS) of the knee in osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage, 12 (3), 177-190. doi: 10.1016/j.joca.2003.11.003

12. Peuna A, Hekkala J, Haapea M, Podlipská J, Guermazi A, Saarakkala S, Nieminen MT, Lammentausta E. (2017). Variable angle gray level co-occurrence matrix analysis of T(2) relaxation time maps reveals degenerative changes of cartilage in knee osteoarthritis: Oulu knee osteoarthritis study. J Magn Reson Imaging, 47 (5), 1316-1327. doi: 10.1002/jmri.25881

13. Steinbeck MJ, Eisenhauer PT, Maltenfort MG, Parvizi J, Freeman TA. (2016). Identifying patient-specific pathology in osteoarthritis development based on microCT analysis of subchondral trabecular bone. J Arthroplasty, 31 (1), 269-277. doi: 10.1016/j.arth.2015.08.021

14. Van Eck CF, Kingston RS, Crues JV, Kharrazi FD. (2017). Magnetic resonance imaging for patellofemoral chondromalacia: is there a role for T2 mapping? Orthop J Sports Med, 5 (11), 2325967117740554. doi: 10.1177/2325967117740554