Diagnostic de l'arthrose: IRM du cartilage articulaire

L'image IRM du cartilage articulaire reflète la totalité de sa structure histologique et de sa composition biochimique. Le cartilage articulaire est hyalin, qui n'a pas son propre apport sanguin, le drainage lymphatique et l'innervation. Il se compose d'eau et d'ions, de fibres de collagène de type II, de chondrocytes, de protéoglycanes agrégés et d'autres glycoprotéines. Les fibres de collagène sont renforcées dans la couche sous-chondrale de l'os comme une ancre et perpendiculaire à la surface de l'articulation où elles divergent horizontalement. Entre les fibres de collagène sont de grandes molécules de protéoglycanes, qui ont une charge négative significative, qui attire intensément les molécules d'eau. Les chondrocytes du cartilage sont disposés en colonnes paires. Ils synthétisent du collagène et des protéoglycanes, ainsi que des dégradants d'enzymes sous une forme inactive et des inhibiteurs d'enzymes.

Sur le plan histologique, il a été déterminé couche de cartilage en trois grandes articulations telles que le genou et la hanche. La couche la plus profonde est le composé de l'os sous-chondral et le cartilage et sert de couche d'atterrissage vaste réseau de fibres de collagène étendant à partir à la surface de faisceaux denses reliés entre eux par plusieurs fibrilles de réticulation. C'est ce qu'on appelle la couche radiale. Vers la surface articulaire des fibres de collagène deviennent plus minces séparées et collées ensemble selon un réseau régulier parallèle compact et avec moins de liaisons transversales. Couche intermédiaire - une transition, ou intermédiaire contient de plus des fibres de collagène organisées de manière aléatoire, dont la plupart sont orientées de façon oblique en vue de résister à des charges verticales, la pression et le choc. La couche la plus superficielle du cartilage articulaire, connu sous le nom tangentielle, - la couche mince de fibres de collagène orienté tangentiellement disposée à forte densité, opposant des forces de traction agissant en compression de la charge, et la formation d'une barrière étanche à l'eau du fluide interstitiel, ce qui évite sa perte au cours du processus de compression. La couche la plus superficielle des fibres de collagène sont disposées horizontalement pour former une plaque horizontale dense à la surface de joint, tandis que les fibrilles de surface tangentielles sont facultativement joints avec les couches plus profondes.

Il a été noté que , dans ce réseau maillé complexe de fibres disposées molécules protéoglycanes hydrophiles agrégées. Ces grandes molécules ont les extrémités de leurs nombreuses branches négativement fragments chargés SQ et COO « qui attirent intensivement les ions de charges opposées ( en général Na ⁺ ), ce qui contribue à la pénétration osmotique de l' eau dans le cartilage. La pression au sein du réseau de collagène est énorme, et le cartilage fonctionne comme un coussin hydrodynamique extrêmement efficace. Surface articulaire de compression provoque le déplacement horizontal de l' eau contenue dans le cartilage, puisque le réseau de fibres de collagène est comprimé. Redistribution de l' eau elyaetsya endochondrale de sorte que son volume total ne change pas. Lorsque la compression est réduite ou disparaît après une charge commune, l'eau recule attire chargé négativement protéoglycanes. C'est le mécanisme qui prend en charge une teneur élevée en eau et donc une densité élevée du cartilage du proton. La plus forte teneur en eau elle note la plus proche de la surface articulaire et diminue vers l'os sous - chondral .. La concentration de protéoglycanes a augmenté dans les couches profondes du cartilage.

Dans la présente IRM - ceci est la principale méthode d'obtention d' images de cartilage hyalin, mis en œuvre principalement en utilisant un gradient - echo séquences (GE). L'IRM reflète la teneur en eau du cartilage. Cependant, il est important de savoir combien de protons d'eau contient le cartilage. Le contenu et la distribution de molécules hydrophiles protéoglycanes et organisation anisotrope des fibrilles de collagène est influencée non seulement par la quantité totale d'eau, à savoir, densité de protons dans le cartilage, mais aussi sur l'état des propriétés de relaxation, à savoir T2 de l'eau, ce qui donne des images cartilage typique « zonal » ou exfoliantes sur l' IRM, qui, comme certains chercheurs croient, des coupes histologiques cohérentes du cartilage.

A très court laps de temps d'écho images (TE) (moins de 5 ms), une image du cartilage de résolution plus élevée montre généralement une image à deux couches: la couche profonde est positionnée plus près de la zone de calcification avant l'os et a un signal faible, en présence de calcium réduit considérablement TR et donne des images; La couche de surface donne un signal MP à intensité moyenne ou élevée.

Dans les images TE intermédiaires (5-40 ms), le cartilage a un aspect à trois couches: une couche de surface avec un signal faible; une couche de transition avec un signal d'intensité intermédiaire; une couche profonde ayant un faible signal MP. En pondération T2, le signal n'inclut pas la couche intermédiaire, et l'image du cartilage devient homogène de faible intensité. Quand une faible résolution spatiale, les images courtes TE parfois une couche supplémentaire, qui est dû à l'oblique artefacts tranches et un contraste élevé à l'interface cartilage / liquide, cela peut être évité en augmentant la taille de la matrice.

De plus, certaines de ces zones (couches) peuvent ne pas être visibles dans certaines conditions. Par exemple, lorsque l'angle entre l'axe du cartilage et le champ magnétique principal change, la forme des couches cartilagineuses peut changer, et le cartilage peut avoir une image homogène. Ce phénomène s'explique par la propriété anisotrope des fibres de collagène et leur orientation différente au sein de chaque couche.

D'autres auteurs pensent que l'obtention d'une image en couches du cartilage n'est pas fiable et est un artefact. Les opinions des chercheurs divergent également en ce qui concerne l'intensité des signaux provenant des images de cartilage à trois couches obtenues. Ces études sont très intéressantes et, bien sûr, nécessitent une étude plus approfondie.

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Changements structurels du cartilage avec arthrose

Dans les stades précoces de l'arthrose, le réseau de collagène se dégrade dans les couches superficielles du cartilage, conduisant à la désintégration de la surface et à une augmentation de la perméabilité à l'eau. Plus les protéoglycanes se décomposent, plus les glycosaminoglycanes chargés négativement attirent les cations et les molécules d'eau, tandis que les protéoglycanes restants perdent la capacité d'attirer et de retenir l'eau. De plus, la perte de protéoglycanes réduit leur effet inhibiteur sur le courant d'eau interstitiel. En conséquence, le cartilage gonfle, le mécanisme de compression (rétention) du liquide ne fonctionne pas et la résistance à la compression du cartilage diminue. Il y a un effet de transfert de la plus grande partie de la charge sur la matrice solide déjà endommagée, et ceci conduit au fait que le cartilage gonflé devient plus susceptible aux dommages mécaniques. En conséquence, le cartilage se rétablit ou continue de dégénérer.

En plus des dommages causés aux protéoglycanes, le nouveau réseau de collagène est partiellement détruit, qui n'est plus restauré, et des fissures verticales et des ulcérations apparaissent dans le cartilage. Ces lésions peuvent propager le cartilage à l'os sous-chondral. Les produits de désintégration et de fluide articulaire se propagent à la couche basale, ce qui conduit à l'apparition de petites zones d'ostéonécrose et de kystes sous-chondraux.

Parallèlement à ces processus, le cartilage subit un certain nombre de changements réparateurs avec une tentative de restaurer la surface de l'articulation endommagée, qui comprennent la formation de chondrophytes. Ce dernier finit par devenir une ossification endochondrale et devient ostéophyte.

Un traumatisme mécanique aigu et une charge de compression peuvent entraîner le développement de fissures horizontales dans la couche calcifiée profonde du cartilage et le détachement du cartilage de l'os sous-chondral. Le clivage basal ou la délamination du cartilage d'une manière similaire peut servir de mécanisme pour la dégénérescence non seulement du cartilage normal dans des conditions de surcharge mécanique, mais aussi pour l'arthrose lorsqu'il y a instabilité de l'articulation. Si le cartilage hyalin est complètement détruit et que la surface articulaire est exposée, deux processus sont possibles: le premier est la formation d'une sclérose dense à la surface de l'os, appelée éburnèse; le second est l'endommagement et la compression des trabécules, qui sur les rayons X ressemble à la sclérose sous-chondrale. En conséquence, le premier processus peut être considéré comme compensatoire, le second est clairement une phase de destruction conjointe.

L'augmentation de l'augmentation de la teneur en eau de la densité de proton du cartilage et du cartilage élimine les effets de raccourcissement T2 matrice de protéoglycanes et le collagène, qui a une intensité de signal élevée dans des parties de matrice des dommages dans des séquences d'IRM classiques. Cette première chondromalacia, qui est le premier signe de lésions du cartilage peut être apparent avant qu'il arrive même éclaircie légère. Dans cette étape peut également être présente un épaississement faible ou « gonflement » du cartilage. Les changements structurels et biomécaniques du cartilage articulaire est en constante augmentation, il y a une perte de la substance principale. Ces processus peuvent être locaux ou diffus, surface de mise en pâte et limitée amincissement ou la disparition complète du cartilage. Dans certains cas, un épaississement local ou « gonflement » du cartilage peut être observée sans casser la surface articulaire. Arthrose est souvent possible d'observer l'intensité du signal du cartilage de croissance locale sur les images pondérées en T2, comme en témoigne la présence de la surface arthroscopique et profonds changements transmurale linéaires. Ces derniers peuvent refléter des changements dégénératifs profonds à partir principalement sous la forme d'un décollement du cartilage de la couche de kalydifitsirovanogo ou de la ligne de marée haute. Les changements précoces sont limitées à la hryasha des couches profondes, dans ce cas, ils ne se présentent pas à l'examen arthroscopique de la surface articulaire, tandis que razvodoknenie locale des couches plus profondes du cartilage peut conduire à la défaite des couches adjacentes, souvent avec la croissance de l'os sous-chondral sous la forme d'un ostéophytes central.

Dans la littérature étrangère, il existe des données sur la possibilité d'obtenir des informations quantitatives sur la composition du cartilage articulaire, par exemple, le contenu de la fraction d'eau et le coefficient de diffusion de l'eau dans le cartilage. Ceci est réalisé avec l'utilisation de programmes spéciaux MP-tomograph ou en spectroscopie MR. Ces deux paramètres augmentent lorsque la matrice protéoglycane-collagène est endommagée dans les lésions du cartilage. La concentration de protons mobiles (teneur en eau) dans le cartilage diminue dans la direction de la surface articulaire à l'os sous-chondral.

Une évaluation quantitative des changements est possible sur les images pondérées en T2. Résumant les données des images du même cartilage obtenu avec différents TE, les auteurs ont évalué les images pondérées en T2 du cartilage en utilisant une courbe exponentielle appropriée à partir des valeurs d'intensité de signal obtenues pour chaque pixel. T2 est évalué dans une zone particulière du cartilage ou affiché sur la carte du cartilage entier, dans lequel la force du signal de chaque pixel correspond à T2 à cet endroit. Cependant, malgré les possibilités plutôt grandes et la facilité relative de la méthode décrite ci-dessus, le rôle de T2 est sous-estimé, en partie à cause de l'augmentation des effets liés à la diffusion avec une augmentation de TE. Fondamentalement, T2 est sous-estimée dans le cartilage avec la chondromalacie, lorsque la diffusion de l'eau est augmentée. Si des technologies spéciales ne sont pas utilisées, l'augmentation potentielle de T2, mesurée avec ces technologies dans le cartilage avec chondromalacie, supprimera légèrement les effets liés à la diffusion.

Ainsi, l'IRM est une méthode très prometteuse pour identifier et surveiller les changements structuraux précoces caractéristiques de la dégénérescence du cartilage articulaire.

Les changements morphologiques du cartilage dans l'arthrose

Estimation des changements morphologiques du cartilage dépend de la résolution spatiale élevée et un contraste élevé à partir de la surface de jonction à l'os sous-chondral. Ceci est mieux réalisée en utilisant zhirpodavlyaemoy pondérées en T1 3D GE-séquences, ce qui reflète avec précision les défauts locaux identifiés et vérifiés comme dans l'arthroscopie et sur le matériel d'autopsie. L'image du cartilage peut également être obtenue en soustrayant la formation d'image par transfert de magnétisation, le cartilage articulaire a la forme d'une bande séparée avec un haut signal d'intensité, ce qui contraste nettement avec le côté de fluide articulaire faible à forte intensité sous-jacente, le tissu adipeux intra-articulaire et de la moelle osseuse sous-chondrale. Cependant, lorsqu'on utilise ce procédé, l'acquisition d'images a lieu 2 fois plus lent que zhirpodavlyaemoe T1-VI, sont donc moins largement utilisé. En outre, il est possible d'obtenir des images de défauts locaux, des irrégularités de surface et un amincissement généralisé du cartilage articulaire en utilisant séquence MP classique. Selon certains auteurs, les paramètres morphologiques - épaisseur, le volume, la géométrie et la topographie de la surface du cartilage - peuvent être quantitativement calculées à partir des images IRM 3D. En faisant la somme voxels constituant l'image reconstruite 3D du cartilage, il peut être déterminé par la valeur exacte des structures complexes associées. En outre, la mesure du volume total du cartilage obtenu à partir de sections individuelles, est un procédé plus simple en raison de petits changements dans le plan de la tranche et plus fiable de la résolution spatiale. Lorsque l'on étudie les échantillons du genou et de la rotule entiers amputés obtenus à arthroplastie ces joints a été déterminé par la somme du cartilage articulaire de l'os du fémur, du tibia et de la rotule et a trouvé un volume de corrélation obtenue par IRM, ainsi que les quantités respectives obtenues par le cartilage séparé de l'os et en mesurant sa histologiquement . Par conséquent, cette technologie peut être utile pour évaluer dynamiquement les changements dans le volume du cartilage chez les patients souffrant d'arthrose. L'obtention de la tranche nécessaire et précise du cartilage articulaire, en particulier chez les patients souffrant d'arthrose, nécessite des compétences et une expérience suffisantes du médecin mener l'étude, ainsi que la disponibilité de MR logiciel approprié.

Les mesures de volume total contiennent peu d'informations sur les changements communs et sont sensibles, respectivement, à la perte locale de cartilage. En théorie, la perte de cartilage ou d' amincissement sur un site peut équilibrer une augmentation équivalente du volume du cartilage ailleurs dans l'articulation et la mesure du volume du cartilage au total ne montre aucune anomalie, de sorte que ces changements ne seraient pas identifiables par cette méthode. La division du cartilage articulaire à l'aide de la reconstruction 3D en petites régions distinctes a permis d'estimer le volume de cartilage dans certaines zones, en particulier sur des surfaces soumises à une charge de force. Cependant, la précision des mesures diminue, car très peu de séparation est effectuée. En fin de compte, une résolution spatiale extrêmement élevée est nécessaire pour confirmer la précision des mesures. Si une résolution spatiale suffisante peut être atteinte, la perspective de cartographier l'épaisseur de cartilage in vivo devient possible. Les cartes d'épaisseur du cartilage peuvent reproduire les lésions locales dans la progression de l'arthrose.