2021-09-03 17:11

计算机断层扫描诊断软骨损伤的三联造影方法

knee pain

创伤后骨关节炎(pta)是一种关节疾病,与覆盖关节末端的软骨逐渐侵蚀有关。它可能是由单一的创伤事件,重复的伤害事件,或由于过度的机械压力和紧张。由此引起的机械功能异常和生化改变可能导致创伤后软骨结构和组成的改变。在pta中,这些变化可能最终恶化并导致骨关节炎(OA)的进展。早期创伤后改变的识别对于选择最佳保守治疗是至关重要的,如运动、减肥、镇痛药物、类固醇注射、非甾体抗炎药物或手术干预,但有效的识别手段仍然有限。

浅表胶原蛋白破坏、蛋白多糖(PG)丢失和水分含量增加是OA的最初迹象。这些组织结构和组成的改变增加了组织的渗透性,降低了软骨基质中的固定电荷密度。对比增强计算机断层扫描(CECT)是一种利用造影剂的成像技术。由于退行性改变改变了造影剂在关节软骨中的扩散和积累,使用CECT可以检测到oa相关的变化。造影剂也可以用于CT图像软骨组织分割,因为造影剂增强了滑膜液和软骨之间的界面,在这个界面上几乎不存在自然对比。

膝关节当前的CECT包括在关节内注射阴离子造影剂45分钟后立即进行的两次CT扫描。造影剂注射后立即进行扫描,可以分割关节面和病变,而后一次扫描可以检测与PTOA启动相关的软骨内部变化。这种方法有两个缺点。首先,最近的研究表明,一种新开发的阳离子造影剂与传统的阴离子造影剂相比,在扩散平衡时对PG含量具有更高的敏感性。然而,在临床可行的时间点(注射后< 120分钟),阳离子造影剂的一个关键弱点出现了,因为阳离子造影剂的扩散受到变性相关因素的控制(即PG的丧失,含水量的增加,对扩散有相反的影响,导致灵敏度降低。我们假设通过添加对组织渗透性和含水量增加敏感的非离子造影剂来解决这个缺陷。第二个缺点与造影剂在滑膜液-软骨界面扩散引起的造影剂丢失有关。为了克服这个缺点,我们建议使用纳米颗粒(NPs),由于它们的大小,它们太大了,无法扩散到软骨组织。因此,即使在较晚的成像时间点,NPs仍能在滑膜液-软骨界面保持高对比度。

本论文的目的是介绍一种三重造影剂的方法,结合定量双能量CT (QDECT),可以同时定量关节软骨中的PG和水含量,从而实现关节表面的精确分割。为此,我们首先研究了两种不同的双重对比方法对不同类型软骨损伤检测的适用性。这项研究导致了三联造影剂的发展。在研究I中,评估了由阴离子、碘基造影剂和氧化铋纳米颗粒(BiNPs)悬浮液组成的双重造影剂检测不同类型关节软骨损伤的潜力。此外,在关节表面促进高对比度的能力,以改进分割进行了检查。研究II中检测了由阳离子、碘基和非离子、钆基造影剂组成的双重造影剂。在临床可行的时间点(即给药后1小时和2小时),这种双对比剂允许同时测定PG和通透性变化的能力被测定。在研究III中,一种三重造影剂,是三种造影剂(阳离子、碘基和非离子、钆基造影剂和BiNP悬浮液)的混合物,研究同时测定软骨PG含量、水含量,以及关节表面通透性和分割的变化。最后,研究四评估了基于阳离子和非离子造影剂的双重造影剂检测手术损伤周围马软骨组织创伤后变化的能力。

binp被发现在关节表面保持高对比度。这被证明允许精确分割软骨表面,同时作为阴离子造影剂使软骨变性检测。进一步,观察了由机械冲击引起的软骨病变(研究I)。研究II的发现表明,QDECT可以同时评估阳离子、碘基和非离子、钆基造影剂分区。由于阳离子造影剂对PG、组织渗透性和含水量敏感,而非离子造影剂对组织渗透性和含水量敏感,因此它们的混合物可用于PG和含水量的后续定量测定。结果显示,阳离子造影剂划分与PG含量之间存在显著相关(P < 0.001),使完好软骨与损伤软骨之间能够进行区分。在研究III中,三联造影剂的测量显示,两种双重造影剂的好处也存在于三联造影剂中;同时定量PG和水分含量,可准确测定接合面。在研究第四,显著差异在分区的阳离子,iodine-based创伤后和控制样本之间的代理在30分钟(P = 0.004), 60分钟(P = 0.028), 20 h (P < 0.001),在非离子造影剂分区60 min (P < 0.001)和120分钟(P = 0.002)在对比剂浸泡样品后浴。此外,在20 h (ρ = 0.69, P < 0.001)和24 h (ρ =0.63, P < 0.001)扩散时间点,阳离子剂分配与PG含量之间存在显著的Spearman相关性。

根据本文的研究结果,三重对比方法可以改善软骨成分的特征,即可以同时评估PG和水含量,并精确分割关节面。因此,例如,可以通过单次扫描来评估损伤部位周围的创伤后变性。CECT的这些改进可以更有效地选择针对患者的手术治疗方案和预防PTOA。

技术硕士Annina Saukko的博士论文题为“计算机断层扫描诊断软骨损伤的三重对比方法”,将于8月27日在科学与林业学院进行在线审查。