Методика Т2-картирования суставного хряща коленного сустава у здоровых добровольцев: нормативные значения и воспроизводимость измерений

Остеоартрит – это хроническое дегенеративное заболевание суставов, в основе которого лежит поражение всех суставных структур: в первую очередь гиалинового хряща, а также субхондральной кости, синовиальной оболочки, капсулы сустава, околосуставных связок и мышц. Остеоартрит коленного сустава является одной из ведущих причин хронической боли и инвалидизации среди взрослого населения, существенно снижая качество жизни пациентов [1].

По оценкам Всемирной организации здравоохранения в 2019 году остеоартритом страдало около 528 млн человек во всем мире [2]. В Российской Федерации, согласно данным эпидемиологических исследований, остеоартрит коленных и/или тазобедренных суставов выявлен у 13% взрослого населения, а к 2017 году было зарегистрировано свыше 4,3 млн случаев остеоартрита с устойчивой тенденцией к ежегодному приросту заболеваемости [3].

Методика цветового Т2-картирования позволяет определить ранние микроструктурные изменения суставного хряща до появления морфологических признаков, выявляемых при помощи рентгенографии и магнитно-резонансной томографии коленного сустава. Это позволяет на ранних стадиях диагностировать остеоартрит, оценить эффективность лечения и отслеживать динамику дегенеративных изменений в суставном хряще коленного сустава [4]. Кроме того, включение последовательностей цветового T2-картирования в стандартный протокол сканирования позволяет обнаружить размягчение и поверхностную фибрилляцию суставного хряща. Благодаря этому чувствительность диагностики ранних дегенеративных изменений возрастает до примерно 89% [5].

Актуальность применения методики Т2-картирования подтверждается и результатами отечественных исследований. Так, в работе Беляевой и соавт. (2021) было показано, что включение данной последовательности в стандартный протокол сканирования МРТ коленного сустава способствует повышению диагностической информативности исследования и позволяет более детально оценить структуру суставного хряща [6]. В исследовании Трофимовой с соавт. (2016) было показано, что методика Т2-картирования обладает высокой чувствительностью к ранним дегенеративным изменениям и может служить ценным дополнением к традиционным методам визуализации [7]. Более свежие данные, опубликованные Зубаревой и коллегами в 2024 году, подтвердили эффективность метода Т2-картирования в диагностике хондромаляции. Исследование выявило статистически значимые различия в показателях времени Т2-релаксации у пациентов с начальными дегенеративными изменениями в суставном хряще по сравнению с контрольной группой [8].

Цель нашего исследования – измерение абсолютных значений времени Т2-релаксации в разных сегментах и зонах суставного хряща коленного сустава у здоровых добровольцев на томографе с индукцией магнитного поля 3,0 Т с последующей оценкой воспроизводимости измерений.

Материалы и методы

Проспективное одноцентровое исследование проведено в «Клинике им. Э.Э. Эйхвальда СЗГМУ им. И.И. Мечникова». В исследовании приняли участие 20 здоровых добровольцев: 12 мужчин (60%) и 8 женщин (40%). Средний возраст участников составил 28 лет, с диапазоном от 21 до 32 лет. Средний индекс массы тела (ИМТ) был 22,74. Все участники не имели в анамнезе воспалительных заболеваний суставов, травм коленных суставов в течение последних 6 месяцев, а также не страдали от остеоартрита коленных суставов, как по данным анамнеза, так и по клиническим и рентгенологическим признакам. В день исследования все участники имели одинаковый уровень физической активности, а за 24 часа до процедуры была исключена высокоинтенсивная нагрузка на коленные суставы.

Для субъективной оценки функционального состояния коленного сустава мы использовали валидированный опросник KOOS, включающий 5 разделов: симптомы, боль, повседневная активность, спортивная активность и качество жизни [9]. Каждый из разделов оценивался в диапазоне от 0 до 100 баллов. Среднее значение по шкале KOOS в группе обследуемых составило 96,8 ± 2,1 балла, что отражает отсутствие клинически значимых жалоб и высокий уровень функциональной активности суставов.

Для исключения рентгенологических признаков остеоартрита у всех добровольцев выполнена рентгенография коленного сустава с последующей оценкой стадии остеоартрита по классификации Келлгрен-Лоуренс [10]. Данная классификация широко используется для стадирования остеоартрита и основана на таких признаках, как сужение рентгеновской суставной щели, наличие субхондрального склероза, остеофитов и деформации суставных поверхностей. Рентгенография коленных суставов выполнялась в передне-задней проекции в положении стоя с вертикальной нагрузкой (Рис. 1). По результатам рентгенографии коленных суставов у всех добровольцев стадия Келлгрен-Лоуренс была ноль (KL=0), что соответствует отсутствию рентгенологических изменений.

Рис. 1. Рентгенограмма коленного сустава 27-летнего добровольца.

Магнитно-резонансную томографию коленных суставов выполняли на томографе General Electric с индукцией магнитного поля 3 Тесла с использованием 18-канальной коленной катушки и стандартного протокола сканирования, включающего последовательности PD FS в аксиальной, сагиттальной и корональной плоскостях, Т1-ВИ в корональной плоскости (Табл. 1).

Табл. 1. Параметры сканирования стандартного протокола

Последовательность	PD FS ax	PD FS cor	PD FS sag	T1-ВИ cor
Время повторения (мс)	3300	2700	2900	600
Время эхо (мс)	35,0	33,2	37,5	9
Число срезов	29	25	26	25
Толщина среза (мм)	3	3	3	3
Поле обзора (мм)	160	160	160	160
Время сканирования (мин:с)	3:20	2:26	3:04	2:47

Стандартный протокол сканирования дополнили двумя последовательностями цветового Т2-картирования (T2 MAP) в аксиальной и сагиттальной плоскостях с целью оценки состояния суставного хряща надколенника, бедренной и большеберцовой костей (Табл. 2).

Табл. 2. Параметры сканирования цветового Т2-картирования

Последовательность	Т2 MAP ax	T2 MAP sag
Время повторения (мс)	1352	1144
Время эхо (мс)	7; 14,1; 21,1; 28,2; 35,2; 42,2; 49,3; 56,3	6,8; 13,7; 20,5; 27,4; 34,2; 41; 47,9; 54,7
Число срезов	10	25
Толщина среза (мм)	3	3
Поле обзора (мм)	160	160
Время сканирования (мин:с)	4:42	9:35

Сканирование проводилось в положении лежа на спине с нейтральным положением ноги. Коленный сустав располагался в специализированной катушке, центр которой соответствовал нижнему краю надколенника. Чтобы минимизировать артефакты движения, коленный сустав дополнительно фиксировали мягкими валиками [11].

Сегментация суставного хряща коленного сустава выполнялась вручную на основании анатомического деления, предложенного Peterfy и соавт. (2004) [12]. Коленный сустав разделяли на 14 сегментов с выделением медиальной и латеральной фасеток надколенника

(Рис. 2), медиального и латерального мыщелков бедренной и большеберцовой кости с разделением последних на передний, центральный и задний сегменты (Рис. 3).

Рис. 2. Сегментация надколенника и бедренной кости.

Рис. 3. Сегментация мыщелков бедренной и большеберцовой кости.

Измерение времени Т2-релаксации суставного хряща надколенника проводили в аксиальной плоскости сканирования, а бедренной и большеберцовой костей – в сагиттальной. Сагиттальная плоскость сканирования при Т2-картировании является предпочтительной, поскольку обеспечивает оптимальную визуализацию наиболее нагружаемых участков суставного хряща и позволяет одновременно отображать контактирующие поверхности мыщелков бедренной и большеберцовой костей [13]. Область интереса при измерении показателей времени Т2-релаксации мы располагали в центральных отделах каждого сегмента сустава, поскольку измерение показателей в периферических отделах считаются менее надежными ввиду наличия технических сложностей. Толщина хряща в периферических отделах меньше, а сигнал от него может суммироваться с сигналом от окружающей синовиальной жидкости и субхондральной кости, что приводит к снижению контрастности изображения и вызывает артефакт усреднения по объёму. Кроме того, коллагеновые волокна в краевых зонах ориентированы косо по направлению к оси магнитного поля, вследствие чего может возникать артефакт магического угла [14] . Для измерения времени Т2-релаксации ROI располагали отдельно в базальной, промежуточной и поверхностной зонах хряща, согласно его описанному строению (Рис. 4).

Рис. 4. Схема измерений времени Т2-релаксации в центральном сегменте мыщелка большеберцовой кости.

Статистический анализ проводили с использованием программы StatTech v. 4.8.0 (разработчик - ООО "Статтех", Россия). Количественные показатели оценивали на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Шапиро-Уилка. Количественные показатели, выборочное распределение которых соответствовало нормальному, описывались с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD). В качестве меры репрезентативности для средних значений указывались границы 95% доверительного интервала (95% ДИ). В случае отсутствия нормального распределения количественные данные описывались с помощью медианы (Me) и нижнего и верхнего квартилей (Q1–Q3).

Воспроизводимость измерений времени T2-релаксации между наблюдателями в различных зонах суставного хряща и сегментах коленного сустава оценивали с использованием коэффициента внутриклассовой корреляции (ICC) по двухфакторной модели случайных эффектов с абсолютным согласием (ICC (2,k)) на основании измерений, выполненных тремя независимыми врачами-рентгенологами со стажем работы в лучевой диагностике заболеваний костно-суставной системы от 2 до 10 лет.

Результаты

В таблицах 3-5 представлены средние значения абсолютных показателей времени Т2-релаксации суставного хряща в разных сегментах коленных суставов здоровых добровольцев. Во всех сегментах, кроме заднего сегмента медиального мыщелка бедренной кости (MFp), наблюдалось закономерное увеличение времени Т2-релаксации от базальной зоны к поверхностной. Наибольшие значения были зарегистрированы в поверхностной зоне передних сегментов медиального (MFa) и латерального (LFa) мыщелков бедренной кости (Табл. 4), наименьшие – в базальной зоне переднего (LTa), среднего (LTc) и заднего (LTp) сегментов латерального мыщелка большеберцовой кости (Табл. 5).

Табл. 3. Средние значения ± стандартное отклонение или медиана (1-й квартиль, 3-й квартиль) значений времени Т2-релаксации суставного хряща надколенника

Сегмент    Базальная зона    Промежуточная зона    Поверхностная зона

MP       26,0 (25,0; 27,50)          30,67 ± 4,33               36,50 ± 5,50

LP        25,0 (25,0; 26,0)        29,0 (28,0; 31,25)             36,58 ± 3,60

Табл. 4. Средние значения ± стандартное отклонение или медиана (1-й квартиль, 3-й квартиль) значений времени Т2-релаксации суставного хряща бедренной кости

Сегмент      Базальная зона     Промежуточная зона Поверхностная зона

MFa	39,42 ± 4,94	40,08 ± 5,45	41,50 ± 5,85
MFc	26,0 (25,0, 30,0)	30,50 (28,75 – 33,50)	37,50 ± 6,13
MFp	35,17 ± 3,04	34,75 ± 2,38	34,50 ± 3,23
LFa	39,08 ± 3,09	40,42 ± 2,75	42,42 ± 2,78
LFc	26,0 (26,0; 28,75)	31,50 ± 4,03	37,92 ± 4,78
LFp	30,50 (29,75; 32,50)	31,0 (30,75; 34,0)	33,5 (32,0; 36,0)
Табл. 5. Средние значения ± стандартное отклонение или медиана (1-й квартиль, 3-й квартиль)
значений времени Т2-релаксации суставного хряща большеберцовой кости
Сегмент	Базальная зона	Промежуточная зона	Поверхностная зона
MTa	30,50 ± 2,88	33,08 ± 2,68	37,58 ± 2,78
MTc	25,0 (25,0; 25,25)	27,50 ± 2,35	32,58 ± 4,17
MTp	25,50 (25,0; 29,50)	28,50 (26,75; 31,75)	35,17 ± 6,21
LTa	25,0 (25,0; 25,0)	25,50 (25,0; 26,25)	29,92 ± 3,23
LTc	25,0 (25,0; 25,0)	25,0 (25,0; 30,50)	31,17 ± 5,08
LTp	25,0 (25,0; 25,50)	25,50 (25,0; 28,0)	31,0 ± 4,47

Значения ICC (2, k) варьировали в зависимости от анатомического сегмента и зоны суставного хряща (Табл. 6). Наиболее высокие значения ICC были зафиксированы в поверхностной зоне хряща переднего сегмента латерального мыщелка большеберцовой кости (LTa) и промежуточной зоне хряща медиальной фасетки надколенника (MP), где согласованность между наблюдателями достигала 0,932 и 0,909 соответственно.

Табл. 6. Значения ICC (2, k) в различных сегментах и зонах суставного хряща коленного сустава

Сегмент	Базальная зона	Промежуточная зона	Поверхностная зона
MP	0,887	0,909	0,802
LP	0,675	0,698	0,576
MFa	0,81	0,809	0,807
MFc	0,607	0,631	0,859
MFp	0,807	0,539	0,634
LFa	0,855	0,779	0,471
LFc	0,771	0,714	0,681
LFp	0,556	0,414	0,395
MTa	0,773	0,845	0,849
MTc	0,471	0,762	0,647
MTp	0,431	0,613	0,679
LTa	0,42	0,60	0,932
LTc	0,463	0,656	0,651
LTp	0,744	0,652	0,659

Для наглядной демонстрации структуры суставного хряща в исследовании представлены примеры МР-изображений коленного сустава у здоровых добровольцев (Рис. 5, 6).

Рис. 5. МРТ-изображения коленного сустава 31-летнего добровольца. PD FS и Т2-карты суставного хряща надколенника в аксиальной плоскости.

Рис. 6. МРТ-изображения коленного сустава 27-летнего добровольца. PD FS и Т2-карты суставного хряща бедренной и большеберцовой костей в сагиттальной плоскости.

Обсуждение

Несмотря на признанную диагностическую ценность методики T2-картирования, данные о нормальных значениях времени T2-релаксации в суставном хряще здоровых людей ограничены. В 2015 году Joseph и его коллеги опубликовали первую масштабную базу данных о времени Т2-релаксации суставного хряща у пациентов без признаков остеоартрита коленных суставов [15]. Результаты показали, что средние значения времени Т2-релаксации значительно различаются в разных анатомических сегментах коленного сустава и слабо зависят от пола и возраста. Однако это исследование проводилось в основном на людях среднего возраста (45– 65 лет) и не учитывало зональные особенности суставного хряща. В нашем исследовании мы обследовали молодых добровольцев (средний возраст — 28 лет) и оценили значения времени Т2-релаксации в каждой из трёх зон суставного хряща в каждом сегменте коленного сустава. Мы подтвердили закономерное увеличение времени Т2-релаксации от глубокой к поверхностной зоне, что соответствует известным морфологическим особенностям структуры суставного хряща и согласуется с литературными данными [16,17].

Исключение составил задний отдел медиального мыщелка бедренной кости (MFp), где было отмечено статистически незначимое (p>0,05) уменьшение показателей времени Т2-релаксации в поверхностной зоне по сравнению с глубокой, что может быть обусловлено спецификой нагрузки или сложностью измерения показателей в данной области и не совпадает с результатами других исследований [18,19]. Кроме того, хрящ бедренной кости в нашем исследовании демонстрировал более высокие значения времени Т2-релаксации по сравнению с хрящом большеберцовой кости, что согласуется с данными Wirth и соавт. (2017) [20]. Полученные нами данные сопоставимы с результатами других исследований по Т2- картированию и могут служить референтными значениями при диагностике остеоартрита коленного сустава [21].

В настоящем исследовании была проведена оценка воспроизводимости измерений времени T2-релаксации между тремя независимыми экспертами. Полученные нами значения ICC варьировали от 0,395 до 0,932, что соответствует широкому диапазону согласованности между наблюдателями согласно общепринятой классификации [22]. Наибольшие значения ICC были получены преимущественно в медиальных и центральных сегментах сустава, в большей степени в промежуточной и поверхностной зонах суставного хряща, что подтверждает возможность получения воспроизводимых данных при стандартизированной методике анализа. Наименьшие значения ICC были зафиксированы в латеральных и задних сегментах сустава, в особенности в поверхностной зоне хряща, что может быть связано с более выраженной гетерогенностью МР-сигнала в этих отделах и меньшей толщиной суставного хряща. В ряде исследований также отмечалось снижение воспроизводимости T2-показателей в задних сегментах мыщелков бедренной кости и в латеральных отделах, где ICC варьировал от 0,27 до 0,76 при ручной оценке, при этом в более воспроизводимых зонах — таких, как медиальные и центральные отделы — ICC достигал 0,8–0,9, что сопоставимо с нашими значениями [14, 20].

К ограничениям данного исследования следует отнести небольшой объем выборки, ручную сегментацию коленного сустава и методику измерения показателей времени Т2-релаксации суставного хряща.

Заключение

Мы определили ориентировочные нормативные значения времени Т2-релаксации в разных зонах суставного хряща и анатомических сегментах коленного сустава при обследовании здоровых добровольцев на магнитно-резонансном томографе General Electric 3.0 T. Наибольшие абсолютные значения времени T2-релаксации были зафиксированы в поверхностной зоне суставного хряща бедренной кости, а наименьшие — в базальной зоне хряща большеберцовой кости. Дополнительно проведена оценка воспроизводимости измерений времени Т2-релаксации между наблюдателями — значения коэффициента внутриклассовой корреляции (ICC(2,k)) варьировали от 0.395 до 0.932, демонстрируя от умеренной до высокой степени согласованности между экспертами в зависимости от зоны суставного хряща и сегмента сустава.

С практической точки зрения, на фоне устойчивых закономерностей и высокой воспроизводимости измерений в большинстве зон, можно рекомендовать использование для анализа в первую очередь передних и центральных сегментов мыщелков бедренной и большеберцовой костей, где показатели наиболее стабильны. В то же время зоны с высокой вариабельностью значений (например, задний отдел медиального мыщелка) могут быть исключены из рутинного анализа ввиду ограниченной информативности и потенциальной сложности измерений.

Вклад авторов. Мячин Д.В.: сбор и обработка информации, первичный анализ материала, написание исходного текста; Розенгауз Е.В.: научное руководство, итоговые выводы; Мосина М.М.: статистическая обработка; Бурулев А.Л.: статистическая обработка; Ицкович И.Э.: концепция исследования.

Финансирование. Это исследование не получило внешнего финансирования.

Декларация об этике. Исследование было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрено Локальным Этическим комитетом ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России (протокол №10 от 11.10.2023 г.).

Заявление об информированном согласии. Информированное согласие было получено от всех субъектов, участвующих в исследовании.