Ex-vivo-Untersuchungen zum Nachweis von Knorpeldefekten im Kniegelenk des Hundes mit der Hochfeld-Magnetresonanztomographie^[*]

Zusammenfassung

Gegenstand und Ziel: Das Ziel dieser Studie bestand zum einen darin, herauszufinden, bis zu welcher minimalen Größe sich Knorpeldefekte sicher mithilfe der Hochfeld-Magnetresonanztomographie identifizieren lassen. Zum anderen sollte ein Untersuchungsprotokoll erstellt werden, mit dem die standardisierten Knorpeldefekte optimal dargestellt werden können. Material und Methodik: An den Femurkondylen von euthanasierten Hunden mit mindestens 25 kg Körpermasse wurden 84 standardisierte Knorpeldefekte angebracht. Der Durchmesser der Defekte lag im Bereich von 1 mm bis 5 mm, die Tiefe variierte zwischen 1 mm und 0,3 mm. Als Untersuchungssequenzen dienten eine T1-FLASH-3D-WE-Sequenz mit isotroper Voxelgröße von 0,5 x 0,5 x 0,5 mm und eine T1-FLASH-3D-WE-Sequenz mit anisotroper Voxelgröße von 0,3 x 0,3 x 0,8 mm. Zusätzlich zur quantitativen Auswertung der Knorpeldefekte wurden die Knorpeldicke, Signalintensitäten, Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse bestimmt. Ergebnisse: Mit der anisotropen Sequenzeinstellung wurden mehr Knorpeldefekte identifiziert als mit der isotropen Darstellung. Knorpeldefekte mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Tiefe von 0,4 mm waren nur mit den anisotropen Sequenzparametern zuverlässig nachweisbar. Knorpeldefekte, die unter dieser Größe lagen, konnten nicht sicher identifiziert werden. Schlussfolgerung und klinische Relevanz: Für eine optimale Abgrenzung von kleineren Gelenkknorpeldefekten erwies sich eine bessere In-Plane-Auflösung mit einer höheren Schichtdicke, so wie mit der hier verwendeten anisotropen Sequenz, als überlegen. Zur Darstellung größerer Defekte lassen sich beide Einstellungen der T1-FLASH-3D-WE-Sequenz mit guten Resultaten einsetzen.

Summary

Objective: The aim of our study was to implement and test an imaging protocol for the detection and evaluation of standardised cartilage defects using high-field magnetic resonance imaging (MRI) and to determine its limitations. Material and method: A total of 84 cartilage defects were created in the femoral condyles of euthanized dogs with a minimum body mass of 25 kg. The cartilage defects had a depth of 0.3 to 1.0 mm and a diameter of 1 to 5 mm. T1-FLASH-3D-WE-sequences with an isotropic voxel size of 0.5 x 0.5 x 0.5 mm and an anisotropic voxel size of 0.3 x 0.3 x 0.8 mm were used. In addition to quantitative evaluation of the cartilage defects, the signal intensities, signal-to-noise ratios and contrast-to-noise ratios of the cartilage were determined. Of special interest were the limitations in identifying and delineating the standardised cartilage defects. Results: With the anisotropic voxel size, more cartilage defects were detectable. Our results demonstrated that cartilage defects as small as 3.0 mm in diameter and 0.4 mm in depth were reliably detected using anisotropic settings. Cartilage defects below this size were not reliably detected. Conclusion and clinical relevance: We found that for optimal delineation of the joint cartilage and associated defects, a higher in-plane resolution with a larger slice thickness should be used, corresponding to the anisotropic settings employed in this study. For the delineation of larger cartilage defects, both the anisotropic and isotropic imaging methods can be used.

Schlüsselwörter

Knorpel - T1-FLASH-3D-WE - Femurkondylen - standardisierte Knorpeldefekte - MRT

Key words

Cartilage - T1-FLASH-3D-WE - femoral condyles - standardised cartilage defects - MRI

^* Teile dieser Studie wurden präsentiert beim 13. ESVOT Congress, 7.–10. September 2006 in München, und beim Annual Meeting of the European Association of Veterinary Diagnostic Imaging and the European College of Veterinary Diagnostic Imaging, 29. August bis 1. September 2007 in Porto Carras, Chalkidiki, Griechenland.

• Literatur

• 1 Assheuer J, Sager M. Principles of Imaging Techniques. In: MRI and CT Atlas of the Dog. Assheuer J, Sager M. eds. Berlin: Blackwell; 1997: 228-247.
• 2 Cova M, Toffanin R. MR microscopy of hyaline cartilage: current status. Eur Radiol 2002; 12 (04) 814-23.
• 3 Daenen BR, Ferrara MA, Marcelis S, Dondelinger RF. Evaluation of patellar cartilage surface lesions: comparison of CT arthrography and fat-suppressed FLASH 3D MR imaging. Eur Radiol 1998; 08 (06) 981-985.
• 4 Disler DG, McCauley TR, Kelman CG, Fuchs MD, Ratner LM, Wirth CR. et al. Fat-suppressed three-dimensional spoiled gradient-echo MR imaging of hyaline cartilage defects in the knee: comparison with standard MR imaging and arthroscopy. Am J Roentgenol 1996; 167 (01) 127-132.
• 5 Disler DG, McCauley TR, Wirth CR, Fuchs MD. Detection of knee hyaline cartilage defects using fat-suppressed three-dimensional spoiled gradientecho MR imaging: comparison with standard MR imaging and correlation with arthroscopy. Am J Roentgenol 1995; 165 (02) 377-382.
• 6 Disler DG, Recht MP, McCauley TR. MR imaging of articular cartilage. Skeletal Radiol 2000; 29 (07) 367-377.
• 7 Drape JL, Pessis E, Sarazin L, Minoui A, Godefroy D, Chevrot A. MRI and articular cartilage. J Radiol 1998; 79 (05) 391-402.
• 8 Fischbach F, Bruhn H, Unterhauser F, Ricke J, Wieners G, Felix R. et al. Magnetic resonance imaging of hyaline cartilage defects at 1.5T and 3.0T: comparison of medium T2-weighted fast spin echo, T1-weighted twoimensional and three-dimensional gradient echo pulse sequences. Acta Radiol 2005; 46 (01) 67-73.
• 9 Flatz K. Ex vivo Untersuchungen zum Nachweis von Knorpeldefekten im Kniegelenk des Hundes mit der Hochfeld-Magnetresonanztomographie. Diss, Ludwig-Maximilians-Universität München. 2006
• 10 Ghosh P, Wells C, Smith M, Hutadilok N. Chondroprotection, myth or reality: an experimental approach. Semin Arthritis Rheum 1990; 19 (04) Suppl (Suppl. 01) 3-9.
• 11 Glaser C, Faber S, Eckstein F, Fischer H, Springer V, Heudorfer L. et al. Optimization and validation of a rapid high-resolution T1-w 3D FLASH water excitation MRI sequence for the quantitative assessment of articular cartilage volume and thickness. Magn Reson Imaging 2001; 19 (02) 177-185.
• 12 Gold GE, McCauley TR, Gray ML, Disler DG. What’s new in cartilage?. Radiographics 2003; 23 (05) 1227-1242.
• 13 Hodler J, Berthiaume MJ, Schweitzer ME, Resnick D. Knee joint hyaline cartilage defects: a comparative study of MR and anatomic sections. J Comput Assist Tomogr 1992; 16 (04) 597-603.
• 14 Imhof H, Nobauer-Huhmann IM, Krestan C, Gahleitner A, Sulzbacher I, Marlovits S. et al. MRI of the cartilage. Eur Radiol 2002; 12 (11) 2781-2793.
• 15 Olive J. Distal interphalangeal articular cartilage assessment using low-field magnetic resonance imaging. Vet Radiol Ultrasound 2010; 51 (03) 259-266.
• 16 Olive J, D’Anjou MA, Girard C, Laverty S, Theoret C. Fat-suppressed spoiled gradient-recalled imaging of equine metacarpophalangeal articular cartilage. Vet Radiol Ultrasound 2010; 51 (02) 107-115.
• 17 Recht MP, Kramer J, Marcelis S, Pathria MN, Trudell D, Haghighi P. et al. Abnormalities of articular cartilage in the knee: analysis of available MR techniques. Radiology 1993; 187 (02) 473-478.
• 18 Schramme M, Kerekes Z, Hunter S, Nagy K, Pease A. Improved identification of the palmar fibrocartilage of the navicular bone with saline magnetic resonance bursography. Vet Radiol Ultrasound 2009; 50 (06) 606-614.
• 19 Schuller S. Magnetresonanztomographische Darstellung des Gelenkknorpels am Schulter-und Ellenbogengelenk des Hundes. Diss. Ludwig-Maximilians-Universität München. 2003
• 20 Speer KP, Spritzer CE, Goldner JL, Garrett Jr WE. Magnetic resonance imaging of traumatic knee articular cartilage injuries. Am J Sports Med 1991; 19 (04) 396-402.
• 21 Trattnig S, Huber M, Breitenseher MJ, Trnka HJ, Rand T, Kaider A. et al. Imaging articular cartilage defects with 3D fat-suppressed echo planar imaging: comparison with conventional 3D fat-suppressed gradient echo sequence and correlation with histology. J Comput Assist Tomogr 1998; 22 (01) 8-14.
• 22 Vlaardingerbroek M, den Boer J. Magnetresonanzbildgebung: Theorie und Praxis, 3. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer; 2004
• 23 Waldschmidt JG, Rilling RJ, Kajdacsy-Balla AA, Boynton MD, Erickson SJ. In vitro and in vivo MR imaging of hyaline cartilage: zonal anatomy, imaging pitfalls, and pathologic conditions. Radiographics 1997; 17 (06) 1387-1402.
• 24 Werpy NM, Ho CP, Pease AP, Kawcak CE. The effect of sequence selection and field strength on detection of osteochondral defects in the metacarpophalangeal joint. Vet Radiol Ultrasound 2011; 52 (02) 154-160.
• 25 Yulish BS, Montanez J, Goodfellow DB, Bryan PJ, Mulopulos GP, Modic MT. Chondromalacia patellae: assessment with MR imaging. Radiology 1987; 164 (03) 763-766.