Dreidimensionale Dicken- und Volumenbestimmung des Kniegelenkknorpels in der MRT: Validierung am anatomischen Präparat mittels CT-Arthrographie

Zusammenfassung

Ziel: In der vorliegenden Studie sollen dreidimensionale Volumen- und Dickenmessungen des Kniegelenkknorpels mittels MRT validiert werden. Methoden: An 10 frischen Kniegelenkspräparaten (Alter 29-64 Jahre) wurden mit einer hochauflösenden, fettunterdrückten FLASH-3D-Sequenz sagittale Schnittbilder mit einer Auflösung von 2 × 0,31 × 0,31 mm³ angefertigt. Anschließend wurde eine sagittale CT-Kontrastmittelarthrographie durchgeführt. Aus beiden Verfahren wurden die patellaren, femoralen und tibialen Gelenkknorpel halbautomatisch segmentiert und dreidimensional rekonstruiert. Die Dicke wurde dann unabhängig von der Schichtführung auf Basis eines „Minimal-Distanz-Algorithmus” bestimmt. Ergebnisse: Die Volumenwerte und regionalen Knorpeldickenverteilungen wiesen im direkten Vergleich beider Verfahren ein hohes Maß an Übereinstimmung auf. Der mittlere Betrag der Abweichung der Volumina betrug 3,8 % (± 3,0 %), die Korrelation 0,998, die Steigung der Regressionsgeraden 1,04 und deren y-Achsabschnitt -80 mm³. Die Analyse ergab an Patella, Femur, medialer und lateraler Tibia keine signifikante Abweichung der Volumina (Wilcoxon-Paardifferenztest, Signifikanzniveau 5 %). Schlußfolgerung: Die Ergebnisse legen nahe, daß bei Verwendung einer fettunterdrückten FLASH-Sequenz mit hoher Auflösung und dreidimensionaler Bildverarbeitungsmethoden sowohl das Knorpelvolumen wie auch die Knorpeldicke mittels MRT nichtinvasiv und mit großer Genauigkeit bestimmt werden können.

Summary

Purpose: In the present study we intended to validate knee joint cartilage volume and thickness measurements with MRI. Methods: Ten fresh cadaver knees (age 29 to 64 yrs.) were sagitally imaged, using a fat-suppressed FLASH-3D sequence with a resolution of 2 × 0,31 × 0,31 mm³. Then, a contrast agent was injected and the specimens submitted to CT arthrography. From both modalities the patellar, femoral, and tibial cartilages were segmented semiautomatically and reconstructed three-dimensionally. The cartilage thickness was determined independently of the sectional plane, based on a „minimal distance algorithm”. Results: The volumes and the regional distribution patterns yielded a very high degree of similarity on direct comparison of both imaging modalities. The average volume error between MRI and CT was 3.8 % (± 3.0 %), the correlation 0.998, the slope of the regression line 1.04 and the y-intercept -80 mm³. The analysis yielded no significant differences between the two methods (Wilcoxon signed rank test, 5 % level) in the patella, femur, medial, and lateral tibia. Conclusion: The results suggest that, based on a fat-suppressed FLASH sequence with high resolution and three-dimensional concepts of digital image analysis, the cartilage volume and thickness can be analysed non-invasively and with high accuracy by MRI.

Schlüsselwörter:

Gelenkknorpel - Magnetresonanztomographie - Knorpeldicke - Dreidimensionale Rekonstruktion - CT-Arthrographie

Key words:

Articular cartilage - Magnetic resonance imaging - Cartilage thickness - Three-imensional reconstruction - CT arthrography