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उपास्थि अध: पतन ऑस्टियोआर्थराइटिस के रोगजनन को कम करता है, जो दुनिया भर में 500 मिलियन लोगों को प्रभावित करता है। हाल तक, चिकित्सक केवल कार्टिलेज क्षति का पता लगा सकते हैं जब यह अपरिवर्तनीय संरचनात्मक हानि के लिए उन्नत हो गया था। पारंपरिक रेडियोग्राफी संयुक्त स्थान को पर्याप्त कार्टिलेज thinning के बाद ही संकीर्ण दिखाता है; यहां तक कि मानक एमआरआई अनुक्रम अक्सर प्रारंभिक जैव रासायनिक परिवर्तन को याद करते हैं जो कि आकृति विज्ञान दोषों को पूर्व निर्धारित करते हैं। इस नैदानिक अंतर ने मस्कुलोस्केलेटल एमआरआई में नवाचार की लहर को एक प्रतिवर्ती या संशोधित चरण पर कार्टिलेज गिरावट की पहचान करने के उद्देश्य से प्रेरित किया है।

प्रारंभिक पहचान नैदानिक रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि वजन प्रबंधन, फिजियोथेरेपी, इंजेक्शन योग्य विस्कोसप्लमेंट्स और जैविक उपचार (जैसे, प्लेटलेट समृद्ध प्लाज्मा या मेसेन्चाइमल स्टेम सेल) जैसे हस्तक्षेपों का पूर्ण-मोटाई दोष विकसित होने से पहले सबसे बड़ा प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, रोग-संशोधित ऑस्टियोआर्थराइटिस दवाओं के लिए नैदानिक परीक्षणों को उपचार प्रभाव को मापने के लिए संवेदनशील जैव-मार्कर की आवश्यकता होती है। नीचे वर्णित नवाचारों को कार्टिलेज स्वास्थ्य के लिए एक मात्रात्मक आणविक सेंसर में एमआरआई को एक परमाणु मानचित्रण उपकरण से बदल दिया जाता है।

प्रौद्योगिकीय प्रगति ड्राइविंग संवेदनशीलता

हाई-फील्ड और अल्ट्रा हाई-फील्ड MRI

मानक नैदानिक MRI स्कैनर 1.5 टेस्ला (T) पर काम करते हैं। 3 T स्कैनर का व्यापक गोद लेने से संकेत-to-noise अनुपात दोगुना हो गया है, जो आइसोट्रॉपिक उप-मिलीमीटर रिज़ॉल्यूशन को सक्षम करता है जो आर्टिकुलर कार्टिलेज के सतही और गहरे क्षेत्रों को हल कर सकता है। उदाहरण के लिए, उच्च क्षेत्र इमेजिंग प्रारंभिक सतह के फ़ाइब्रिलेशन और सूक्ष्म फ़ाइशों को पहचान सकता है जो कम क्षेत्र की ताकत पर अदृश्य रहते हैं। हाल ही में, 7 T और अति उच्च क्षेत्र MRI [FLT: 3]] - अब विशेष अनुसंधान केंद्र में उपलब्ध है।

मात्रात्मक इमेजिंग अनुक्रम

मानक MRI गुणात्मक, भारित छवियों को प्रदान करता है जो विषयपरक व्याख्या पर निर्भर करती हैं। मात्रात्मक अनुक्रम ऊतक गुणों को संख्यात्मक मान देते हैं, जिससे प्रारंभिक जैव रासायनिक व्यवस्था का उद्देश्य पता लगाया जा सकता है। सबसे नैदानिक रूप से मान्य तकनीकें हैं:

  • ]T2 मैपिंग - पानी की सामग्री और कोलेजन एनोट्रोपी उपाय। Elevated T2 विश्राम समय वृद्धि हुई पानी की गतिशीलता को इंगित करता है, जो तब होता है जब कोलेजन नेटवर्क समझौता होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि T2 मैपिंग पारंपरिक MRI पर किसी भी रूपात्मक परिवर्तन के आने से पहले उपास्थि क्षति वर्षों का पता लगा सकता है।
  • T1rho imaging - प्रोटोग्लिकन (aggrecan) depletion के प्रति संवेदनशील, प्रारंभिक ऑस्टियोआर्थराइटिस का एक हॉलमार्क। T1rho विश्राम समय मैक्रोमोलेक्यूलर संरचना गिरावट के रूप में बढ़ता है। नैदानिक परीक्षणों तेजी से एक प्राथमिक समापन बिंदु के रूप में T1rho का उपयोग करते हैं।
  • ]:Delayed Gadolinium-वर्धित MRI of Cartilage (dGEMRIC) - नकारात्मक रूप से चार्ज विपरीत एजेंट (gadopentetate dimeglumine) के वितरण को मैप करके ग्लाइकोसैमिनोग्लिक (GAG) सामग्री को क्वांटिफाइड करता है। कार्टिलेज में T1 मान GAG एकाग्रता को प्रतिबिंबित करते हैं; निचले T1 मान निष्क्रिय GAG इंगित करते हैं। जबकि आक्रामक और समय-गहन (वि विपरीत इंजेक्शन और 90 मिनट की देरी) DGEMRIC उपास्थि जैव रासायनिक स्थिति के लिए एक सोने का मानक संदर्भ बना रहता है।
  • ]Sodium imaging - प्रत्यक्ष रूप से ना + आयन एकाग्रता को मापता है, जो GAG सामग्री के समान है। क्योंकि सोडियम MRI exogenous विपरीत से बच जाता है और 23Na nucleus के quadrupolar गुणों का शोषण करता है, यह dGEMRIC के लिए एक गैर इनवेसिव विकल्प प्रदान करता है। हालांकि, कम SNR लंबे अधिग्रहण समय की मांग करता है, जो अनुसंधान सेटिंग्स के लिए नैदानिक गोद लेने को सीमित करता है।

एक और उभरते अनुक्रम है अल्ट्राशॉर्ट इको टाइम (UTE) इमेजिंग, जो कोलेजन फाइबर के पास अत्यधिक बाध्य पानी से और कैल्सीफाइड कार्टिलेज-उपचंद्रीय हड्डी इंटरफ़ेस से संकेत प्राप्त करता है। यूटीई प्रारंभिक कैल्सीफाइड कार्टिलेज परिवर्तनों का पता लगा सकता है जो पारंपरिक अनुक्रमों के लिए अदृश्य हैं, जो पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस के शुरुआती चरणों में एक खिड़की प्रदान करता है (Osteoarthritis और कार्टिलेज, 2020 में समीक्षा देखें) [[FLT: 3]]।

संरचनात्मक मानचित्रण और पोस्ट-प्रोसेसिंग

आधुनिक स्कैनर विक्रेता-विशिष्ट अनुक्रम (जैसे सीमेंस) MyoMaps, GE's ]Magic, फिलिप्स']transQuant]]) जो स्वचालित रूप से T2, T1rho, और ADC मूल्यों के पैरामीट्रिक मानचित्र उत्पन्न करते हैं। रेडियोलॉजिस्ट संदिग्ध जैव रासायनिक परिवर्तन के क्षेत्रों को दृष्टि से उजागर करने के लिए परमाणु छवियों पर रंग-कोडित मानचित्रों को अधिमानव कर सकते हैं। मशीन-लर्निंग एल्गोरिदम को विभाजित करने के लिए विकसित किया गया है।

रोगी देखभाल पर नैदानिक अनुप्रयोग और प्रभाव

Osteoarthritis जोखिम स्तरीकरण

प्रारंभिक प्रोटोग्लिक हानि या कोलेजन अव्यवस्थापन का पता लगाने के द्वारा, मात्रात्मक एमआरआई रोगियों को त्वरित ऑस्टियोआर्थराइटिस प्रगति के लिए उच्च जोखिम पर पहचान सकता है। उदाहरण के लिए, टी 1rho मैपिंग का उपयोग करके एक अध्ययन में पाया गया कि औसतन महिलाओरल मंडल में उन्नत विश्राम समय वाले विषयों में पांच वर्षों के भीतर रोगसूचक ओए विकसित होने की चार गुना बढ़ गई थी। यह जोखिम स्तरीकरण ऑर्थोपेडिस्टों को आक्रामक जीवनशैली के हस्तक्षेप की शुरूआत करने की अनुमति देता है और संभवतः उपन्यास चिकित्सकीय परीक्षणों में मरीजों को नामांकित करता है।

निगरानी उपचार प्रतिक्रिया

MRI बायोमार्कर का उपयोग कार्टिलेज मरम्मत प्रक्रियाओं (जैसे, ऑटोलॉगस chondrocyte प्रत्यारोपण, ऑस्टियोकॉन्डल मगरमच्छ) और रोग-संशोधित दवाओं की प्रभावशीलता की निगरानी के लिए तेजी से किया जाता है। T2 और T1rho में परिवर्तन मरम्मत ऊतक के भीतर मूल्यों को हिस्टोलॉजिकल गुणवत्ता और दीर्घकालिक graft अस्तित्व के साथ सहसंबंधित किया जाता है। उपचार के बाद T2 विश्राम समय में कमी से मरम्मत ऊतक की परिपक्वता और एकीकरण का सुझाव मिलता है, जबकि एक वृद्धि लगातार नुकसान को इंगित करती है। उपास्थि-विकसित रीटिनोइक एसिड संवेदनशील प्रोटीन (CRTAP) जैसे एजेंटों के लिए नैदानिक परीक्षणों और इन बिंदुओं पर तेजी से प्रतीक्षा करने के लिए प्रतीक्षा करने वाले रेडियो मॉड्यूलेटर।

खेल चिकित्सा और तीव्र चोट

Acute cartilage चोट निम्नलिखित आघात (जैसे, पूर्वकाल क्रूसिएट लिगमेंट टूटना, मानसिक आंसू) नाटकीय रूप से पोस्ट-traumatic osteoarthritis (PTOA) के जोखिम को बढ़ाता है। MRI नवाचार अब "बोन ब्रुज़िंग" और ओकल कार्टिलेज घावों का पता लगाने की अनुमति देते हैं, जो चोट के घंटों के भीतर हो सकता है। उन्नत अनुक्रम जैसे ]GAG-विशिष्ट इमेजिंग [[FLT: 3]] का पता चलता है कि एक दर्दनाक letilsion के निकट भी सामान्य कार्टेज को बायोलॉजिकल रूप से पहचान कर सकता है।

नैदानिक अनुवाद में चुनौतियां और सीमाएं

उनके वादा के बावजूद, इन नवाचारों को कई बाधाओं का सामना करना पड़ता है, इससे पहले कि वे नियमित मस्कुलोस्केलेटल एमआरआई प्रोटोकॉल का हिस्सा बन जाएं:

  • Scan time. कई मात्रात्मक अनुक्रमों को विभिन्न प्रतिध्वनि समय पर एकाधिक अधिग्रहण की आवश्यकता होती है, जो 45 मिनट से अधिक की कुल परीक्षा अवधि को धक्का देती है। यह सीमा थ्रूपुट और गति कलाकृतियों को बढ़ाता है।
  • Standardization. T2 और T1rho मूल्यों स्कैनर निर्माताओं, फील्ड ताकत और अनुक्रम मापदंडों के बीच भिन्न होते हैं। मल्टीसेंटर परीक्षणों को डेटा के पूलिंग की अनुमति देने के लिए सावधानीपूर्वक क्रॉस-कैलिब्रेशन (phantom स्कैनिंग) की आवश्यकता होती है।
  • Contrast एजेंट उपलब्धता और सुरक्षा. dGEMRIC को अंतःशिरा गाडोलिनियम की आवश्यकता होती है; हाल ही में मस्तिष्क में गैडोलिनियम जमावट के बारे में चिंताओं ने इसके नैदानिक उपयोग को कम कर दिया है। सोडियम इमेजिंग में विशेष आरएफ कॉइल्स और अनुक्रमों को व्यापक रूप से उपलब्ध नहीं है।
  • ]इंटरप्रिटेशन विशेषज्ञता. क्वांटिटेटिव मैप्स कई रेडियोलॉजिस्टों के लिए अप्रसन्न हैं। व्यापक गोद लेने के लिए स्वचालित विश्लेषण टूल का प्रशिक्षण और एकीकरण आवश्यक है।
  • Cost. उच्च क्षेत्र और अति उच्च क्षेत्र प्रणाली और विशेष अनुक्रमों MRI लागत में वृद्धि, जो इस संकेत के लिए तीसरे पक्ष के पेयर्स द्वारा पुनः प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

ऑनगोइंग रिसर्च का उद्देश्य इन सीमाओं को संबोधित करना है। संपीड़ित संवेदन और parallel इमेजिंग त्वरण सटीकता में महत्वपूर्ण समझौता किए बिना 50% तक समय स्कैन कर सकते हैं। विक्रेता-न्यूट्रल phantoms और पोस्ट-प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर को साइटों पर मात्रात्मक मूल्यों को नुकसान पहुंचाने के लिए मान्य किया जा रहा है ](CibA प्रोफाइल for Cartilage T2 MRI) ].

भविष्य निर्देश: आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस और परे

एआई-सहायता प्राप्त व्याख्या

हजारों मात्रात्मक एमआरआई डाटासेट पर प्रशिक्षित डीप लर्निंग एल्गोरिदम अब विशेषज्ञ मैनुअल ट्रेसिंग के बराबर सटीकता के साथ कार्टिलेज और हड्डी को स्वचालित रूप से विभाजित कर सकते हैं। अधिक उन्नत मॉडल अकेले मानक रूप से occult कार्टिलेज गिरावट की भविष्यवाणी करते हैं, प्रभावी रूप से आभासी जैव रासायनिक मार्कर के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में विकसित एक संवैधानिक तंत्रिका नेटवर्क (CNN), सैन फ्रांसिस्को नियमित 2D sagittal proton-density-weighted अनुक्रमों पर प्रारंभिक कार्टिलेज गिरावट की पहचान कर सकते हैं, जो कई मामलों में लंबे मात्रात्मक अधिग्रहण की आवश्यकता को दर्शाता है

हाइपरपोराइज्ड और केमिकल एक्सचेंज संतृप्ति ट्रांसफर (CEST) इमेजिंग

हाइपरपोराइज्ड 13 C MRI वास्तविक समय में उपास्थि में चयापचय प्रक्रियाओं का पता लगा सकता है, संभावित रूप से प्रारंभिक माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन और ऑक्सीडेटिव तनाव का पता लगा सकता है जो मैट्रिक्स गिरावट को पूर्वजित करता है। इसी तरह, ग्लाइकोसैमिनोग्लिकान (GAG) -CEST] इमेजिंग ने बिना किसी विषम एजेंटों के विपरीत विपरीत उत्पादन के लिए थोक पानी और GAG हाइड्रॉक्सिल समूहों के बीच प्रोटॉन के आदान-प्रदान का फायदा उठाया है। प्रीक्लिनिकल अध्ययनों ने प्रदर्शन किया है कि GAG-CEST प्रारंभिक प्रोटोग्लिक हानि को विवो में पता लगाया जा सकता है, और मानव अनुवाद के तहत है।

पोर्टेबल और समर्पित एक्सट्रीमिटी MRI

कम क्षेत्र (0.25 टी से 1.0 टी) पोर्टेबल एमआरआई स्कैनर जो कि चरमपंथियों के लिए डिज़ाइन किया गया है वह अधिक कॉम्पैक्ट और सस्ती हो रहा है। जबकि उनके पास 3 टी सिस्टम के रिज़ॉल्यूशन की कमी है, उन्हें बाहरी क्लीनिक, खेल चिकित्सा कार्यालयों और यहां तक कि स्क्रीनिंग के लिए मोबाइल वैन में तैनात किया जा सकता है। कम क्षेत्र के लिए अनुकूलित मात्रात्मक अनुक्रमों के अलावा, ये उपकरण प्रारंभिक उपास्थि अध: पतन का पता लगाने के लिए पहुंच को लोकतांत्रिक बना सकते हैं, खासकर underserved क्षेत्रों में।

निष्कर्ष

MRI में नवाचारों ने जैव रासायनिक और कार्यात्मक मूल्यांकन के लिए सरल परमाणु डीई pictations से परे क्षेत्र को स्थानांतरित कर दिया है। उच्च क्षेत्र प्रणाली, मात्रात्मक अनुक्रम जैसे कि T2 मैपिंग और T1rho, और उभरती हुई तकनीक जैसे सोडियम इमेजिंग और CEST ऐसे शक्तिशाली उपकरणों के साथ चिकित्सकों को प्रदान करते हैं ताकि प्रारंभिक उपास्थि अधी संरचनात्मक हानि होने से पहले प्रारंभिक पता लगाया जा सके। प्रारंभिक पता लगाना व्यक्तिगत, सक्रिय हस्तक्षेप के लिए द्वार खुलता है जो ऑस्टियोआर्थराइटिस लक्षणों की शुरुआत में देरी या रोक सकता है। चूंकि कृत्रिम बुद्धि समय को स्कैन करती है और पुनरुत्थान में सुधार करती है, और पोर्टेबल स्कैनर इस तकनीक को देखभाल के बिंदु तक पहुंचाने से पहले तेजी से निष्क्रिय हो जाता है।