ORIGINALARBEIT
Comparison of multiple quantitative MRI parameters for characterization of the goat cartilage in an ongoing osteoarthritis: dGEMRIC, T and sodiumVergleich mehrerer quantitativer MRT-Parameter zur Charakterisierung des Ziegenknorpels während einer fortschreitenden Arthrose: dGEMRIC, T und Natrium

https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2015.11.004Get rights and content
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Abstract

Rationale and Objectives

Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease leading to cartilage deterioration by loss of matrix, fibrillation, formation of fissures, and ultimately complete loss of the cartilage surface. Here, three magnetic resonance imaging (MRI) techniques, dGEMRIC (delayed Gadolinium enhanced MRI of cartilage; dG1=T1,post; dG2=1/T1,post-1/T1,pre), T,and sodium MRI, are compared in a preclinical in vivo study to evaluate the differences in their potential for cartilage characterization and to establish an examination protocol for a following clinical study.

Materials and Methods

OA was induced in 12 caprine knees (6 control, 6 therapy). Adipose derived stem cells were injected afterwards as a treatment. The animals were examined healthy, 3 and 16 weeks postoperatively with all three MRI methods.

Using statistical analysis, the OA development and the degree of correlation between the different MRI methods were determined.

Results

A strong correlation was observed between the dGEMRIC indices dG1 and dG2 (r=–0.87) which differ only in considering or not considering the T1 baseline. Moderate correlations were found between T and dG1 (r=0.55), T and dG2 (r=0.47) and at last, sodium and dG1 (r=0.45).

The correlations found in this study match to the biomarkers which the methods are sensitive to.

Conclusion

Even though the goat cartilage is significantly thinner than the human cartilage and even more in a degenerated cartilage, all three methods were able to characterize the cartilage over the whole period of time during an ongoing OA.

Due to measurement and post processing optimizations, as well as the correlations detected in this work, the overall measurement time in future goat studies can be minimized. Moreover, an examination protocol for characterizing the cartilage in a clinical study was established.

Zusammenfassung

Einleitung und Problemstellung

Die Arthrose ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die zu einem Knorpelverschleiß führt. Dies beinhaltet den Umbau der strukturellen Zusammensetzung, wie die Auffaserung der Oberfläche, Fibrillation bis hin zu tiefen Fissuren oder dem kompletten Verlust des Knorpels. In dieser Arbeit werden drei Magnetresonanztomographische (MRT) Methoden – dGEMRIC (verzögerte und durch Gadolinium verstärkte MRT des Knorpels; dG1=T1,post; dG2=1/T1,post-1/T1,pre), T, und Natrium-MRT – in einer präklinischen In-vivo-Studie miteinander verglichen, um deren Potential zur Knorpelcharakterisierung zu evaluieren und ein Untersuchungsprotokoll für eine klinische Folgestudie zu etablieren.

Material und Methoden

12 Ziegen (6 Therapie-, 6 Kontrollgruppe) wurden eine Arthrose im Kniegelenk induziert. Der Therapiegruppe wurden aus Fettgewebe gewonnene Stammzellen als Therapie re-injiziert. Alle Tiere wurden gesund, 3 und 16 Wochen nach der Operation mit allen drei MRT-Methoden untersucht.

Mit statistischen Analysen wurden die Entwicklung der Arthrose und das Maß der Korrelation zwischen den einzelnen MRT-Methoden bestimmt.

Ergebnisse

Zwischen den beiden dGEMRIC-Indizes dG1 und dG2, die sich in der Berücksichtigung einer T1-Normierung unterscheiden, wurde eine starke Korrelation festgestellt (r=–0.87). Des Weiteren ergaben sich moderate Korrelation zwischen T und dG1 (r=0.55), T und dG2 (r=0.47) und zuletzt Natrium und dG1 (r=0.45).

Zusammenfassung

Obwohl der Ziegenknorpel signifikant dünner ist als beim Menschen und das Volumen des Ziegenknorpels während einer Arthrose noch zusätzlich abnimmt, konnte der Knorpel mit allen drei MRT-Methoden über die gesamte Studiendauer charakterisiert werden.

Durch Optimierungen von Messung und Nachbearbeitung sowie die in dieser Arbeit ermittelten Korrelationen kann die Gesamtmesszeit in zukünftigen Ziegenstudien minimiert werden. Weiterhin konnte ein Untersuchungsprotokoll zur Knorpelcharakterisierung für eine klinische Studie etabliert werden.

Keywords

Osteoarthritis
cartilage
MRI
preclinical study

Schlüsselwörter

Arthrose
Knorpel
MRT
präklinische Studie

Cited by (0)

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J.H.X. Schrauth and G. Lykowsky contributed equally to this work.