УДК: 616.72-018.35: 616.72-007.248:543.456+539.211

Кабалык М.А.

ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Владивосток. 69002, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пр-т. Острякова, дом 2

Возможности аналитического протокола WORMS в диагностике остеоартрита коленного сустава

Резюме. Цель исследования. Изучение возможно- стей аналитического протокола WORMS в диагностике остеоартрита (ОА) коленного сустава в сравнении со стандартным подходом в оценке МРТ.

Ключевые слова: остеоартрит, остеоартроз, МРТ, WORMS, субхондральная кость, хрящ.

Контактное лицо:

Кабалык Максим Александрович

к.м.н., ассистент института терапии и инструментальной диагностики ФГБОУ ВО "Тихоокеанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации. 690002, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пр-т острякова, д.2. тел.: +7 (964) 439-79-27. e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

KABALYK M.A.

Pacific State Medical University Ministry of Health of the Russian Federation, Vladivostok. 69002, Primorsky region, Vladivostok, 2 Ostryakova pr. Russia.

Possibilities of the analytical protocol WORMS in the diagnosis of osteoarthritis of the knee joint

 Abstract. Aim. The study of the capabilities of the analytical protocol WORMS in the diagnosis of osteoarthritis (OA) of the knee in comparison with the standard approach in the evaluation of MRI.

Keywords: osteoarthritis, MRI, WORMS, subchondral bone, cartilage.

For contact:

Kabalyk A. Maksim

Candidate of Medical Sciences, Assistant of the Institute of Therapy and Instrument Diagnostics of Pacific State Medical University. Address: 690002, ave. Ostryakova, 2, Vladivostok, Russia.

Phone: +7 (964) 439-79-27. E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В соответствии с современными представлениями, остеоартрит (ОА) принято рассматривать как гетерогенное заболевание, поражающее синовиальные суставы, характеризующиеся развитием клеточного стресса и деградацией внеклеточного матрикса, вследствие активации неадаптивных репаративных ответов на внешние факторы, включая провоспалительные пути врожденного иммунитета [10]. Гетеро- генность и совокупность факторов патогенеза обусловливает структурное ремоделирование тканей суставов, идентификация которых является основой современной диагностики ОА [1, 2].

Несмотря на широкое внедрение в клиническую практику компьютерной и магнитно-резонансной томографии (МРТ) стандартная рентгенография остаётся ключевым методом диагностики остеоартрита [9]. К причинам, препятствующим внедрению современных методов визуализации в диагностику ОА, относят использование описательных методов анализа томограм, зависящих от опыта и квалификации рентгенолога, времени просмотра изображений, субъективной трактовки выявленных изменений [4, 8]. При высокой стоимости оборудования МРТ по диагностической ценности не превосходит рентгенографию [11]. С другой стороны, МРТ представляет ценный инструмент визуализации субхондральной кости (СХК), суставного хряща (СХ), свя- зок и других мягкотканых структур суставов. МРТ даёт возможность изучать ремоделирование тканей суставов, в том числе и на микро- структурном уровне [6].

Расширение диагностического потенциала МРТ может быть связано с внедрением инструментов количественного и полуколичественного анализа магнитно-резонансных изображений (МР- изображений) [14]. С этой целью был создан аналитический прото- кол оценки МР-изображений всего органа (whole-organ magnetic resonance imaging score – WORMS), обеспечивающий оценку всех структур коленного сустава в 14 сегментах [13]. Данный подход обе- спечивает строгую сегментацию изображений, выбор проекции и уровня среза, обеспечивает полу- количественную бальную оценку выявленных изменений. С другой стороны, практическое применение WORMS отличается чрезвычайной трудоёмкостью и избыточным количеством низко информативных параметров. Проведённые морфологические сопоставления установили, что результаты оценки МРТ с помощью WORMS сопоставимы с некоторыми ультраструктурными признаками ОА [14]. Таким образом, применение данного подхода может стать новым инструментом для диагностики ОА. Однако требуется валидация используемых шкал, удовлетворяющих реальным практическим потребностям, изучение диагностических возможностей WORMS при остеоартрите коленного сустава.

Цель исследования: изучить возможности аналитического про- токола WORMS в диагностике остеоартрита коленного сустава в сравнении со стандартным подходом в оценке МРТ.

Материалы и методы. В ревматологическом  кабинете КГБУЗ «Владивостокская поликлиника №3» было обследовано 62 больных ОА в возрасте 65,9±8,8 лет. Диагноз был верифицирован в соответствии с критериями OARSI 2015 г. [9]. В качестве контрольной группы в исследование включено 8 добровольцев без клинических и рентгенологическихпризнаковОАв возрасте 60,7±7,9 лет. Группыбыли сопоставимыпополуивозрасту (z=1,6, p=0,1). Клиническая характеристика пациентовпредставлена в таблице 1. Критерии исключения: онкологические заболевания, микрокристаллические артропатии, системные заболевания соединительной ткани, включая ревматоидныйартрит,травмыколенныхсуставов, длительная иммобилизация впериод24месяцадовключенияв исследование, переломы мыщелков бедренных и проксимального отдела большеберцовых костей, отсутствиесогласиянаучастиевис- следовании. Все пациентыподписывали информированное согласие на участие в исследовании. Протокол исследования был одобрен междисциплинарным комитетом поэтикеФГБОУВОТГМУМинздраваРоссии.

Всем пациентам, включенным в исследование, выполнена МРТ коленных суставов на высокопольном томографе Siemens Magnetom Symphony с напряженностью магнитного поля 1,5 Тесла. Для оценки изменений костной ткани использованы T1-взвешенные изображения с жироподавлением (T1). Для оценки хрящевой ткани использованы изображения взвешенные по протонной плотности с подавлением жира (proton density fat saturated - PDFS). Анализ МРТ проводили независимо два опытных врача-рентгенолога. Для оценки МР-изображений коленного сустава были использованы два аналитических подхода: стандартный описательный метод, в рамках которого отражали толщину сустав- ного хряща, размер кист Бейкера (при наличии) и поперечный размер субхондральных кист. В рамках другого подхода применяли полуколичественные измерения тканей суставов на основании протокола WORMS.

 С целью стандартизации методов описания изменений в коленном суставе на основе WORMS [13] был разработан валидированный про- токол, согласно которому производили оценку состояния СХК (шкала оценки кости - ШОК), суставного хряща (шкала оценки хряща - ШОХ), остеофитов (шкала оценки остеофитов – ШОО). Размеры субхондральных кист (СРК) оценивали по сред- нему значению от всех измерений у данного пациента. ШОК включала измерение субхондральных кист на T1-взвешенных изображениях с жироподавлением в 13 областях. Изменения в баллах оценивали по отношению площади кисты к площади соответствующего сегмента, выраженное в процентах. Отсутствие субхондральных кист соответствовало 0 баллам, объем кисты менее 33% от области соответствующего сегмента соответствовало 1 баллу, в 2 балла оценивали кисты объёмом 33-66%, 3 балла выставля- ли при площади кисты более 66%. Сумма баллов по ШОК соответство- вала тяжести поражения СХК.

Оценку изменений СХ проводили в рамках 13 областей соответствующих ШОК. Изменения хрящевой пластинки оценивали согласно процентному отношению поврежденного хряща к площади всего суставного хряща конкретной области. Градация оценок была следующей: 0 баллов - нет изменений, 1 баллы при поражении СХ менее 10%, 2 - 10-75% площади поверхности хряща, 3 баллы при поражении более 75%. Остеофиты оценивали в 12 областях по ШОО. Определяли малые (1 баллы), средние (2 балла) и гигантские (3 балла) остеофиты. Сумма баллов ШОО соответствовала объёму краевых костных разрастаний.

Статистический анализ результатов проводили в программной среде Statistica 10.0 (StatSoft, США). Распределение анализируемых показателей описывалось посредством медианы (Ме) [25-го; 75-го перцентилей]. Достоверность различий распределения непрерывных переменных определяли, ис- пользуя непараметрический χ2, z-критерий Манна–Уитни в случае сравнения двух групп и H-критерий Краскела-Уоллиса при сравнении более трёх групп. Связь между непрерывными переменными выявляли с помощью коэффициентов ранговой корреляции Спирмена (r). Достоверными считали различия показателей при p<0,05.

Результаты. Среди больных ОА, включенных в исследование, 48,4% имели «поздние» III и IV стадии ОА, у 11,3% по данным МРТ диагностирована I стадия, у 40,3% - II стадия заболевания (табл. 1). Таким образом, количество больных с «ранними» и «продвинутыми» стадиями гонартроза были сопоставимы. Больные ОА по сравнению с контрольной группой имели статистически значимо более тонкий гиалиновый хрящ в области мыщелков большеберцовой кости (z=-2,13, p=0,01). Толщина СХ мыщелков большеберцовой кости не имела достоверных различий относительно контроля (z= -1,06, p=0,1). При этом размеры СХ большеберцового плато и бедренной кости  закономерно  обратно коррелировали со стадией ОА (соответственно: r= -0,76, p=0,000001; r=-0,67, p=0,00001). Изменения в субхондральных отделах бедренной и большеберцовой кости при описании результатов МРТ коленного сустава были зафиксированы рентгенологами в 70,1% случаев, подколенные кисты Бейкера обнаружены у 56,4% больных ОА, поражение менисков у 93,5%. Размер кисты Бейкера, стадия поражения менисков по Stoller не были статистически значимо связаны со стадией ОА (соответственно:  r=  0,25, p=0,1;r=-0,20, p=0,1). Применение протокола WORMS позволило идентифицировать изменения в СХК у 100% больных ОА, что было статистически значимо выше по сравнению со стандартной описательной методикой (χ2=8,04, p=0,005). При этом средние значения по ШОК и ШОС при ОА составили соответственно: 5,3 (Ме 4,0 [3,0; 7,0]) и 8,22 (Ме 7,0 [5,0; 11,0]) балла, средний размер субхондральных кист составил 7,3 (Ме 5,8 [3,5; 8,5]) мм.

 Проведён анализ распределения структурных изменений в коленном суставе, выявленных при стан- дартном описательном протоколе, по мере прогрессирования ОА (табл. 2). Установлено, что размер СХ в области мыщелков бедренной кости статистически значимо снижался по мере прогрессирования рентгенологических  симптомов и был наименьшим у больных IV стадией ОА (H=20,0?p=0,0005), но не имел различий между группой контроля и больными с I и II стадиями заболевания (соответственно: z= -1,76, p=0,08;  z= -1,74, p=0,08).

 Толщина суставного хряща в области плато большеберцовой кости так же достоверно снижалась по мере прогрессирования заболевания (H= 20,3 p=0,0004), была минимальной при IV стадии и не имела различий при сравнении при сравнении группы контроля с больными I стадией ОА (z= -1,08, p=0,1). Ширина суставной щели в латеральном и медиальном отделах коленного сустава была значимо выше в контрольной группе по сравнению с больными ОА I стадии (соответственно: z= 2,13, p=0,01; z= 2,25, p=0,001), но достоверно не менялась по мере прогрессирования заболевания(соответственно: H= 9,3, p=0,05; H= 8,9, p=0,04), хотя были наименьшими при IV стадии, что вполне закономерно. Субхондральные кисты не были определены рентгенологами в контрольной группе и при I стадии ОА. Размер кист СХК статистически значимо не различался у больных II и III стадиями (z= -1,18, p=0,09), но был до- стоверно больше при IV стадии гонартроза (z= 2,26, p=0,001). По мере прогрессирования ОА отмечено увеличение размеров подколенной кисты Бейкера (H= 9,9, p=0,04), однако отсутствовали статистически значимые различия при сравнении групп больных с II и III стадиями заболевания (z= -1,10, p=0,2).

 Анализ распределения структурных изменений в коленном суставе, выявленных при использовании полуколичественных стандартизированных шкал WORMS (табл. 3) показал, что здоровые добровольцы без ОА имеют нулевой балл по всем использованным шкалам. Оценка структурных изменений СХК по ШОК показала, что по мере прогрессирования ОА наблюдается увеличение числа обнаруженных изменений (H= 11,6, p=0,009). По- мимо этого увеличивается средний размер субхондральных кист (H= 11,2, p=0,01). Структурная прогрессия ОА характеризовалась стати- стически значимым увеличением хрящевого повреждения и размеров остеофитов (соответственно:H= 17,5, p=0,0006; H= 16,9, p=0,0007), повышением суммарного балла WORMS, который включает ШОК, ШОХ и ШОО (H= 19,5, p=0,0002).

 Проведена оценка взаимосвязей результатов стандартного протокола описания МР-изображений ко- ленного сустава и результатов оценки с помощью протокола WORMS. Толщина СХ в области бедренного и большеберцового сегментов коленного сустава статистически значимо обратно коррелировала с результатом оценки повреждения хряща по версии WORMS (соответственно: r=-0,63, p=0,0002; r= -0,61, p=0,0002).

Величина кист СХК прямо коррелировала с костным с результатами оценки по ШОК, средним размером всех обнаруженных субхондральных кист (соответственно: r= 0,41, p=0,02; r= 0,51, p=0,003). Размер суставной щели в медиальном отсеке коленного сустава обратно коррелировал с размерами субхондральных кист, определённых в рамках ШОК WORMS (r= -0,48, p=0,006). Размер кист Бейкера и ширина суставной щели в латеральном отсеке статистически значимо не коррелировали с результатами оценки МРТ коленного сустава с помощью аналитического протокола WORMS (p>0,05).

Обсуждение. В многочисленных исследованиях было установлено, что на магнитно-резонансных термограммах проявления ОА характеризуется рядом феноменов, включающих сужение суставной щели, рост остеофитов, истончение суставного хряща, развитием отёка и кист в субхондральной кости [12]. Идентификация указанных из- менений является ключевой задачей диагностики ОА. Вместе с тем, установлено, что использование описательных методов при анализе МР-изображений имеет ряд недостатков, включающих высокие требования к квалификации и опыту врача-рентгенолога, субъективный характер оценки изображений, отсутствие градаций выявляемых феноменов [7]. Кроме того, остаётся нерешенной задача стандартизации выбора изображений для фиксации тех или иных изменений [12]. Всё это снижает диагностическую значимость МРТ, делая её сопоставимой со стандартной рентгенографией [15]. В частности, нами было установлено, что стандартная методика оценки МР-изображений коленного сустава гораздо реже выявляет кисты субхондральной кости, а размер суставной щели не имеет статистически значимых различий по мере прогрессирования ОА и колеблется в широких приделах в зависимости от выбора места измерения. В данном исследовании выявлено, что при описательном подходе надёжным является только изменение толщины суставного хряща в области бедренного и большеберцового сегментов. Эти данные согласуются с результатами других исследований [5].

Другой важной проблемой диагностики ОА является возможность выявления ранних рентгенологических изменений в суставах. В дан- ном исследовании показано, что для реализации этой задачи может быть использована толщина суставного хряща в области мыщелков бедренной кости. Было показано, что общепринятый маркер ОА – ширина суставной щели является не- надёжным способом диагностики прогрессирования заболевания, но является надёжным маркером I стадии. Выявление изменений со стороны СХК возможно только в 2/3 случаев при II-IV стадиях.

Протокол WORMS был предложен в 2004 году C.G. Peterfy и со- авторами для унификации и стандартизации походов к описанию МР-изображений [13]. Как показали последующие исследования, результаты этого протокола сопоставимы с морфологическими проявлениями ОА [14]. Нами были использованы полуколичественные шкалы, позволяющие оценить в бально-рейтинговой системе изменения в субхондральной кости, суставном хряще, рост остеофитов. В качестве суррогатного маркера взят средний размер остеофитов. Этот подход позволил во всех случаях идентифицировать изменения в СХК, достоверно различать нормальный сустав от I стадии ОА и обнаруживать признаки структур- ного прогрессирования ОА в рамках общепринятой классификационной шкалы Kellgren-Lawrence.

Проведенная оценка взаимосвязей результатов стандартного про- токола описания МР-изображений коленного сустава и результатов оценки с помощью полуколичественных шкал по версии WORMS, показала достоверные связи между измеряемыми параметрами. Более того, оценка по WORMS вывила прямую связь сужения суставной щели с выраженностью ремоделирования СХК. Это подтверждает общепринятое мнение о взаимосвязи структурных изменений в суставе при ОА [3, 11]. Наши результаты свидетельствуют о том, что протокол WORMS сопоставим со стандартным протоколом оценки МР-изображений коленного сустава и способен идентифицировать известные общие, и закономерные феномены суставного ремоделирования при ОА.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что стандартные описательные подходы к оценке МРТ коленного сустава с целью диагностики ОА не удовлетворяют современным требованиям к диагностической значимости. Протокол WORMS и использование полуколичественных шкал для оценки ключевых феноменов ОА позволяют дискриминировать когорту больных от здоровых лиц и оценивать степень структурной прогрессии заболевания, что выгодно отличает данный подход. Применение бально-рейтинговых шкал позволяет стандартизировать аналитические протоколы в оценке МРТ за счёт стандартизации выбора областей и строгой сегментации оцениваемых изображений. Это позволяет рекомендовать использование разработанного подхода в широкой клинической и научной практике.

Список литературы

1.       Кабалык М.А. Особенности ремоделирования субхондральной кости при остеоартрите с сердечно-сосудистой коморбидностью // Научно-практи- ческая ревматология. – 2017. – Т. 55. – №2, прил. 1. – С. 55.

2.       Кабалык М.А. Физические свойства и особенностиорганизации суставно- го хряща при остеоартрозе // Дневник казанской медицинской школы.

– 2016. – № 4. – С. 40-43.

3.       Кабалык М.А. Молекулярные подтипы остеоартрита / Кабалык М.А., Гне- денков С.В., Коваленко Т.С. и др. // Тихоокеанский медицинский журнал.

– 2017. – №4. – С. 40-44.

4.       Сайфутдинов Р.Г. Анкилозирующий спондилит (клинический случай) / Сайфутдинов Р.Г., Ахунова Р.Р., Сибгатуллин Т.Б., Семенова О.М. // Днев- ник Казанской медицинской школы. – 2015. - №7. – С. 58-71.

5.       Borotikar B. Dynamic MRI to quantify musculoskeletal motion: A systematic review of concurrent validity and reliability, and perspectives for evaluation of musculoskeletal disorders / Borotikar B., Lempereur M., Lelievre M. et al. // PLoS One. – 2017.– Vol. 12. – №12. – P. e0189587.

6.       Burnett W. Patella bone density is lower in knee osteoarthritis patients experiencing moderate-to-severe pain at rest / Burnett W., Kontulainen S., McLennan C. et al. // J.Musculoskelet Neuronal Interact. – 2016.– 16. – №1.– P. 33-39.

7.       Figueiredo S. Use of MRI by radiologists and orthopaedic surgeons to detect intra-articular injuries of the knee / Figueiredo S., Sa Castelo L., Pereira A.D. et al. // Rev. Bras.Ortop. 2017.– Vol. 53. – №1. – P. 28-32.

8.       Guermazi A. Different thresholds for detecting osteophytes and joint space narrowing exist between the site investigators and the centralized reader in a multicenter knee osteoarthritis study–data from the Osteoarthritis Initiative/ Guermazi A., Hunter D.J., Li L., Benichou O. et al.// Skeletal. Radiol.– 2012.– Vol. 41.– P. 179–186.

9.       Hunter D.J. OARSI Clinical Trials Recommendations: Hand imaging in clinical trials in osteoarthritis / Hunter D.J., Arden N., Cicuttini F. et al. // Osteoarthritis Cartilage. – 2015. – Vol. 23. – №5.– P. 732-746.

10.     Kraus V.B. Call for standardized definitions of osteoarthritis and risk stratification for clinical trials and clinical use / Kraus V.B., Blanco F.J., Englund M. et al. // Osteoarthritis Cartilage. – 2015. – Vol. 23. – №8. – P. 1233-1241.

11.     Liu C. Quantitative evaluation of subchondral bone microarchitecture in knee osteoarthritis using 3T MRI / Liu C., Liu C., Ren X. et al. // BMC Musculoskelet. Disord. – 2017.– Vol. 18. – №1.– P. 496.

12.     12. Mohankumar R. Pitfalls and pearls in MRI of the knee / Mohankumar R., White L.M., Naraghi A. // AJR Am. J.Roentgenol. – 2014.– Vol. 203. – №3.– P. 516-30.

13.     Peterfy C.G. Whole-organ magnetic resonance imaging score (WORMS) of the knee in osteoarthritis / Peterfy C.G., Guermazi A., Zaim S. et al. // OsteoarthritisCartilage.– 2004. – Vol. 12. – P. 177–190.

14.     Roemer F.W. An illustrative overview of semi-quantitative MRI scoring of knee osteoarthritis: lessons learned from longitudinal observational studies / Roemer F.W., Hunter D.J., Crema M.D. et al. //Osteoarthritis Cartilage. – 2016.

– Vol. 24. – №2.– P. 274-89.

 15.     Rose N.E., Gold S.M. A comparison of accuracy between clinical examination and magnetic resonance imaging in the diagnosis of meniscal and anterior cruciate ligament tears / Rose N.E., Gold S.M. // Arthroscopy. 1996. – Vol. 12. – №4. – P. 398–405.