Magnetic resonance imaging (MRI) is the clinical method of choice for cartilage imaging in the context of degenerative and nondegenerative joint diseases. The MRI-based definitions of osteoarthritis rely on the detection of osteophytes, cartilage pathologies, bone marrow edema and meniscal lesions but currently a scientific consensus is lacking. In the clinical routine proton density-weighted, fat-suppressed 2D turbo spin echo sequences with echo times of 30-40 ms are predominantly used, which are sufficiently sensitive and specific for the assessment of cartilage. The additionally acquired T1-weighted sequences are primarily used for evaluating other intra-articular and periarticular structures. Diagnostically relevant artifacts include magic angle and chemical shift artifacts, which can lead to artificial signal enhancement in cartilage or incorrect representations of the subchondral lamina and its thickness. Although scientifically validated, high-resolution 3D gradient echo sequences (for cartilage segmentation) and compositional MR sequences (for quantification of physical tissue parameters) are currently reserved for scientific research questions. The future integration of artificial intelligence techniques in areas such as image reconstruction (to reduce scan times while maintaining image quality), image analysis (for automated identification of cartilage defects), and image postprocessing (for automated segmentation of cartilage in terms of volume and thickness) will significantly improve the diagnostic workflow and advance the field further.
Für die Knorpelbildgebung im Rahmen degenerativer und nichtdegenerativer Gelenkerkrankungen stellt die Magnetresonanztomographie (MRT) die klinische Methode der Wahl dar. MR-basierte Definitionen der Arthrose gründen auf dem Nachweis von Osteophyten, Knorpelpathologien, Knochenmarködemen und Meniskusläsionen, sind aber derzeit nicht wissenschaftlich konsentiert. In der klinischen Routine werden überwiegend protonendichtegewichtete (PDw), fettsupprimierte (fs) 2D-Turbo-Spin-Echo-Sequenzen eingesetzt mit Echozeiten von 30 bis 40 ms, die ausreichend sensitiv und spezifisch für die Beurteilung des Knorpels sind. Die zudem akquirierten T1-gewichteten (T1w) Sequenzen dienen primär der Beurteilung der übrigen intra- und periartikulärer Strukturen. Diagnostisch relevante Artefakte sind die Magic-Angle- und Chemical-Shift-Artefakte, die zu einer artifiziellen Signalerhöhung im Knorpelgewebe bzw. einer falschen Abbildung der Dicke der subchondralen Lamelle führen können. Obwohl wissenschaftlich validiert, sind hochaufgelöste 3D-Gradientenecho(GRE)-Sequenzen (zur Segmentierung des Knorpels) und kompositionelle MR-Sequenzen (zur Quantifizierung physikalischer Gewebeparameter) derzeit primär wissenschaftlichen Fragestellungen vorbehalten. Die zukünftige Integration von Techniken der künstlichen Intelligenz wird in Bereichen wie der Bildrekonstruktion (zur Verkürzung der Scanzeiten bei gleichbleibender Bildqualität), der Bildanalyse (zur automatisierten Identifikation von Knorpeldefekten) und der Bildnachverarbeitung (zur automatisierten Segmentierung des Knorpels hinsichtlich Volumen und Dicke) den diagnostischen Workflow signifikant verbessern und das Feld weiterentwickeln.
Keywords: Artificial intelligence; Computer-assisted image processing; Joint cartilage; Magnetic resonance imaging; Osteoarthritis.
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