lek. wet. Adam Przeworski

Transkrypt

1 lek. wet. Adam Przeworski Streszczenie pracy doktorskiej pt. Obrazowanie stawów kolanowych psów niskopolowym rezonansem magnetycznym w skośnych płaszczyznach przekroju oraz wykorzystaniem rekonstrukcji wielopłaszczyznowej Wstęp: Uszkodzenie więzadła krzyżowego doczaszkowego (CCL) stawu kolanowego psów jest częstą przyczyną kulawizny kończyny miednicznej. Najnowsze badania wskazują jako główną przyczynę uszkodzenia, postępujące zwyrodnienie spowodowane reakcją zapalną. Wczesna oraz nieinwazyjna ocena częściowego uszkodzenia więzadła ma za równo znaczenie kliniczne jak i poznawcze. Zwiększenie czułości i specyficzności wykrywania częściowego uszkodzenia CCL za pomocą rezonansu magnetycznego wymaga poprawy wizualizacji więzadła nieuszkodzonego. Zróżnicowanie wewnątrzgatunkowe psów, a także morfologia oraz topografia CCL sprawia, że obrazowanie więzadła jest trudne, stwarza również konieczność zindywidualizowania techniki badania. Wykorzystywane w medycynie człowieka sekwencje trójwymiarowe pozwalają na wtórną rekonstrukcję obrazu w dowolnej płaszczyźnie obrazowania. Potencjalnie może pozwolić to na dostosowanie metody do zmienności osobniczej. Cel i przedmiot badania: Głównym celem pracy było określenie wpływu sekwencji trójwymiarowych (3D), rekonstrukcji wielopłaszczyznowej (MPR) oraz skośnych płaszczyzn obrazowania na widoczność całego więzadła krzyżowego doczaszkowego stawu kolanowego psów. Z tego powodu porównano między sobą obrazy sekwencji 2D i 3D, oceniono wartość diagnostyczną obrazów po MPR w płaszczyznach strzałkowych skośnych. Ponadto określono wartości kątów nachylenia skośnych płaszczyzn obrazowania (strzałkowej skośnej oraz strzałkowej podwójnie skośnej). Oszacowano również wpływ wartości tych kątów oraz masy ciała psów na możliwości obrazowania CCL. Ocenie podlegała także precyzja interpretacji oceniających. Grupę badawczą stanowiło 30 psów o masie ciała od 13,5 kg do 45 kg, w wieku między 1,5 roku, a 12. rokiem życia. Obrazowaniu poddawano stawy kolanowe psów, które wcześniej przy pomocy badania klinicznego, ortopedycznego oraz radiologicznego kwalifikowano do udziału w doświadczeniu. Metody: Badanie obrazowe wykonywano przy użyciu niskopolowego rezonansu magnetycznego o indukcji pola magnetycznego 0,245 T w ułożeniu bocznym ze zgiętym pod kątem 139 stawem kolanowym. Protokół badania zawierał sekwencje 2D i 3D echa

2 spinowego w płaszczyźnie strzałkowej. Sekwencje 3D poddawano wtórnej rekonstrukcji z wykorzystaniem płaszczyzn skośnych strzałkowych (pojedynczo lub podwójnie skośnych). Analizy uzyskanych obrazów dokonywało trzech oceniających dwukrotnie w odstępie trzech tygodni, przy użyciu przygotowanej karty oceny. Następnie oszacowywano wartości kątów nachylenia skośnych płaszczyzn przekroju. Dane do analizy ilościowej prezentowano przy użyciu median wraz z rozstępami kwartylowymi. Porównania sekwencji 2D, 3D oraz obrazów po MPR dokonywano przy użyciu testu U Manna-Whitneya (p 0,05). Współzależności między: (1) oceną, a wagą, (2) oceną, a kątami nachylenia skośnych płaszczyzn, (3) wagą, a kątami nachylenia skośnych płaszczyzn oceniano przy użyciu współczynnika korelacji rang Spearmanna. Zgodność oceny oszacowywano przy pomocy współczynnika zgodności W Kendalla. Wyniki: Jakość obrazów sekwencji 3D (dobra) była istotnie wyższa niż jakość obrazów sekwencji 2D (średnia), bądź obrazów po MPR (średnia). Obrazy sekwencji 3D poprawiały istotnie widoczność CCL w stosunku do obrazów sekwencji 2D. Najlepiej CCL było widoczne na obrazach po wtórnej rekonstrukcji. Sekwencja 3D pozwalała uzyskać więcej obrazów z widocznym CCL, niż za pomocą sekwencji 2D. Największą ilość obrazów z widocznym CCL otrzymywano po MPR w płaszczyźnie strzałkowej podwójnie skośnej. Mediana kąta α, określającego nachylenie płaszczyzny strzałkowej skośnej wynosiła 7,76. Dla płaszczyzny strzałkowej podwójnie skośnej mediana kąta β wynosiła 9,22, zaś mediana kąta α 6,53. Wykazano pozytywną korelację między wagą psów, a możliwościami obrazowania CCL. Zwiększanie kąta nachylenia skośnych płaszczyzn obrazowania (pojedynczo lub podwójnie skośnej) powodowało pogorszenie ocen widoczności CCL oraz ilości obrazów na którym było je widać (p 0,05). Waga psów była ujemnie skorelowana z wartością kątów nachylenia strzałkowych płaszczyzn obrazowania dla ustawienia klasycznego oraz podwójnie skośnego (p 0,05). Oceniający wykazywali wysoką zgodność ocen między sobą (W 0,73). Zgodność wewnętrzna poszczególnych oceniających również była wysoka (W 0,82). Wnioski : Obrazowanie stawu kolanowego za pomocą sekwencji 3D pozwala na uzyskanie obrazów o wyższej jakości oraz lepsze i dokładniejsze uwidocznienie więzadła krzyżowego doczaszkowego, niż sekwencja 2D. Rekonstrukcja wielopłaszczyznowa pozwala na wtórne ustalenie skośnych płaszczyzn obrazowania oraz uzyskanie obrazów o adekwatnej jakości do sekwencji 2D. Pozwala również na lepsze uwidocznienie więzadła krzyżowego doczaszkowego, niż sekwencje 2D, bądź 3D. Mediana kąta nachylenia płaszczyzny

3 strzałkowej skośnej wynosi 7,76 (kąt α). Mediany kątów płaszczyzny strzałkowej podwójnie skośnej wynoszą 9,22 (kąt β) oraz 6,53 (kąta α). Strzałkowe skośne płaszczyzny obrazowania wpływają negatywnie na wizualizację więzadła krzyżowego doczaszkowego. Waga psów (wielkość badanego stawu) wpływa istotnie na możliwości diagnostyczne obrazowania za pomocą niskopolowego rezonansu magnetycznego. Ponadto waga psów wpływa negatywnie na wartość kątów nachylenia skośnych płaszczyzn obrazowania. Stosowanie sekwencji 3D oraz MPR podczas obrazowania rezonansem magnetycznym pozwala na precyzyjną i powtarzalną wizualizację więzadła krzyżowego doczaszkowego.

4 UNIVERSITY OF WARMIA AND MAZURY IN OLSZTYN FACULTY OF VETERINARY MEDICINE Adam Przeworski DVM Low-field magnetic resonance imaging of the canine stifle joint in oblique planes with multiplanar reconstruction DOCTORAL THESIS written in Department of Surgery and Radiology with Clinic Under supervision of prof. dr hab. Zbigniew Adamiak Marek Jałyński DVM, PhD Olsztyn 2019

5 Abstract Introduction: Injuries of the canine cranial cruciate ligament (CCL) often lead to pelvic limb lameness. According to the latest research, the main cause of injury is the progressive degeneration of the CCL resulting from an inflammatory reaction. Early and non-invasive evaluations of partial ligament injuries have important clinical implications and expand medical knowledge. In MRI exams, an improvement in the sensitivity and specificity of detections of partial CCL injuries requires improved visualization of healthy ligaments. Cranial cruciate ligaments are difficult to visualize and could require an individualized approach due to intraspecies differences in dogs as well as the specific morphology and topology of the CCL. In human medicine, three-dimensional (3D) sequences support secondary image reconstruction in any plane. This approach could be potentially modified to account for individual variations. Research objective: The main aim of the presented research was to determine the effect of 3D sequences, multiplanar reconstruction (MPR) and oblique imaging planes on the visibility of the entire cranial cruciate ligament in the canine stifle joint. Two-dimensional and 3D imaging sequences were compared, and the diagnostic value of images subjected to MPR in the oblique sagittal plane was evaluated. The inclination angles of oblique imaging planes (oblique sagittal and double oblique sagittal) were determined. The impact of the above angles and the patients' body weight on CCL imaging was evaluated. Inter-rater reliability and intra-rater reliability was assessed. The study was performed on 30 dogs aged 1.5 to 12 years, with body weight of 13.5 to 45 kg. Dogs with stifle joint injuries were qualified for the study based on the results of clinical, orthopedic and radiological examinations. Methods: Canine stifle joints were examined in a low-field MRI scanner with field strength of T. The patients were positioned inside the scanner in lateral recumbency with the stifle joint bent at an angle of 139. Images were acquired in 2D and 3D spin echo sequences in the sagittal plane. Three-dimensional sequences were subjected to secondary reconstruction with the use of oblique sagittal planes (oblique sagittal or double oblique sagittal). The resulting images were assessed twice by three raters at an interval of three weeks, using an evaluation chart. The inclination angles of oblique planes were estimated. The data for quantitative analyses were expressed as medians and interquartile ranges. Two-dimensional

6 sequences, 3D sequences and MPR images were compared with the use of the Mann-Whitney U test (p 0.05). The correlations between (1) rating and weight, (2) rating and the inclination angles of oblique planes, (3) weight and the inclination angles of oblique planes were determined by calculating Spearman's rank correlation coefficient. The agreement among raters was assessed with Kendall's W. Results: The quality of images acquired in 3D sequence was good and significantly higher than the quality of images obtained in 2D sequence (average) and MPR images (average). The visibility of CCL was significantly improved in 3D sequences relative to 2D sequences. The CCL was most visible in images subjected to secondary reconstruction. A higher number of images with visible CCL were obtained in 3D sequences than in 2D sequences. The highest number of images with visible CCL were acquired after MPR in the double oblique sagittal plane. The median of angle α, denoting the inclination of the oblique sagittal plane, was In the double oblique sagittal plane, the median of angle β was 9.22 and the median of angle α was A positive correlation was determined between the body weight of canine patients and CCL visibility. An increase in the inclination angle of oblique planes (oblique plane or double oblique plane) compromised CCL visibility and decreased the number of images where the analyzed structure was rendered with satisfactory quality (p 0.05). The body weight of dogs was negatively correlated with the inclination angle of the oblique sagittal plane and the double oblique sagittal plane (p 0.05). Inter-rater reliability (W 0.73) and intra-rater reliability (W 0.82) was high. Conclusions: Stifle joint imaging in 3D sequences supports the acquisition of higher quality images as well as more satisfactory and more accurate visualization of the cranial cruciate ligament than 2D sequences. Multiplanar reconstruction supports secondary determination of oblique imaging planes and promotes the acquisition of images with similar quality to 2D images. The cranial crucial ligament is also more visible in MPR images than in images acquired in 2D and 3D sequences. The median of the inclination angle of the oblique sagittal plane is 7.76 (angle α). The medians of the inclination angles of the double oblique sagittal planes are 9.22 (angle β) and 6.53 (angle α). Oblique sagittal planes compromise the visibility of the cranial cruciate ligament. The dogs' body weight (size of the stifle joint) significantly affects the diagnostic value of images acquired by lowfield MRI. Body weight also exerts a negative influence on the inclination angles of oblique

7 imaging planes. The use of 3D sequences and MPR during MRI exams supports accurate and repeatable visualization of the cranial cruciate ligament.