ldtЛучевая диагностика и терапияDiagnostic radiology and radiotherapy2079-5343Baltic Medical Education Center10.22328/2079-5343-2022-13-3-67-76ldt-757Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL RESEARCHДиффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография зоны роста кости: обоснование методики и оценка ее воспроизводимостиDiffusion-tensor magnetic resonance imaging of the growth plates: substantiation of the method and evaluation of its reproducibilityhttps://orcid.org/0000-0002-2611-7691БровинД. А.BrovinD. A.

Бровин Даниил Алексеевич — аспирант.

197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 9

Daniil A. Brovin  — radiologist.

9 Akademic Pavlova st.; St. Petersburg, 197376

danbrovin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4871-2341ТрофимоваТ. Н.TrofimovaT. N.

Трофимова Татьяна Николаевна — доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук, ведущий научный сотрудник лаборатории нейровизуализации.

197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 9

Tatiana N. Trofimova — Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Dr. of Sci. (Med.), professor, radiologist.

9 Akademic Pavlova st.; St. Petersburg, 197376

https://orcid.org/0000-0002-7651-8485КенисВ. М.KenisV. M.

Кенис Владимир Маркович — доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора по инновационному развитию и работе с регионами, руководитель отделения патологии стопы, нейроортопедии и системных заболеваний НМИЦДТО; профессор кафедры детской травматологии и ортопедии Северо-Западный ГТУ имени И.И.Мечникова.

196603, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ул. Парковая, д. 64–68; 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Vladimir M. Kenis — Dr. of Sci. (Med.), professor, traumatologist, H.Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery of the MHRF; Head of the department of foot pathology, neuroorthopedics and Systemic Diseases; North-Western SMU named after I.I.Mechnikov of MHRF; Professor of the department of pediatric traumatology and orthopedics.

64–68 Parkovaya st., Pushkin, St. Petersburg, 196603

kenis@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2372-9817БрайловС. А.BraylovS. A.

Брайлов Сергей Александрович — заведующий отделением лучевой диагностики.

196603, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Парковая ул., д. 64–68

Sergey S. Braylov — Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery MHRF; Head of radiology department.

64–68 Parkovaya st., Pushkin, St. Petersburg, 196603

sergeybraylov@mail.ruИнститут мозга человека имени Н.П.Бехтеревой, РАНРоссияN.P. Behtereva Institute of the Human Brain of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. ТурнераРоссияNational Medical Research Center for Pediatric Traumatology and Orthopedics named after G.I. TurnerRussian Federation2022191020221336776Copyright © Бровин Д.А., Трофимова Т.Н., Кенис В.М., Брайлов С.А., 20222022Бровин Д.А., Трофимова Т.Н., Кенис В.М., Брайлов С.А.Brovin D.A., Trofimova T.N., Kenis V.M., Braylov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://radiag.bmoc-spb.ru/jour/article/view/757ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ: В последние годы в практике детских ортопедов-травматологов возрос интерес к оценке состояния метаэпифизарной пластинки, связанный с  наличием хирургических методик коррекции патологических состояний, связанных с нарушением функции зоны роста. В процессе использования данных методик необходимо оценивать динамику состояния метаэпифизарной пластинки. Существующие методы оценки функционального состояния метаэпифизарной пластинки немногочисленны и несовершенны. Магнитно-резонансная томография (МРТ), в частности методика диффузионно-тензорных изображений (ДТИ), является перспективной для оценки зон роста.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ: Оценить возможность применения методики ДТИ для оценки состояния метаэпифизарной пластинки (зоны роста).

МАТЕРИАЛЫ И  МЕТОДЫ

МАТЕРИАЛЫ И  МЕТОДЫ: Исследование одобрено локальным этическим комитетом Института мозга человека им. Н.П.Бехтеревой РАН, протокол № 32, от 21.12.2020 г. Информированное согласие получено от каждого законного представителя. На базе НИЦ им. Г.И.Турнера выполнено стандартное магнитно-резонансное исследование коленных суставов, дополненное протоколом диффузионно-тензорной томографии, 75 пациентам в возрасте от 4 до 14 лет (41 — мужского пола, 34 — женского пола) как условно здоровым, так и с наличием патологии зоны роста. Исследования выполнялись на томографе Philips IngeniaElitionX с напряженностью магнитного поля 3 тесла, ДТИ выполнены в корональной плоскости, ТЕ=71,2 мс, TR=4000 мс, значение b-фактора 600 с/мм2, применялось 15 направлений диффузии, толщина среза составляла 3 мм без пропусков, размер матрицы составлял 1,25×1,25 мм. Полученные изображения обрабатывались при помощи программного обеспечения DSI Studio с построением трактов, оценкой общего объема и средней длины трактов. Определялась воспроизводимость методики.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ: Более высокие значения объема и средней длины трактов отмечались у здоровых лиц мужского пола в возрасте пубертата по сравнению с остальными группами. При оценке воспроизводимости стандартные отклонения составляли около 10% от итоговой величины.

ОБСУЖДЕНИЕ

ОБСУЖДЕНИЕ: Были получены изображения трактов зон роста. У условно-здоровых лиц пубертатного возраста значения объема трактов, средней длины трактов были выше, чем у лиц препубертатного возраста и лиц с патологиями, влияющими на функциональное состояние зон роста. Параметр средней длины трактов оказался более воспроизводимым, чем параметр общего объема трактов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: При помощи ДТИ можно оценить упорядоченность структур зон роста.

INTRODUCTION

INTRODUCTION: In recent years there is an increasing interest in assessing the state of the physis among pediatric orthopedic traumatologists, due to the availability of surgical correction of conditions associated with impaired growth plate function. Application of these methods requires dynamic assessment of the state of the physis. The existing methods for assessing the functional state of the physis are few and imperfect. Magnetic resonance imaging (MRI), in particular diffusion tensor imaging (DTI), is promising for assessing the growth plates.

OBJECTIVE

OBJECTIVE: To assess the possibility of applying DTI technique to assess the state of the physis (growth plate).

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS: The study was approved by the local ethical committee of the Institute of the Human Brain named after N.P. Bekhtereva of Russian Academy of Sciences, protocol No. 32, dated 21.12.2020. Informed consent was obtained from each legal representative. At the Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery of the Ministry of Health of the Russian Federation a standard magnetic resonance examination of the knee joints was performed, additionally diffusion tensor tomography was performed in 75 patients aged 4.1 to 14.3 years (41 males, 34 females), both deemed healthy and with a known physeal pathology. The studies were performed using a Philips Ingenia ElitionX machine with a magnetic field strength of 3 Tesla, DTI was performed in the coronal plane, TE=71.2 ms, TR=4000 ms, b-factor value 600 s/mm2, 15 diffusion directions were used, slice thickness was 3 mm without gaps, the matrix size was 1.25×1.25 mm. The resulting images were processed using the DSI Studio software, including tract construction, estimation of the total volume and average length of the tracts. The reproducibility of the technique was assessed.

RESULTS

RESULTS: Higher volumes and mean tract lengths were found in healthy males at puberty compared to other groups. When assessing reproducibility, the standard deviations were about 10% of the final value.

DISCUSSION

DISCUSSION: Images of growth plate tracts were obtained. In individuals of pubertal age that were deemed healthy, the tract volume values and the average length of the tracts were higher than in individuals of prepubertal age and those with pathological conditions affecting the state of the growth plates. The average tract length turned out to be more reproducible than the total tract volume parameter.

CONCLUSION

CONCLUSION: With the help of DTI, it is possible to evaluate the arrangement of the structures in the growth plates.

диффузионно-тензорные изображениятрактографиятомограф Philips IngeniaElitionXзоны ростадетская травматология и ортопедияпатология скелетаколенный суставDSI studiodiffusion tensor imagingtractographyPhilips Ingenia ElitionX tomographgrowth platespediatric traumatology and orthopedicsskeletal pathologyknee jointDSI studioReferencesКуркин С.А., Бахтеева Н.Х., Царева Е.Е. и др. Хирургическое лечение тяжелых деформаций коленного сустава у подростков // Травматология и ортопедия России. 2009. № 4. С. 48–52. Kurkin S.A., Bahteeva N.H., Careva E.E. i dr. Hirurgicheskoe lechenie tjazhelyh deformacij kolennogo sustava u podrostkov // Travmatologija i ortopedija Rossii. 2009. No 4. S. 48–52. https://doi.org/10.17816/2311-2905-1856.Kurkin S.A., Bakhteeva N.H., Tsarevа E.E. et al. Surgical treatment of severe knee deformities in adolescents. Traumatology and Orthopedics of Russia, 2009. No. 2, pp. 48–52 (In Russ.). https://doi.org/10.17816/2311-2905-1856.Кенис В.М., Моренко Е.С., Сапоговский А.В. Зависимость расположения восьмиобразных пластин при гемиэпифизеодезе от рентгенометрических параметров эпиметафизарного перехода кости // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2018. Т. 10, № 2. С. 37–43. Kenis V.M., Morenko E.S., Sapogovskij A.V. Zavisimost’ raspolozhenija vos’miobraznyh plastin pri gemijepifizeodeze ot rentgenometricheskih parametrov jepimetafizarnogo perehoda kosti // Ortopedija, travmatologija i vosstanovitel’naja hirurgija detskogo vozrasta. 2018. T. 10, No. 2. S. 37–43. https://doi.org/10.17816/PTORS6237-43.Kenis V.M., Morenko E.S., Sapogovskij A.V. Dependence of the 8-plate position inhemiepiphysiodesis on the x-ray parameters of the epimetaphyseal bone junction. Pediatric orthopedics, traumatology and reconstructive surgery, 2018, Vol. 10, No 2, pp. 37–43 (In Russ.). https://doi.org/10.17816/PTORS6237-43.Martin D., Wit J., Hochberg Z. et al. The use of bone age in clinical practice. Part 1 // Hormone Research in Paediatrics. 2011. Vol. 76, No. 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1159/000329372.Martin D., Wit J., Hochberg Z. et al. The use of bone age in clinical practice. Part 1 // Hormone Research in Paediatrics. 2011. Vol. 76, No. 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1159/000329372.Shiguetomi-Medina J., Rahbek O., Abood A. et al. Thermal epiphysiodesis performed with radio frequency in a porcine model // Acta orthopaedical. 2014. Vol. 85, Nо. 5. P. 538–542. https://doi.org/10.3109/17453674.2014.939014.Shiguetomi-Medina J., Rahbek O., Abood A. et al. Thermal epiphysiodesis performed with radio frequency in a porcine model // Acta orthopaedical. 2014. Vol. 85, Nо. 5. P. 538–542. https://doi.org/10.3109/17453674.2014.939014.Jaimes C., Berman J., Delgado J. et al. Diffusion-tensor imaging of the growing ends of long bones: Pilot demonstration of columnar structure in the physes and metaphyses of the knee // Radiology. 2014. Vol. 273, Nо. 2. P. 491–501. https://doi.org/10.1148/radiol.14132136.Jaimes C., Berman J., Delgado J. et al. Diffusion-tensor imaging of the growing ends of long bones: Pilot demonstration of columnar structure in the physes and metaphyses of the knee // Radiology. 2014. Vol. 273, Nо. 2. P. 491–501. https://doi.org/10.1148/radiol.14132136.Bedoya M., Delgado J., Berman J. et al. Diffusion-tensor imaging of the physes: A possible biomarker for skeletal growth-experience with 151 children // Radiology. 2017. Vol. 284, No. 1. P. 210–218. https://doi.org/10.1148/radiol.2017160681.Bedoya M., Delgado J., Berman J. et al. Diffusion-tensor imaging of the physes: A possible biomarker for skeletal growth-experience with 151 children // Radiology. 2017. Vol. 284, No. 1. P. 210–218. https://doi.org/10.1148/radiol.2017160681.Barrera C., Bedoya M., Delgado J. et al. Correlation between diffusion tensor imaging parameters of the distal femoral physis and adjacent metaphysis, and subsequent adolescent growth // Pediatric Radiology. 2019. Vol. 49, No. 9. P. 1192–1200. https://doi.org/10.1007/s00247-019-04443-z.Barrera C., Bedoya M., Delgado J. et al. Correlation between diffusion tensor imaging parameters of the distal femoral physis and adjacent metaphysis, and subsequent adolescent growth // Pediatric Radiology. 2019. Vol. 49, No. 9. P. 1192–1200. https://doi.org/10.1007/s00247-019-04443-z.Delgado J., Jaramillo D., Chauvin N. et al. Evaluating growth failure with diffusion tensor imaging in pediatric survivors of high-risk neuroblastoma treated with highdose cis-retinoic acid // Pediatric Radiology. 2019. Vol. 49, Nо. 8. P. 1056–1065. https://doi.org/10.1007/s00247-019-04409-1.Delgado J., Jaramillo D., Chauvin N. et al. Evaluating growth failure with diffusion tensor imaging in pediatric survivors of high-risk neuroblastoma treated with highdose cis-retinoic acid // Pediatric Radiology. 2019. Vol. 49, Nо. 8. P. 1056–1065. https://doi.org/10.1007/s00247-019-04409-1.Duong P., Mostoufi-Moab S., Raya J. et al. Imaging Biomarkers of the Physis: Cartilage Volume on MRI vs. Tract Volume and Length on Diffusion Tensor Imaging // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2020. Vol. 52, Nо. 2. P. 544–551. https://doi.org/10.1002/jmri.27076.Duong P., Mostoufi-Moab S., Raya J. et al. Imaging Biomarkers of the Physis: Cartilage Volume on MRI vs. Tract Volume and Length on Diffusion Tensor Imaging // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2020. Vol. 52, Nо. 2. P. 544–551. https://doi.org/10.1002/jmri.27076.Заварухин В.И., Моренко Е.С., Свиридов М.К, Говоров А.В. Эмбриональное развитие и строение зоны роста // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2015. Т. 3, № 2. С. 61–65. Zavaruhin V.I., Morenko E.S., Sviridov M.K, Govorov A.V. Jembrional’noe razvitie i stroenie zony rosta // Ortopedija, travmatologija i vosstanovitel’naja hirurgija detskogo vozrasta. 2015. T. 3, No. 2. S. 61–65. https://doi.org/10.17816/PTORS3261-65.Zavarukhin V.I., Morenko E.S., Sviridov M.K., Govorov A.V. Embryonic development and the structure of the growth plate. Pediatric orthopedics, traumatology and reconstructive surgery. Vol. 3, No. 2, pp. 61–65 (In Russ.) https://doi.org/10.17816/PTORS3261-65.Cartilage, Bone and Ossification: The Histology Guide. https://www.histology.leeds.ac.uk/bone/bone_ossify.php (дата обращения 05.09.2022).Cartilage, Bone and Ossification: The Histology Guide. https://www.histology.leeds.ac.uk/bone/bone_ossify.php (дата обращения 05.09.2022). 12. Ağırdil Y. The growth plate: a physiologic overview // EFORT Open Reviews. 2020. Vol 5, N 8. P. 498–507. https://doi.org/10.1302/2058-5241.5.190088.Ağırdil Y. The growth plate: a physiologic overview // EFORT Open Reviews. 2020. Vol 5, N 8. P. 498–507. https://doi.org/10.1302/2058-5241.5.190088.Zhao Q., Ridout R.P., Shen J. et al. Effects of Angular Resolution and b Value on Diffusion Tensor Imaging in Knee Joint // Cartilage. 2021. Vol. 13, No. 2. P. 295– 303. https://doi.org/10.1177/19476035211007909.Zhao Q., Ridout R.P., Shen J. et al. Effects of Angular Resolution and b Value on Diffusion Tensor Imaging in Knee Joint // Cartilage. 2021. Vol. 13, No. 2. P. 295– 303. https://doi.org/10.1177/19476035211007909.Baumfeld D., Pires R., Macedo B. et al. Trevor Disease (Hemimelic Epiphyseal Displasia): 12-year Follow-up Case Report and Literature Review // Annals of Medical and Health Sciences Research. 2014. Vol. 4, No. 1. https://doi.org/10.4103/2141-9248.131689.Baumfeld D., Pires R., Macedo B. et al. Trevor Disease (Hemimelic Epiphyseal Displasia): 12-year Follow-up Case Report and Literature Review // Annals of Medical and Health Sciences Research. 2014. Vol. 4, No. 1. https://doi.org/10.4103/2141-9248.131689.Jaimes C., Chauvin N., Delgado J. et al. MR imaging of normal epiphyseal development and common epiphyseal disorders // Radiographics. 2014. Vol. 34, No. 2. P. 449–471. https://doi.org/10.1148/rg.342135070.Jaimes C., Chauvin N., Delgado J. et al. MR imaging of normal epiphyseal development and common epiphyseal disorders // Radiographics. 2014. Vol. 34, No. 2. P. 449–471. https://doi.org/10.1148/rg.342135070.Jaimes C., Chauvin N., Delgado J. et al. MR imaging of normal epiphyseal development and common epiphyseal disorders // Radiographics. 2014. Vol. 34, No. 2. P. 449–471. https://doi.org/10.1148/rg.342135070.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.