Distance mapping analysis of tibiotalar joint in varus ankle osteoarthritis using 3D bone reconstruction of weight-bearing CT scans

تعد كاحل الإنسان أعجوبة هندسية، فهو مفصل يتحمل كامل وزن الجسم بينما يسمح بالحركات المعقدة للمشي والجري. وعندما يتآكل هذا المفصل، في حالة تُعرف باسم الفصال العظمي (التهاب المفاصل التنكسي)، يبدأ الغضروف الناعم الذي يحمي العظام في الترقق والاختفاء. وفي كثير من الحالات، لا يكون هذا التآكل متساوياً؛ بل يحدث في جانب واحد أكثر من الآخر. فعندما يميل الكاحل نحو الداخل، وهي وضعية تُعرف باسم "الفحج" (varus)، يتركز الضغط بشدة على الجانب الداخلي للمفصل. هذا التحميل غير المتساوي يسرع من عملية التحلل، مما يؤدي إلى الألم والتيبس. ولعقود من الزمن، اعتمد الأطباء على صور الأشعة السينية القياسية لتقدير مدى سوء هذا الضرر. هذه الصور المسطحة ثنائية الأبعاد تُظهر الفجوة بين العظام، لكنها غالباً ما تغفل الواقع ثلاثي الأبعاد الدقيق لكيفية انهيار المفصل؛ فهي لا تستطيع بسهولة إظهار الأجزاء التي تتلامس بالضبط من سطح العظام أو كيف تتغير مساحة المفصل مع تطور المرض من مرحلة خفيفة إلى شديدة.

لقد اتبع فريق من الباحثين في جامعة كيميونغ في كوريا الجنوبية نهجاً جديداً لهذه المشكلة، حيث انتقلوا من الصور المسطحة إلى إنشاء خريطة تفصيلية ثلاثية الأبعاد لمفصل الكاحل. ومن خلال استخدام نوع خاص من الماسحات الضوئية التي تلتقط الصور بينما المريض واقف ويتحمل الوزن، تمكنوا من رؤية الكاحل تماماً كما يعمل تحت ضغوط الحياة اليومية. ثم استخدموا برامج حاسوبية قوية لبناء نموذج رقمي للعظام وقياس الفجوات الصغيرة بينها بدقة متناهية. كان هدفهم هو فهم النمط المحدد لهذا التآكل والتهالك: هل تختفي مساحة المفصل بطريقة موحدة، أم أنها تتلاشى في نقاط محددة أولاً؟ إن الإجابة على هذا السؤال تهم الجراحين بعمق، الذين يتعين عليهم تقرير ما إذا كان سيجرون جراحة إعادة محاذاة للحفاظ على المفصل أم استبدالاً كاملاً له، وهو قرار يعتمد كلياً على مقدار سطح المفصل الذي لا يزال سليماً.

درس الباحثون ستين كاحلاً من ستة وثلاثين مريضاً، تراوحت حالاتهم من المفاصل السليمة إلى حالات الفصال العظمي الشديد. واستخدموا نظام تصنيف يقسم المرض إلى مراحل، من التغيرات المبكرة إلى الدمار الكامل للمفصل. وللحصول على بياناتهم، وضعوا المرضى داخل ماسح ضوئي من نوع "التصوير المقطعي المحوسب بالحزمة المخروطية" (cone-beam CT)، والذي يلتقط صوراً عالية الدقة بينما يقف الشخص على قدم واحدة. وهذه الوضعية التي تتحمل الوزن حاسمة، لأن العظام تتحرك وتستقر بشكل مختلف عندما تتعرض للتحميل مقارنة بما تكون عليه عندما يكون الشخص مستلقياً. بعد ذلك، يقوم البرنامج الحاسوبي تلقائياً بفصل عظام الكاحل والقدم، مما ينشئ نموذجاً ثلاثي الأبعاد سلساً لعظمة الظنبوب (قصبة الساق) وعظمة الكاحل (القعب) التي تقع مباشرة تحتها.

بمجرد بناء النماذج، طبق الباحثون تقنية تسمى "رسم خرائط المسافة". تخيل خريطة طبوغرافية تستخدم الألوان لإظهار الارتفاع، حيث يشير اللون الأحمر إلى نقطة منخفضة والأزرق إلى نقطة مرتفعة. في هذه الدراسة، مثلت الألوان المسافة بين عظمتي مفصل الكاحل. أظهرت المناطق الحمراء أين تكون العظام قريبة جداً من بعضها البعض، مما يشير إلى أن الغضروف قد تآكل وضاقت مساحة المفصل. أما المناطق الزرقاء والخضراء فأظهرت بقاء فجوة صحية. وقسم الفريق سطح عظمة الكاحل إلى مناطق محددة، بما في ذلك الجزء الأمامي والخلفي من الجانب الداخلي، والمركز، والجانب الخارجي، لقياس الفجوة في كل موقع على حدة.

كشفت النتائج عن نمط واضح ومتوقع لكيفية انهيار المفصل. ففي المرحلة المتوسطة من المرض، لم يكن الضيق منتشراً بشكل متساوٍ؛ بل حدث أكبر فقدان للمساحة في الجزء الأمامي من الجانب الداخلي للمفصل. فقد تقلصت الفجوة بين العظام في هذه المنطقة المحددة بشكل كبير مقارنة بالكاحلات السليمة. ومع ذلك، ظل الجزء الخلفي من الجانب الداخلي مفتوحاً نسبياً، مما يشير إلى أن التآكل تركز في المقدمة. ومع تقدم المرض إلى المرحلة الشديدة، توسع هذا النمط؛ حيث انتشر الضيق من الزاوية الأمامية الداخلية ليغطي الجانب الداخلي بأكمله وجزءاً مركزياً من سطح المفصل. وأصبحت المساحة بين العظام في هذه المناطق المركزية والداخلية صغيرة جداً، وغالباً ما تكون أقل من مليمترين.

ومن الأهمية بمكان أن الدراسة وجدت أن الجانب الخارجي لمفصل الكاحل ظل غير ملموس إلى حد كبير، حتى في الحالات الأكثر شدة. وبينما كانت الأجزاء الداخلية والمركزية من المفصل تطحن بعضها البعض، حافظ الجانب الخارجي على فجوة صحية. وتتحدى هذه النتيجة الفكرة القائلة بأن الفصال العظمي عملية موحدة تلتهم المفصل بأكمله في وقت واحد؛ بل تُظهر مساراً محدداً: الضرر يبدأ من الزاوية الأمامية الداخلية وينتشر للخلف وللداخل، تاركاً الحافة الخارجية سليمة. ويتماشى هذا النمط المكاني مع ما هو معروف عن ميكانيكا "الكاحل الفحج"، حيث يدور القدم نحو الداخل، مما يجعل الجزء الأمامي الداخلي من العظمة يضغط بقوة أكبر ضد قصبة الس chân.

توفر هذه الخرائط التفصيلية مستوى من الوضوح لا تستطيع الأشعة السينية القياسية تقديمه. فالأشعة السينية المسطحة قد تُظهر ضيقاً عاماً في المفصل، لكنها لا تستطيع التمييز بين مفصل متضرر في المقدمة فقط ومفصل مدمر عبر السطح بأكمله. ووجد الباحثون أنه في الحالات المتوسطة، لا يزال جزء كبير من المفصل، وخاصة الجزء الخلفي والجانب الخارجي، محفوظاً. أما في الحالات الشديدة، فقد انتشر الضرر عبر سطح تحمل الوزن الرئيسي، مما ترك غضروفاً صحياً قليًلاً جداً. وهذا التمييز حيوي للتخطيط الجراحي؛ فإذا عرف الجراح أن الضرر محصور في القسم الأمامي الداخلي، فقد يتمكن من إجراء جراحة إعادة محاذاة لنقل الوزن إلى الجانب الخارجي السليم. أما إذا كان الضرر يغطي السطح المركزي بالكامل، فقد لا تنجح مثل هذه العملية، وستكون هناك حاجة لعلاج مختلف.

كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية فحص المفصل أثناء تعرضه للتحميل. أظهرت القياسات التي أُخذت أثناء وقوف المرضى تغيرات لم تكن لتظهر لو كان المرضى مستلقين. فقد تسبب وزن الجسم في استقرار العظام في مواضعها الطبيعية تحت الضغط، مما كشف عن المدى الحقيقي للضيق. وأشار الباحثون إلى أنه بينما وفرت طريقتهم صورة واضحة لأسطح العظام، إلا أنها قيست الفجوة بين العظام وليس الغضروف نفسه. ومع ذلك، ولأن الفجوة تتحدد بسمك الغضروف، فإن القياسات تعمل كمؤشر موثوق لصحة بطانة المفصل.

لا تدعي هذه الدراسة أنها حلت مشكلة التهاب مفاصل الكاحل، ولا تقدم علاجاً جديداً. بدلاً من ذلك، هي تقدم طريقة أفضل لرؤية المرض. فمن خلال تصور مساحة المفصل في ثلاثة أبعاد ورسم خرائط للمواقع الدقيقة للضرر، توفر الدراسة للجراحين أداة أكثر دقة لاتخاذ القرار. وهي تؤكد أن المرض يتبع مساراً محدداً، يبدأ من الزاوية الأمامية الداخلية وينتشر للخارج، بينما يترك الحافة الخارجية سليمة. وبالنسبة للمرضى الذين يواجهون الجراحة، يعني هذا أن اختيار الإجراء يمكن أن يسترشد بخريطة تفصيلية لمفصلهم الخاص، بدلاً من تقدير عام. إن القدرة على رؤية مكان فشل المفصل بالضبط وأين لا يزال سليماً تسمح للجراحين باتخاذ علاجات أكثر استهدافاً ونجاحاً، مما يضمن حماية الأجزاء الصحية المتبقية من المفصل واستخدامها بفعالية.