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

मानव टखना इंजीनियरिंग का एक चमत्कार है, एक ऐसा जोड़ जो शरीर का पूरा भार वहन करता है और साथ ही चलने और दौड़ने की जटिल गतिविधियों की अनुमति भी देता है। जब यह जोड़ घिस जाता है, जिसे ऑस्टियोआर्थराइटिस (osteoarthritis) नामक स्थिति कहा जाता है, तो हड्डियों को कुशन देने वाली चिकनी कार्टिलेज (cartilage) पतली होने लगती है और गायब होने लगती है। कई मामलों में, यह घिसाव समान नहीं होता है; यह एक तरफ दूसरी तरफ की तुलना में अधिक होता है। जब टखना अंदर की ओर झुकता है, जिसे 'वेरस' (varus) नामक मुद्रा कहा जाता है, तो दबाव जोड़ के भीतरी हिस्से पर भारी रूप से केंद्रित हो जाता है। यह असमान भार क्षय (degeneration) को तेज करता है, जिससे दर्द और जकड़न होती है। दशकों से, डॉक्टर यह आंकने के लिए कि यह क्षति कितनी गंभीर है, मानक एक्स-रे पर निर्भर रहे हैं। ये द्वि-आयामी (two-dimensional) चित्र हड्डियों के बीच के अंतर को तो दिखाते हैं, लेकिन वे इस बात की सूक्ष्म, त्रि-आयामी वास्तविकता को अक्सर नहीं देख पाते कि जोड़ कैसे ढह रहा है। वे आसानी से यह नहीं दिखा सकते कि हड्डी की सतह के कौन से हिस्से वास्तव में आपस में टकरा रहे हैं या बीमारी के हल्के से गंभीर होने पर जोड़ का स्थान (joint space) कैसे बदल जाता है।

दक्षिण कोरिया के कीमयोंग यूनिवर्सिटी (Keimyung University) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या के प्रति एक नया दृष्टिकोण अपनाया है, जो सपाट चित्रों से आगे बढ़कर टखने के जोड़ का एक विस्तृत, त्रि-आयामी मानचित्र तैयार करने पर केंद्रित है। एक विशेष प्रकार के स्कैनर का उपयोग करके, जो रोगी के खड़े होने और भार वहन करने के दौरान चित्र लेता है, वे टखने को ठीक उसी तरह देख सके जैसे वह दैनिक जीवन के तनाव के तहत कार्य करता है। इसके बाद उन्होंने हड्डियों का एक डिजिटल मॉडल बनाने और उनके बीच के सूक्ष्म अंतराल को अत्यधिक सटीकता के साथ मापने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग किया। उनका लक्ष्य इस घिसाव के विशिष्ट पैटर्न को समझना था: क्या जोड़ का स्थान समान रूप से समाप्त होता है, या यह विशिष्ट स्थानों पर पहले गायब हो जाता है? इस प्रश्न का उत्तर सर्जनों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, जिन्हें यह तय करना होता है कि उन्हें जोड़-बचाने वाली पुनर्गठन सर्जरी (realignment surgery) करनी चाहिए या पूर्ण प्रतिस्थापन (full replacement), और यह निर्णय पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करता है कि जोड़ की सतह का कितना हिस्सा अभी भी स्वस्थ है।

शोधकर्ताओं ने तीस-छह रोगियों के साठ टखनों का अध्ययन किया, जिनमें स्वस्थ जोड़ों से लेकर गंभीर अर्थराइटिस वाले लोग शामिल थे। उन्होंने एक वर्गीकरण प्रणाली का उपयोग किया जो बीमारी को शुरुआती परिवर्तनों से लेकर पूर्ण जोड़ विनाश तक के चरणों में वर्गीकृत करती है। डेटा प्राप्त करने के लिए, उन्होंने मरीजों को 'कोन-बीम कंप्यूटेड टोमोग्राफी' (cone-beam computed tomography) स्कैनर के भीतर रखा, जो व्यक्ति के एक पैर पर खड़े होने के दौरान उच्च-रिज़ॉल्यूशन चित्र कैप्चर करता है। यह भार-वहन करने वाली स्थिति (weight-bearing position) महत्वपूर्ण है क्योंकि लेटे रहने की तुलना में खड़े होने पर हड्डियाँ अलग तरह से खिसकती और बैठती हैं। इसके बाद कंप्यूटर सॉफ्टवेयर ने टखने और पैर की हड्डियों को स्वचालित रूप से अलग कर दिया, जिससे टिबिया (tibia - शिनबोन) और टैलस (talus - टिबिया के ठीक नीचे स्थित हड्डी) का एक चिकना, त्रि-आयामी मॉडल तैयार हुआ।

एक बार मॉडल बन जाने के बाद, शोधकर्ताओं ने 'डिस्टेंस मैपिंग' (distance mapping) नामक तकनीक लागू की। एक स्थलाकृतिक मानचित्र (topographic map) की कल्पना करें जो ऊंचाई दिखाने के लिए रंगों का उपयोग करता है, जहाँ लाल रंग कम ऊंचाई और नीला रंग अधिक ऊंचाई दर्शाता है। इस अध्ययन में, रंग टखने की दो हड्डियों के बीच की दूरी का प्रतिनिधित्व करते थे। लाल क्षेत्र उन जगहों को दर्शाते थे जहाँ हड्डियाँ बहुत करीब थीं, जो यह संकेत देता था कि कार्टिलेज घिस गया है और जोड़ का स्थान संकरा हो गया है। नीला और हरा क्षेत्र वहां था जहां एक स्वस्थ अंतर बना हुआ था। टीम ने टखने की हड्डी की सतह को विशिष्ट क्षेत्रों में विभाजित किया, जिसमें आंतरिक हिस्से का अगला और पिछला भाग, केंद्र और बाहरी हिस्सा शामिल था, ताकि प्रत्येक स्थान पर अंतर को अलग-अलग मापा जा सके।

परिणामों ने यह स्पष्ट किया कि जोड़ कैसे ढहता है, इसका एक निश्चित और अनुमानित पैटर्न है। बीमारी के मध्यम चरण में, संकुचन समान रूप से फैला हुआ नहीं था। इसके बजाय, स्थान का सबसे महत्वपूर्ण नुकसान जोड़ के भीतरी हिस्से के अगले भाग में हुआ। स्वस्थ टखनों की तुलना में इस विशिष्ट क्षेत्र में हड्डियों के बीच का अंतर काफी कम हो गया था। हालांकि, भीतरी हिस्से का पिछला भाग अपेक्षाकृत खुला रहा, जिससे पता चला कि घिसाव अगले हिस्से पर केंद्रित था। जैसे-जैसे बीमारी गंभीर चरण तक पहुँची, यह पैटर्न फैल गया। संकुचन अगले भीतरी कोने से शुरू होकर जोड़ की सतह के पूरे भीतरी हिस्से और केंद्रीय भाग को कवर करने के लिए फैल गया। हड्डियों के बीच का स्थान इन केंद्रीय और भीतरी क्षेत्रों में अत्यंत कम हो गया, जो अक्सर दो मिलीमीटर से भी कम था।

महत्वपूर्ण रूप से, अध्ययन में पाया गया कि टखने के बाहरी हिस्से को काफी हद तक अछूता रखा गया, यहाँ तक कि सबसे गंभीर मामलों में भी। जबकि जोड़ के भीतरी और केंद्रीय हिस्से आपस में रगड़ खा रहे थे, बाहरी हिस्से ने एक स्वस्थ अंतर बनाए रखा। यह खोज इस विचार को चुनौती देती है कि अर्थराइटिस एक समान प्रक्रिया है जो एक साथ पूरे जोड़ को नष्ट कर देती है। इसके बजाय, यह एक विशिष्ट प्रक्षेपवक्र (trajectory) को दर्शाती है: क्षति अगले भीतरी कोने से शुरू होती है और पीछे तथा अंदर की ओर फैलती है, जबकि बाहरी किनारे को सुरक्षित छोड़ देती है। यह स्थानिक पैटर्न 'वेरस टखने' (varus ankle) की यांत्रिकी के अनुरूप है, जहाँ पैर अंदर की ओर घूमता है, जिससे हड्डी का अगला भीतरी हिस्सा शिन (shin) पर अधिक दबाव डालता है।

ये विस्तृत मानचित्र उस स्तर की स्पष्टता प्रदान करते हैं जो मानक एक्स-रे नहीं दे सकते। एक सपाट एक्स-रे जोड़ के सामान्य संकुचन को दिखा सकता है, लेकिन यह उस जोड़ के बीच अंतर नहीं कर सकता जो केवल सामने से क्षतिग्रस्त है और वह जो पूरी सतह पर नष्ट हो चुका है। शोधकर्ताओं ने पाया कि मध्यम मामलों में, जोड़ का एक महत्वपूर्ण हिस्सा, विशेष रूप से पिछला और बाहरी हिस्सा, अभी भी सुरक्षित था। गंभीर मामलों में, क्षति मुख्य भार-वहन करने वाली सतह पर फैल गई थी, जिससे बहुत कम स्वस्थ कार्टिलेज बचा था। सर्जरी की योजना बनाने के लिए यह अंतर अत्यंत महत्वपूर्ण है। यदि सर्जन को पता है कि क्षति केवल अगले भीतरी खंड तक सीमित है, तो वे भार को स्वस्थ बाहरी हिस्से की ओर स्थानांतरित करने के लिए पुनर्गठन सर्जरी (realignment surgery) कर सकते हैं। यदि क्षति पूरे केंद्रीय सतह को कवर करती है, तो ऐसी प्रक्रिया काम नहीं करेगी, और एक अलग उपचार की आवश्यकता होगी।

अध्ययन ने भार के तहत जोड़ को देखने के महत्व पर भी प्रकाश डाला। मरीजों के खड़े होने के दौरान लिए गए मापों ने उन परिवर्तनों को दिखाया जो मरीजों के लेटे होने पर दिखाई नहीं देते। शरीर के वजन के कारण हड्डियाँ अपनी प्राकृतिक, तनावपूर्ण स्थितियों में बैठ गईं, जिससे संकुचन की वास्तविक सीमा का पता चला। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि उनकी विधि ने हड्डियों की सतह की स्पष्ट तस्वीर प्रदान की, लेकिन इसने कार्टिलेज के बजाय हड्डियों के बीच के अंतर को मापा। हालांकि, चूंकि अंतर हड्डियों के बीच के अंतराल से निर्धारित होता है, इसलिए ये माप जोड़ की परत (lining) के स्वास्थ्य के लिए एक विश्वसनीय संकेतक (proxy) के रूप में कार्य करते हैं।

यह कार्य इस दावे के साथ नहीं आया है कि इसने टखने के अर्थराइटिस की समस्या को हल कर लिया है, न ही यह कोई नया इलाज पेश करता है। इसके बजाय, यह बीमारी को देखने का एक बेहतर तरीका प्रदान करता है। जोड़ के स्थान को तीन आयामों में दृश्यमान बनाकर और क्षति के सटीक स्थानों का मानचित्र तैयार करके, यह अध्ययन सर्जनों को निर्णय लेने के लिए एक अधिक सटीक उपकरण प्रदान करता है। यह पुष्टि करता है कि बीमारी एक विशिष्ट पथ का अनुसरण करती है, जो अगले भीतरी कोने से शुरू होकर बाहर की ओर फैलती है, जबकि बाहरी किनारे को सुरक्षित रखती है। सर्जरी का सामना कर रहे रोगियों के लिए, इसका अर्थ है कि प्रक्रिया का चुनाव उनके विशिष्ट जोड़ के विस्तृत मानचित्र द्वारा निर्देशित किया जा सकता है, न कि केवल एक सामान्य अनुमान द्वारा। यह देखना कि जोड़ वास्तव में कहाँ विफल हो रहा है और कहाँ अभी भी स्वस्थ है, उपचार को अधिक लक्षित और संभावित रूप से अधिक सफल बनाता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि जोड़ के शेष स्वस्थ हिस्सों का प्रभावी ढंग से उपयोग और संरक्षण किया जाए।