Knee osteoarthritis deals with the loss of cartilaginous substances. Biomaterial implant using mesenchymal stromal cells was usually used to perform cartilage regeneration. The bio-integration and biofunctionality assessments of the used biomaterial implant on the injury sites require the longitudinal monitoring of the cartilage over times. The aim of this present study was to develop a characterization framework of the cartilage in knee osteoarthritis especially its morphological properties and contact areas derived from high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) technique. Manual segmentation procedure was applied for extracting cartilage from surrounding biological tissues. Geometrical computing techniques were applied to calculate characterization properties of the rat cartilage. As clinical case study, curvature, thickness, volume and relative contact area properties of the rat cartilage in knee osteoarthritis were quantified on each knee full model and/or its region of interest (ROI) models. We found that the cartilage thickness and volume of three cartilage compartments decrease at the beginning (from 7 to 28 days). Tibial cartilage thickness increases at the end of the osteoarthritis process (from 28 to 56 days). This is due to the fact that the cartilage swelling occurred during osteoarthritis process. These findings were confirmed when observing cartilage curvature; we noted that there is an increasing curvature due to the incurvation effect of the cartilage during osteoarthritis process. The relative contact areas of three cartilage compartments increase slightly. However, the difference between control knees and osteoarthritis knees is significant. ROIs analyses of the thickness and curvature properties were also reported on the femoral and tibial cartilages.

L’arthrose concerne la perte de substances cartilagineuses. L’implant biomatériau utilisant des cellules souches mésenchymateuses est généralement utilisé pour effectuer la régénération du cartilage. L’évaluation de la bio-intégration et de la biofonctionnalité de l’implant utilisé nécessite le suivi longitudinal du cartilage au cours du processus d’arthrose. L’objectif de cette étude est de développer une plateforme de caractérisation pour les propriétés morphologiques et les aires de contact du cartilage à partir d’imagerie par résonance magnétique (IRM) de haute résolution. La segmentation manuelle a été appliquée pour l’extraction et la reconstruction en 3D du cartilage. Les calculs géométriques ont été appliqués pour quantifier les paramètres de caractérisation du cartilage. En application, la courbure, l’épaisseur, le volume et des aires de contact relatif du cartilage avec arthrose du rat ont été quantifiés. Le modèle total de genou ainsi ses régions d’intérêt ont été étudiés. Nous avons constaté que l’épaisseur et le volume des trois compartiments du cartilage diminuent au début (de 7 à 28 jours) du processus de l’arthrose. L’épaisseur du cartilage tibial augmente à la fin du processus de l’arthrose (de 28 à 56 jours). Cela est dû au fait que le gonflement (inflammation) s’est produit pendant le processus de l’arthrose. Ces remarques ont été confirmées lors de l’observation de la courbure du cartilage ; nous avons constaté qu’il y a une augmentation de la courbure en raison de l’effet d’incurvation du cartilage au cours du processus de l’arthrose. Les aires de contact relatif des trois compartiments du cartilage augmentent légèrement de 7 à 56 jours. Toutefois, la différence entre les aires de contact des genoux de contrôle et des genoux d’arthrose est importante. L’épaisseur et la courbure des cartilages fémoraux et tibiaux ont également été présentées selon les régions d’intérêt.