ETD

• Apparent Diffusion Coefficient (ADC)
• Charcot Foot MRI
• Charcot neuro-osteoarthropathy (CNO)

Background - Charcot neuro-osteoarthropathy (CNO) is a destructive complication of diabetes mellitus, characterized by progressive bone and joint degeneration resulting from peripheral neuropathy and impaired pain perception. Early diagnosis and accurate disease activity assessment are crucial for effective management, yet remain challenging. Magnetic Resonance Imaging (MRI), particularly Diffusion-Weighted Imaging (DWI) and Apparent Diffusion Coefficient (ADC) mapping, offers a promising quantitative biomarker for evaluating disease activity and treatment response.
Objective - To investigate the potential role of magnetic resonance imaging (MRI), with particular emphasis on Diffusion Weighted Imaging (DWI) and Apparent Diffusion Coefficient (ADC) maps, as a quantitative biomarker of disease activity in patients with Charcot neuro-osteoarthropathy (CNO). Specifically, to assess the correlation between ADC values and clinical parameters of activity—such as the plantar–dorsal temperature difference (ΔT), skin thickness, and overall foot thickness—and to evaluate their predictive value for clinical and radiological stabilization under off-loading therapy.
Material and Methods - A retrospective study was conducted including 56 consecutive patients with confirmed CNO who underwent clinical and MRI evaluation at baseline (T0) and after off-loading treatment (T1). MRI protocol included T1-weighted, Fast Spin Echo Inversion Recovery (FSE-IR), and DWI sequences (b values: 0 and 800). ADC maps were generated, and Regions of Interest (ROIs) were positioned in areas of bone marrow edema (BME) and in adjacent normal bone to calculate ADC values and ADC Ratios. On FSE-IR images, Signal Intensity (SI) Ratios were obtained with the formula (SI affected bone – SI normal bone)/SI normal bone.
Soft-tissue measurements (skin and foot thickness) were performed in all patients according to the Sanders and Frykberg classification, across type 1 to 4, on planes perpendicular to the long axis of the third metatarsal or tibia, depending on the anatomical region involved.
Results - Baseline ADC values showed a correlation with both ΔT and soft-tissue thickness. ADC ratios and FSE-IR ratios demonstrated significant longitudinal variation between T0 and T1, consistent with BME regression and clinical improvement after off-loading therapy. Patients who reached early clinical stabilization exhibited higher initial ADC values and a greater relative increase at follow-up. Any type 5 was detected in any case.
Incomplete clinical data were present in a minority of patients but did not significantly affect correlation outcomes.
Conclusion - MRI quantitative parameters—particularly ADC values appear to be promising non-invasive biomarkers for assessing disease activity and monitoring treatment response in Charcot neuro-osteoarthropathy. Their integration with clinical parameters, such as ΔT and soft-tissue thickness, could enhance objective disease assessment and support personalized therapeutic management. However, further studies are needed to establish the reliability of the ADC parameter as a biomarker for grading Charcot foot disease. Indeed, the limitations of our study include the small sample size, the temperature measurements not performed on the same day as the MRI examination, and the lack of true standardization in measuring skin and overall foot thickness on MRI

Background - La neuro-osteoartropatia di Charcot (CNO) rappresenta una grave complicanza del diabete mellito, caratterizzata da una progressiva alterazione destruente delle strutture ossee e articolari, conseguente alla neuropatia periferica e alla compromissione della percezione dolorifica. La diagnosi precoce e la valutazione accurata dell’attività di malattia sono elementi fondamentali per una gestione efficace, ma tuttora di difficile realizzazione. La risonanza magnetica (RM), in particolare mediante le sequenze a diffusione (Diffusion-Weighted Imaging, DWI) e le mappe del coefficiente apparente di diffusione (Apparent Diffusion Coefficient, ADC), si configura come un potenziale biomarcatore quantitativo per la valutazione dell’attività di malattia e della risposta terapeutica.
Obiettivo - Valutare il potenziale ruolo della risonanza magnetica (RM), con particolare enfasi sulle sequenze DWI e sulle mappe ADC, quale biomarcatore quantitativo dell’attività di malattia nei pazienti affetti da neuro-osteoartropatia di Charcot (CNO). In particolare, analizzare la correlazione tra i valori di ADC e i principali parametri clinici di attività — quali la differenza di temperatura plantare-dorsale (ΔT), lo spessore cutaneo e lo spessore complessivo del piede — e determinarne il valore predittivo in relazione alla stabilizzazione clinica e radiologica dopo terapia.
Materiali e Metodi - È stato condotto uno studio retrospettivo su 56 pazienti consecutivi con diagnosi confermata di CNO, sottoposti a valutazione clinica e RM al basale (T0) e dopo trattamento di scarico (T1). Il protocollo RM comprendeva sequenze T1-pesate, Fast Spin Echo Inversion Recovery (FSE-IR) e DWI (valori b: 0 e 800). Sono state generate mappe ADC e posizionate regioni di interesse (ROI) nelle aree di edema midollare osseo (Bone Marrow Edema, BME) e nell’osso normale adiacente, per il calcolo dei valori di ADC e dei rapporti ADC. Sulle immagini FSE-IR sono stati calcolati i rapporti di intensità di segnale (Signal Intensity, SI) mediante la formula: (SI osso affetto – SI osso normale) / SI osso normale.
Le misurazioni dei tessuti molli (spessore cutaneo e spessore complessivo del piede) sono state eseguite in tutti i pazienti secondo la classificazione di Sanders e Frykberg, nei tipi da 1 a 4, su piani perpendicolari all’asse lungo del terzo metatarso o della tibia, a seconda della sede anatomica coinvolta.
Risultati - I valori basali di ADC hanno mostrato una correlazione con la ΔT e con lo spessore dei tessuti molli. I rapporti ADC e FSE-IR hanno evidenziato variazioni longitudinali significative tra T0 e T1, coerenti con la regressione dell’edema midollare e il miglioramento clinico successivo alla terapia di scarico. I pazienti che hanno raggiunto una stabilizzazione clinica precoce presentavano valori iniziali di ADC più elevati e un incremento relativo maggiore al follow-up. Non è stato riscontrato nessun tipo 5.
La presenza di dati clinici incompleti in una minoranza di pazienti non ha influenzato in modo significativo i risultati delle analisi di correlazione.
Conclusioni - I parametri quantitativi ottenuti dalla risonanza magnetica — in particolare i valori di ADC — si dimostrano promettenti come biomarcatori non invasivi per la valutazione dell’attività di malattia e del monitoraggio della risposta terapeutica nella neuro-osteoartropatia di Charcot. L’integrazione dei parametri RM con indici clinici, quali la ΔT e lo spessore dei tessuti molli, potrebbe migliorare la valutazione oggettiva della malattia e favorire un approccio terapeutico personalizzato. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi prospettici su casistiche più ampie per confermare l’affidabilità dell’ADC come biomarcatore di stadiazione della malattia di Charcot. Le principali limitazioni dello studio includono la ridotta numerosità del campione, la mancata contemporaneità tra le misurazioni termometriche e l’esame RM, e l’assenza di una standardizzazione completa nella valutazione dello spessore cutaneo e del piede alla RM.