Abstract Cartilage-related diseases such as osteoarthritis (OA) are a major cause of disability and decrease in the quality of life. Moreover OA causes a heavy economical burden on the social welfare and health care systems. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) provides accurate noninvasive method of morphological evaluation of the articular cartilage. However, there are early degenerative changes in the articular cartilage that can be evaluated with modern quantitative MRI methods prior to the signs of cartilage loss. In this study, T2 relaxation time of the articular cartilage was further evaluated in 1.5T in vivo using clinical patients and asymptomatic volunteers. The detection of focal patellar cartilage lesions in T2 mapping as compared to standard clinical MRI was evaluated. T2 mapping showed more lesions than the clinical MRI, and in T2 maps the lesions appeared generally wider. This suggests that T2-mapping is feasible in the clinical setting and may reveal cartilage lesions not seen in the standard knee MRI. The normal topographical variation of T2 relaxation time of articular cartilage in different compartments of the knee joint and at different zones of cartilage in young healthy adults was assessed. T2 values were significantly higher in the superficial zone as compared to the deep tissue at all locations and there was remarkable variation in T2 relaxation between different locations. The normal variation in cartilage T2 within a joint is significant and should be acknowledged when pathology-related T2 changes are investigated. The short- and long-term repeatability of T2 relaxation time measurements of articular cartilage in the knee joint was assessed. The results showed mostly good repeatability, and with careful patient positioning T2 relaxation time at the different cartilage surfaces of the knee can be accurately determined. / Tiivistelmä Nivelrikko, joka usein liittyy nivelruston vaurioitumiseen, aiheuttaa merkittävää toimintakyvyn ja elämänlaadun heikentymistä ikääntyvässä väestössä. Lisäksi nivelrikosta aiheutuu merkittäviä kustannuksia sosiaali- ja terveydenhuollolle. Magneettikuvaus on tarkka kajoamaton menetelmä rustovaurioiden arvioimiseksi. Kuitenkin rustovaurion alkuvaiheessa tapahtuu ruston sisäisiä rakenteellisia ja biokemiallisia muutoksia, joita on mahdollista arvioida uusilla kvantitatiivisilla magneettikuvausmenetelmillä ennen varsinaisten rustopuutosten kehittymistä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin ruston T2-relaksaatioaikamittausta 1.5T magneettikuvauslaitteella sekä potilasaineistossa että vapaaehtoisilla. Tutkimuksessa verrattiin paikallisten rustomuutosten havaitsemisen herk¬kyyttä T2-relaksaatioaikakartoituksen ja tavanomaisen kliinisen magneetti¬kuvauksen välillä kliinisessä potilasaineistossa. T2-relaksaatiomittaus osoitti useampia muutoksia kuin kliininen magneettikuvaus ja muutokset olivat yleensä laajempia. Voidaan olettaa, että T2-relaksaatioaikamittaus soveltuu kliiniseen käyttöön ja voi osoittaa tavanomaisessa magneettikuvauksessa näkymättömiä rustomuutoksia. Tutkimuksessa arvioitiin ruston T2-relaksaatioajan paikkakohtaista ja kerroksittaista vaihtelua polven nivelpintojen eri alueilla nuorten vapaaehtoisten aineistossa. T2-relaksaatioaika oli merkitsevästi pidempi ruston pinnallisessa kuin syvässä kerroksessa kaikilla nivelpintojen alueilla. Lisäksi T2-relaksaatioajassa oli merkittävää normaalia vaihtelua eri alueiden välillä ja tämä tulisi huomioida ruston patologisia muutoksia arvioitaessa. Tutkimuksessa arvioitiin polven ruston T2-relaksaatioajan lyhyen ja pitkän aikavälin toistettavuutta vapaaehtoisaineistossa. Tulokset osoittivat enimmäkseen hyvää toistettavuutta ja huolellisella asettelulla voidaan ruston T2-relaksaatioaika mitata luotettavasti polven nivelpintojen eri alueilla.

Abstract Knee osteoarthritis (OA) is one of the main causes of chronic disability in elderly people. In end-stage knee OA, patients experience both short- and long-term benefits from total knee arthroplasty (TKA). All the significant deficiencies in functional capacity and health-related quality of life (HRQOL) are not spontaneously resolved after surgery. Therefore, it is essential that patients receive effective rehabilitation. So far, there are no gold standards in terms of outcome measurements of TKA and rehabilitation in connection with surgery. The present series of studies was designed for the purpose of examining the effectiveness and cost-effectiveness of a multidisciplinary rehabilitation program compared with conventional orthopedic care, the attributes of disability in elderly knee OA patients waiting for primary TKA, and the impact of patient-relevant factors on the outcome of TKA one year after surgery. Special emphasis was placed on self-reported functional capacity, HRQOL, and objectively measured functional capacity. Objective and subjective physical function and HRQOL were investigated with a battery of physical function tests and questionnaires (WOMAC, 15D, and RAND-36) during a one-year follow-up. Pain, body mass index (BMI), and antero-posterior laxity of the affected knee were the main attributes of self-reported disability in the patients waiting for primary TKA. The multidisciplinary rehabilitation program did not yield faster attainment of recovery than did conventional orthopedic care. Equal, significant improvement in HRQOL and functional capacity was found in both groups, but conventional care was clearly cost-saving. A preoperative score below the general population level on the 15D, the presence of pain, higher age, and the presence of pulmonary disease preoperatively decreased the possibility of reaching the HRQOL level of the general population. More severe pain preoperatively was associated with a higher degree of functional recovery. The presence of osteoporosis, male gender, impaired function of the opposite knee, and higher age were associated with a lower degree of improvement in self-reported function. The results highlight the multifactorial nature of health status in TKA. Further intervention studies are needed to identify patients who would benefit most from intensive rehabilitation interventions after TKA and to create standards for outcome tools after joint replacement surgery and rehabilitation interventions. / Tiivistelmä Polvinivelrikko on merkittävimpiä niistä sairauksista, jotka rajoittavat ikääntyneiden toimintakykyä. Vaikka tekonivelleikkauksella voidaan sekä välittömästi että pidemmän ajan kuluessa kohentaa merkittävästi polvinivelrikosta kärsivien elämänlaatua ja toimintakykyä, osa potilaista ei leikkauksen jälkeenkään selviydy hyvin arjestaan. Siksi on tärkeää, että potilasta kuntoutetaan tekonivelleikkauksen jälkeen asianmukaisesti ja tehokkaasti. Leikkauksen ja kuntoutuksen tuloksellisuutta arvioivien mittareiden käytöstä ei ole olemassa standardoituja suosituksia. Tämän väitöskirjan päätavoitteena oli selvittää 2–4 kuukautta leikkauksen jälkeen toteutetun, moniammatillisen, polikliinisen kuntoutuksen kustannustehokkuutta sekä sen vaikuttavuutta elämänlaatuun ja toimintakykyyn verrattuna perinteiseen ortopediseen hoitokäytäntöön. Lisäksi selvitettiin tekijöitä, jotka heikentävät potilaan toimintakykyä pitkälle edenneessä polvinivelrikossa, sekä potilaslähtöisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat leikkaustulokseen vuosi leikkauksen jälkeen. Itsearvioitua toimintakykyä sekä elämänlaatua arvioitiin kyselykaavakkeiden (WOMAC, 15D ja RAND-36) avulla ja fyysistä toimintakykyä mitattiin testipatteristolla. Tutkimuksen seuranta-aika oli yksi vuosi. Painoindeksi, kipu ja leikattavan polven etu-takasuuntainen väljyys selittivät eniten tekonivelleikkausta odottavien potilaiden toimintakyvyn rajoitteita. Potilaiden elämänlaatu ja toimintakyky kohenivat merkittävästi tekonivelleikkauksen jälkeen. Moniammatillisesti toteutettu kuntoutus ei tehostanut leikkauksesta toipumista verrattaessa sitä perinteiseen ortopediseen hoitokäytäntöön, joka vertailussa myös säästi selkeästi kustannuksia. Väestökeskiarvoa huonommaksi koettu elämänlaatu jo ennen leikkausta, kivuliaisuus, korkea ikä ja keuhkosairaudet heikensivät mahdollisuutta saavuttaa väestökeskiarvon tasoinen koettu elämänlaatu vuosi leikkauksen jälkeen. Leikkausta edeltävä vaikea-asteinen kivuliaisuus assosioitui merkittävään toimintakyvyn parantumiseen. Osteoporoosi, miessukupuoli, vastakkaisen polvinivelen epänormaali toiminta ja korkea ikä taas liittyivät vaatimattomampana koettuun toimintakyvyn parantumiseen. Tekonivelleikattujen potilaiden terveydentilan monitekijäisyys heijastuu tutkimustuloksiin. Jatkossa tarvitaan interventiotutkimuksia, jotta voitaisiin paremmin tunnistaa ne potilaat, jotka hyötyisivät eniten tehostetusta leikkauksen jälkeisestä kuntoutuksesta. Lisäksi olisi tärkeää tutkia, miten kuntoutuksen tuloksellisuutta arvioivia mittareita voitaisiin yhtenäistää.