膝關(guān)節(jié)軟骨的MR應(yīng)用研究進(jìn)展

張國(guó)偉，隋鴻錦

（1.山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院CT/MR室，山東 煙臺(tái) 264001；2.大連醫(yī)科大學(xué)解剖教研室，遼寧 大連 116011）ZHANG Guo-wei1,SUI Hong-jin2

(1.CT/MR Room,Yantaishan Hospital,Yantai Shandong 264001,China; 2.Anatomy Department,Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116011,China)

膝關(guān)節(jié)軟骨在維持正常關(guān)節(jié)活動(dòng)中起著重要作用，但它的耐受力較弱，年齡的增長(zhǎng)、外傷及各種關(guān)節(jié)疾患均可導(dǎo)致軟骨發(fā)生病理改變。X線、CT檢查均不能顯示軟骨的外形和輪廓，亦不能顯示軟骨內(nèi)部的病理改變，只能通過膝關(guān)節(jié)間隙的變窄、關(guān)節(jié)周圍骨質(zhì)增生等間接征象，來推測(cè)關(guān)節(jié)軟骨的病變程度。MRI有良好的空間分辨率，可以多層面、多角度地顯示軟骨的外形及內(nèi)部變化，且因其無創(chuàng)傷、重復(fù)性好等特點(diǎn)，是目前公認(rèn)的膝關(guān)節(jié)軟骨的最佳檢查方法[1]。本文對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨的正常組織結(jié)構(gòu)及MRI表現(xiàn)、常規(guī)檢查方法及熱點(diǎn)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膝關(guān)節(jié)軟骨的正常組織結(jié)構(gòu)及MRI表現(xiàn)

膝關(guān)節(jié)軟骨屬透明軟骨，是一種特殊的結(jié)締組織，厚度約1~5mm，每個(gè)人的關(guān)節(jié)軟骨厚度在青年時(shí)期最厚，且隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸變薄。關(guān)節(jié)軟骨由表向里分為4層，最外層又稱表面帶或正切帶，由沿關(guān)節(jié)面方同排列的致密膠原纖維組成，此層構(gòu)成了關(guān)節(jié)的光滑表面，它的蛋白多糖含量最低，水分的含量最多。第二層又稱為過渡帶，由任意方向的膠原纖維交替排列構(gòu)成，軟骨細(xì)胞外觀近似圓形。第三層稱為深帶或放射帶，是構(gòu)成關(guān)節(jié)軟骨的主要部分，此層中的蛋白多糖含量最多，水分最少，膠原纖維最多而粗大，其排列基本與關(guān)節(jié)表面垂直。第四層也是最深層，稱為鈣化軟骨層，關(guān)節(jié)軟骨借此層與軟骨下骨質(zhì)分開。關(guān)節(jié)軟骨的組織成分由軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，細(xì)胞外基質(zhì)主要由水、膠原、蛋白多糖組成。膠原蛋白是基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)，至少有15種不同的膠原種類，其中90%~95%為II型膠原。蛋白多糖是一種復(fù)雜的大分子，它的亞單位葡萄糖胺聚糖（Glycosaminoglycans，GAG）側(cè)鏈被硫酸化，因此帶負(fù)電荷，并呈不均勻分布[2-4]。正常關(guān)節(jié)軟骨的MR表現(xiàn)為均勻光滑的弧線狀高信號(hào)影，或三層結(jié)構(gòu)，即中、高信號(hào)的軟骨中央可見一線樣略低信號(hào)影，軟骨的厚度過渡自然，邊緣光滑清楚，內(nèi)部沒有異常信號(hào)。目前，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為膠原的各相異性分布是導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨MR分層現(xiàn)象的主要原因[5-6]。

2 膝關(guān)節(jié)軟骨的MR常規(guī)檢查方法

2.1 自旋回波序列（SE）

在該序列的T1WI、T2WI圖像上，關(guān)節(jié)軟骨表現(xiàn)為中等信號(hào)。T1WI圖像可以較好地顯示膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)，但關(guān)節(jié)軟骨與關(guān)節(jié)液的對(duì)比較差，對(duì)軟骨表面的病損顯示不佳。T2WI圖像關(guān)節(jié)液為高信號(hào)，可以與軟骨形成較為明顯的對(duì)比，但由于軟骨深層T2弛豫時(shí)間較短，使其與軟骨下骨的對(duì)比較差[4，7]。而且該序列檢查時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，較少用于軟骨病變的檢查。

2.2 快速自旋回波序列（FSE）

T2WI圖像上關(guān)節(jié)軟骨表現(xiàn)為中等信號(hào)，軟骨與周圍高信號(hào)的關(guān)節(jié)液形成了明顯對(duì)比，相對(duì)SE序列而言，F(xiàn)SE序列提高了對(duì)軟骨表面病損的診斷準(zhǔn)確率。Potter等[8]研究認(rèn)為T2-WI FSE序列檢測(cè)軟骨表面缺損的敏感度為87%。但FSE序列是二維成像，與三維成像序列相比，具有潛在的模糊偽影。

2.3 梯度回波序列（GRE）

為了更好地在GRE序列中顯示軟骨形態(tài)及改變，常在GRE序列中增加脂肪抑制及三維成像技術(shù)，即三維抑脂擾相梯度回波序列（3D FS SPGR）。它能對(duì)關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行薄層、高分辨率的掃描，關(guān)節(jié)軟骨呈明顯的高信號(hào)影，與周圍低信號(hào)的組織形成明顯對(duì)比。Disler等[9]、Daenen等[10]認(rèn)為，在MR檢查序列中，3D FS SPGR是評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)軟骨最有價(jià)值的序列，因?yàn)樗粌H抑制了骨髓內(nèi)的脂肪組織，消除了磁敏感偽影的影響，而且掃描層厚較薄，沒有掃描間隔，使軟骨下黑線明顯變薄，軟骨厚度測(cè)量值最接近實(shí)際厚度，Disler的研究結(jié)果顯示3D FS SPGR序列對(duì)軟骨病變的敏感度為93%，較傳統(tǒng)的SE序列更高，但特異度相當(dāng)，為93%~94%。3D FS SPGR序列現(xiàn)在已成為軟骨病變的常規(guī)平掃檢查方法，但該序列的掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)軟骨內(nèi)部早期退變的敏感度較低。

3 膝關(guān)節(jié)軟骨的MR研究進(jìn)展

隨著MRI軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，MR檢查不僅能顯示關(guān)節(jié)軟骨的大體形態(tài)、也能顯示軟骨形態(tài)未發(fā)生改變前的內(nèi)部生化和病理變化，如軟骨內(nèi)的水、膠原纖維、蛋白多糖的含量變化，并進(jìn)行定量評(píng)估。

3.1 直接關(guān)節(jié)腔造影磁共振檢查（direct MRA）

direct MRA是在關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入對(duì)比劑后行T1WI掃描，具有T1WI序列清楚顯示解剖結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，以及關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)腔內(nèi)高信號(hào)對(duì)比劑的對(duì)比優(yōu)勢(shì)，能夠較好地顯示關(guān)節(jié)軟骨，對(duì)關(guān)節(jié)軟骨病損診斷的敏感性及特異度可達(dá)85%~100%[11]。direct MRA是提高關(guān)節(jié)軟骨病變的顯示分辨率及與周圍對(duì)比度的有效方法，但創(chuàng)傷性是其致命弱點(diǎn)，檢查前的準(zhǔn)備工作較繁雜，且易出現(xiàn)并發(fā)癥，使其臨床應(yīng)用明顯受限[12]。

3.2 擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）

DWI的信號(hào)強(qiáng)度主要反映水分子自由擴(kuò)散的程度，在正常關(guān)節(jié)軟骨中，大分子基質(zhì)對(duì)水分子的自由擴(kuò)散有限制作用，水分子的擴(kuò)散明顯慢于純水，而在骨性關(guān)節(jié)炎的早期階段，由于蛋白多糖和膠原的崩解，對(duì)水分子自由擴(kuò)散的限制作用減弱，從而使水分子的自由擴(kuò)散速度加快，軟骨的表觀彌散系數(shù)（ADC）增加，導(dǎo)致軟骨內(nèi)病變區(qū)呈低信號(hào)。但該序列信噪比較低、偽影較多，易產(chǎn)生漏誤診，將穩(wěn)態(tài)技術(shù)應(yīng)用于DWI后，可以提高圖像的信噪比，減少偽影的出現(xiàn)[13]。

3.3 T2地圖

軟骨T2地圖采用多回波自旋回波序列，以顯示軟骨T2值的空間分布圖。T2值受關(guān)節(jié)軟骨的水含量和膠原纖維方向的影響，在軟骨大體形態(tài)變化前，其內(nèi)部膠原纖維破壞和膠原成分的改變會(huì)造成其水含量的增加，導(dǎo)致T2值延長(zhǎng)，因此通過T2地圖，可對(duì)軟骨退變作出早期診斷。Dunn等[14]分析了55例骨關(guān)節(jié)炎的病例，結(jié)果顯示健康者T2值為32.1~ 35.0ms，關(guān)節(jié)炎患者T2值為34.4~41.0ms，除外側(cè)脛骨平臺(tái)軟骨外，健康者膝關(guān)節(jié)各部分關(guān)節(jié)軟骨與關(guān)節(jié)炎患者間有顯著差異，具有一定的診斷價(jià)值。

3.4 T1ρ地圖

T1ρ是在一個(gè)射頻磁場(chǎng)影響下顯示磁自旋弛豫特征的時(shí)間常數(shù)。T1ρ地圖可以反映骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)部成分的改變，對(duì)軟骨退變的早期診斷具有重要意義。Li等[15]對(duì)9例膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的患者及10例健康志愿者行T1ρ地圖檢查，結(jié)果顯示對(duì)照組與骨關(guān)節(jié)炎組髕股關(guān)節(jié)軟骨的T1ρ時(shí)間分別為（5.04±2.59）ms、（53.06±4.60）ms，兩組間有顯著差異。

3.5 磁共振延遲增強(qiáng)軟骨成像技術(shù)（dGEMRIC）

dGEMRIC是目前分析關(guān)節(jié)軟骨GAG變化較敏感的MR技術(shù)。dGEMRIC的原理是：正常軟骨內(nèi)帶負(fù)電荷的蛋白多糖排斥負(fù)電荷離子，其內(nèi)沒有Gd-DTPA聚集，而在軟骨早期病變時(shí)，軟骨內(nèi)蛋白多糖的含量減少，大量帶負(fù)電荷的Gd-DTPA由軟骨下骨端及滑膜兩個(gè)方向彌散進(jìn)入軟骨內(nèi)，并在病變區(qū)域濃聚，引起T1時(shí)間縮短，導(dǎo)致軟骨病變處信號(hào)增強(qiáng)[16-18]。Buchwalter[19]的研究也證實(shí)，關(guān)節(jié)軟骨因外傷、退變、炎癥等因素受到損傷時(shí)，軟骨內(nèi)蛋白多糖的降解是最早的。因軟骨表面帶含蛋白多糖最少，而深帶含蛋白多糖最多且容易丟失，所以在dGEMRIC時(shí)，深帶異常強(qiáng)化灶表現(xiàn)得更早、數(shù)量更多、范圍更大。Tiderius等[20]對(duì)早期髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者及志愿者行dGEMRIC檢查，結(jié)果顯示病例組dGEMRIC指數(shù)顯著小于對(duì)照組20%~30%，證實(shí)了其在關(guān)節(jié)軟骨退變?cè)缙谠\斷評(píng)估中的價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于dGEMRIC的掃描前準(zhǔn)備及掃描方法不盡相同，大多數(shù)學(xué)者采用Tiderius等推薦的對(duì)比劑注射后2小時(shí)為最佳時(shí)間窗，靜脈注射劑量為0.2mmol/ kg體重，患者膝關(guān)節(jié)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后掃描，掃描序列主要為T1WI、2D IRSPGR、IR-TSE、3D FS SPGR序列等。由于前兩種序列是二維成像方法，其掃描層厚及間隔較大，容易產(chǎn)生部分容積效應(yīng)，而3D FS SPGR序列是三維成像方法，掃描層厚較薄，沒有掃描間隔，優(yōu)化后的掃描序列檢查時(shí)間較短，關(guān)節(jié)軟骨在周圍低信號(hào)背景的襯托下呈明顯高信號(hào)，軟骨形態(tài)及內(nèi)部病變的信號(hào)顯示清晰，被越來越多的研究者應(yīng)用于臨床實(shí)踐中[21]，具有廣闊的發(fā)展前景。dGEMRIC的不足在于等待時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于急性嚴(yán)重性外傷、危重病人、以及對(duì)釓劑過敏的病人不宜做此項(xiàng)檢查。

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