膝關(guān)節(jié)骨及軟骨損傷的磁共振成像診斷

劉　瀟(綜述),龔洪翰(審校)

(武裝警察部隊(duì)江西總隊(duì)醫(yī)院放射科,南昌 330030)

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膝關(guān)節(jié)骨及軟骨損傷的磁共振成像診斷

劉瀟※(綜述),龔洪翰(審校)

(武裝警察部隊(duì)江西總隊(duì)醫(yī)院放射科,南昌 330030)

摘要：膝關(guān)節(jié)骨、軟骨損傷是骨科的診療難題，對(duì)其認(rèn)識(shí)不足或早期處理不當(dāng)可導(dǎo)致創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎。磁共振成像(MRI)為臨床評(píng)估骨與軟骨的損傷提供了敏感而可靠的手段，其可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)X線、CT無(wú)法發(fā)現(xiàn)的隱匿性骨折、應(yīng)力性骨折、骨挫傷、骨軟骨剝脫、軟骨缺損及關(guān)節(jié)游離體等。該文就膝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI掃描技術(shù)及常見(jiàn)骨、軟骨損傷類型進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞:骨；軟骨；損傷；膝關(guān)節(jié)；磁共振成像

膝關(guān)節(jié)骨、軟骨損傷是引起膝關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙的常見(jiàn)原因之一，其常規(guī)X線、CT檢查可無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)，因而極易延誤診斷和治療。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有極高的軟組織分辨率，是目前唯一可以通過(guò)無(wú)創(chuàng)手段評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的影像診斷方法[1-2]。常規(guī)MRI可以評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)學(xué)信息，如軟骨表面裂隙、部分或全層軟骨缺損；高場(chǎng)MRI可以評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨組織學(xué)信息，如對(duì)膠原蛋白和蛋白多糖基質(zhì)的生化、生理學(xué)變化進(jìn)行定量分析[3-4]?，F(xiàn)從常規(guī)掃描技術(shù)、抑脂技術(shù)、常見(jiàn)骨軟骨損傷類型、軟骨組織學(xué)定量分析等幾個(gè)方面對(duì)膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷進(jìn)行綜述。

1膝關(guān)節(jié)MRI掃描序列

1.1常規(guī)序列膝關(guān)節(jié)MRI應(yīng)合理運(yùn)用多方位(如軸位、矢狀位、冠狀位)、多脈沖序列(如自旋回波、快速自旋回波、梯度回波等)、多參數(shù)(不同重復(fù)時(shí)間和回波時(shí)間，快速擾相梯度回波成像、穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)、雙回波穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng))成像。選擇序列要以檢出靈敏度高、操作性好、費(fèi)時(shí)少為原則，兼顧對(duì)骨軟骨、半月板、韌帶、肌腱等解剖結(jié)構(gòu)及其病理變化檢出的靈敏度，同時(shí)盡量不增加總檢查時(shí)間。膝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI一般采用薄層(≤4 mm)高分辨率掃描，層間距0.5～1.0 mm，掃描視野為12～16 cm。通常選用以下6個(gè)序列[5-6]：①矢狀面T1加權(quán)成像(T1 weighted image,T1WI)：可較好地顯示膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)，對(duì)骨折、骨髓水腫檢出的靈敏度較高；②矢狀位質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted imaging，PDWI) +脂肪抑制(fat saturation，F(xiàn)S)：是最常用的骨與關(guān)節(jié)掃描序列，對(duì)半月板的解剖結(jié)構(gòu)和病理改變檢出的靈敏度高；③矢狀位T2加權(quán)成像(T2 weighted image,T2WI)+FS：對(duì)肌腱、韌帶損傷、骨髓水腫、肌肉撕裂等檢出的靈敏度高；④冠狀位T2WI+FS：對(duì)脛腓側(cè)副韌帶、半月板前后根、交叉韌帶、骨髓等病理改變檢出的靈敏度高；⑤冠狀位PDWI+FS：對(duì)半月板解剖結(jié)構(gòu)和病理改變檢出的靈敏度高；⑥軸位 T2WI+FS：對(duì)髕骨支持帶、膝關(guān)節(jié)后內(nèi)側(cè)/后外側(cè)角結(jié)構(gòu)、骨髓等病理改變檢出的靈敏度高。

1.2附加序列當(dāng)需要進(jìn)一步評(píng)估軟骨、半月板形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化時(shí)，可選擇下列1～2個(gè)序列[5-6]，①矢狀位T2*梯度回波：主要用于觀察半月板和軟骨的病理改變；②矢狀位FS三維快速擾相梯度回波成像：主要用于評(píng)估半月板和軟骨的形態(tài)以及病理改變；③矢狀位三維雙回波穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)：主要用于評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的病理改變；④矢狀位三維穩(wěn)態(tài)采集快速成像(3D平衡穩(wěn)定狀態(tài)自由進(jìn)動(dòng))+FS：主要用于評(píng)估軟骨、半月板及韌帶的病理改變；⑤放射狀T2*梯度回波：主要用于觀察軟骨損傷；⑥矢狀位短時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)(short time inversion recovery，STIR)+FS：主要用于觀察半月板損傷、交叉韌帶及髕韌帶損傷、骨挫傷。

2MRI抑脂技術(shù)

2.1脂肪組織MRI信號(hào)特點(diǎn)及其對(duì)MRI圖像的不良影響脂肪組織質(zhì)子密度高，T1值很短、T2值較長(zhǎng)，因此T1WI脂肪呈高信號(hào)、T2WI為較高信號(hào)，而快速自旋回波-T2WI的信號(hào)強(qiáng)度更高。充分利用脂肪組織MRI的信號(hào)特點(diǎn)，可以增強(qiáng)掃描部位組織間的天然對(duì)比，提高病變檢出率[5-6]。

脂肪組織也可降低MRI圖像的質(zhì)量，具體表現(xiàn)在：①脂肪組織可引起運(yùn)動(dòng)偽影，若被檢組織在掃描過(guò)程中發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)，即可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，組織信號(hào)強(qiáng)度越高、運(yùn)動(dòng)偽影越明顯，從而影響整體圖像質(zhì)量；②水-脂肪界面化學(xué)位移偽影；③脂肪組織降低圖像對(duì)比度，如正常骨髓呈高信號(hào)，而骨髓腔內(nèi)病變T2WI也呈高信號(hào)，導(dǎo)致病變與正常骨髓缺乏對(duì)比度，肌腱、韌帶損傷時(shí)，因脂肪高信號(hào)的干擾，影響病變檢出的靈敏度；④降低增強(qiáng)掃描效果。

2.2常用抑脂序列及抑脂的優(yōu)越性不同場(chǎng)強(qiáng)的MRI，抑脂方法不同；同一場(chǎng)強(qiáng)的MRI，部位不同、序列不同，抑脂方法也各異。頻率選擇飽和與STIR是臨床最常用的抑脂技術(shù)(序列)。參數(shù)不同也可以影響軟骨與關(guān)節(jié)液間的對(duì)比度。

合理運(yùn)用抑脂技術(shù)可以提高病變檢出的靈敏度。膝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI，除T1外，其他序列一般都采用抑脂技術(shù)。抑脂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：①減少化學(xué)位移偽影、運(yùn)動(dòng)偽影及其他相關(guān)偽影；②抑制脂肪組織的信號(hào)可增加脂質(zhì)與非脂質(zhì)界面的對(duì)比度，提高關(guān)節(jié)軟骨損傷、骨挫傷檢查的靈敏度；③鑒別靶組織/結(jié)構(gòu)是否含有脂肪組織，為鑒別診斷提供信息(如關(guān)節(jié)內(nèi)球狀脂肪)；④提高增強(qiáng)掃描對(duì)病變檢出的靈敏度[6]。

3不同場(chǎng)強(qiáng)磁共振成像評(píng)估膝關(guān)節(jié)損傷的可行性

有學(xué)者認(rèn)為，0.2 T以下低場(chǎng)強(qiáng)磁共振(magnetic resonance，MR)不適用于對(duì)關(guān)節(jié)軟骨損傷和骨關(guān)節(jié)炎的評(píng)估，建議選擇1.0 T 以上MR[7]。3.0 T MR與1.5 T MR相比，在相同掃描時(shí)間內(nèi)具有更優(yōu)良的圖像信躁比和空間分辨率[6]。使用下肢或膝關(guān)節(jié)專用線圈，可以獲得更高的圖像信躁比和空間分辨率。

4骨、軟骨損傷的磁共振成像診斷

4.1骨折與脫位臨床高度懷疑骨折，而X線無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)的MRI可清晰顯示骨折。MRI的骨折線表現(xiàn)為線樣低信號(hào)，周?chē)鷩@骨挫傷區(qū)。關(guān)節(jié)內(nèi)骨折可使脂質(zhì)化，骨髓漏出至關(guān)節(jié)腔，導(dǎo)致“脂血征”“脂血分層”征象。撕脫性骨折的發(fā)生部位具有規(guī)律性，一般見(jiàn)于膝關(guān)節(jié)囊、脛/腓側(cè)韌帶以及肌腱的骨骼附著點(diǎn)如髁間嵴、脛骨平臺(tái)后外側(cè)角、脛骨平臺(tái)內(nèi)側(cè)緣、髕骨上/下緣、股骨內(nèi)/外側(cè)髁緣、腓骨頭等部位，當(dāng)骨碎片無(wú)移位時(shí)，X線檢查很難有陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)。肌腱、韌帶的撕脫傷，X線、CT檢測(cè)除能顯示局部軟組織腫脹外，一般無(wú)陽(yáng)性征象，當(dāng)肌腱、韌帶附著點(diǎn)發(fā)生撕脫性骨折時(shí)，才有陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)。MRI除可以顯示撕脫性骨折征象外，還可以準(zhǔn)確評(píng)估相關(guān)韌帶、半月板及肌腱的損傷[8]。若撕脫性骨折僅發(fā)生于骨皮質(zhì)，且骨折碎片菲薄、相鄰骨質(zhì)無(wú)骨髓水腫時(shí)，MRI可出現(xiàn)假陰性。為了減少漏診，建議MRI考慮為肌腱或韌帶止點(diǎn)撕脫傷的病例，常規(guī)行膝關(guān)節(jié)螺旋CT掃描+三維重建。

對(duì)于應(yīng)力性骨折，X線、CT一般無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)，而MRI可以清晰顯示應(yīng)力骨折征象，如骨髓水腫、骨小梁微骨折、骨皮質(zhì)中斷以及相應(yīng)部位肌肉軟組織損傷等。膝關(guān)節(jié)應(yīng)力性骨折(疲勞性骨折)常見(jiàn)于脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)，屬功能不全性骨折，常合并骨壞死，好發(fā)于老年人。老年人膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)疼痛的主要原因之一即自發(fā)性骨壞死(spontaneous osteonecrosis of the knee，SONK)，SONK可累及股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨下骨質(zhì)。研究認(rèn)為，此種骨質(zhì)的病理性改變是軟骨下壓縮性骨折，而非真正的骨壞死[9]。SONK征象具有特征性，即廣泛累及股骨內(nèi)側(cè)髁大部的軟骨下骨水腫以及股骨髁承重區(qū)局部的低信號(hào)，可同時(shí)伴股骨髁變平或無(wú)形態(tài)學(xué)改變[10]。

MRI適用于對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨、半月板及肌腱韌帶的全面評(píng)價(jià)[11-12]，其可以顯示關(guān)節(jié)脫位所致的脛、腓側(cè)副韌帶斷裂[13]。髕骨脫位時(shí)，通常合并髕骨內(nèi)側(cè)支持韌帶撕裂，軸位檢出的靈敏度相對(duì)較高[14-15]。MRI顯示的骨骺、關(guān)節(jié)軟骨、半月板及肌腱韌帶的細(xì)微損傷可為臨床治療、康復(fù)訓(xùn)練提供有益的指導(dǎo)[16]。

4.2骨髓水腫/骨挫傷骨挫傷，又稱隱匿性骨軟骨損傷，是指彌漫性骨小梁損傷、局限性軟骨下骨折，包括累及關(guān)節(jié)軟骨的一系列損傷。骨挫傷主要的病理改變包括損傷區(qū)骨髓出血、水腫，骨小梁輕度損傷、微骨折，可伴有關(guān)節(jié)軟骨的損傷，但相應(yīng)部位骨皮質(zhì)正常。骨挫傷主要是骨松質(zhì)內(nèi)的出血和水腫。T2WI+FS和STIR顯示骨髓水腫最敏感。骨挫傷可以僅局限于直接被撞擊的部位，但更常見(jiàn)于撕裂韌帶的骨骼止點(diǎn)區(qū)；骨挫傷的典型表現(xiàn)取決于骨損傷的類型[17]，如當(dāng)前交叉韌帶完全斷裂時(shí)，膝關(guān)節(jié)可發(fā)生橫向半脫位，導(dǎo)致股骨外側(cè)髁與脛骨平臺(tái)后外側(cè)緣發(fā)生撞擊，導(dǎo)致撞擊部位發(fā)生骨髓水腫，即所謂“對(duì)吻骨挫傷”，此征象為前交叉韌帶撕裂最常見(jiàn)的間接征象。

Lynch等[18]根據(jù)MRI征象將骨挫傷分為Ⅲ型，Ⅰ型：T1WI、質(zhì)子密度加權(quán)成像，表現(xiàn)為骨端、干骺端或骨骺的彌漫性、網(wǎng)格狀低信號(hào)；T2WI呈彌漫性、網(wǎng)格狀高信號(hào)，T2WI+ FS或STIR圖像信號(hào)更高；骨損傷區(qū)骨髓信號(hào)強(qiáng)度變異較大，但無(wú)骨皮質(zhì)中斷征象。Ⅱ型和Ⅲ型：T1WI、PDWI信號(hào)表現(xiàn)與Ⅰ型相似，Ⅱ型伴有骨皮質(zhì)中斷，Ⅲ型骨質(zhì)異常信號(hào)僅限于損傷區(qū)和骨皮質(zhì)下方，無(wú)骨皮質(zhì)中斷。

4.3關(guān)節(jié)軟骨損傷軟骨損傷常見(jiàn)于反復(fù)的慢性損傷和退變；急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷多發(fā)生于35歲以下的青少年和兒童，若軟骨損傷癥狀隱匿、輕微，很容易耽誤治療，導(dǎo)致?lián)p傷性骨關(guān)節(jié)炎[19]，軟骨下骨髓水腫和小囊變常與關(guān)節(jié)軟骨病變同時(shí)發(fā)生。MRI診斷軟骨損傷的靈敏度取決于所選用的脈沖序列，2D-快速自旋回波 (包括T1WI、T2WI、PDWI) +FS或不加FS是評(píng)估軟骨損傷最常用的序列。隨著MR技術(shù)的進(jìn)步以及3 T以上MR的應(yīng)用，評(píng)估軟骨的新技術(shù)層出不窮；評(píng)估軟骨形態(tài)學(xué)的序列有：3D-快速自旋回波、三維快速小角度激發(fā)、三維驅(qū)動(dòng)平衡傅立葉變換、三維穩(wěn)態(tài)雙回波進(jìn)動(dòng)、三維平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)、三維穩(wěn)態(tài)快速采集成像、大采樣各向同性投影穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)、可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波等；評(píng)估軟骨生理功能的序列有：T2 Mapping(T2圖)、釓劑延遲增強(qiáng)軟骨成像、T1ρ成像、23Na成像、DWI等[3-4,6,20-23]。軟骨損傷MRI表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨面局限性信號(hào)異常、軟骨剝脫、軟骨關(guān)節(jié)面下骨水腫以及骨軟骨剝脫分離等。目前，軟骨損傷的分級(jí)方法尚未統(tǒng)一，但基本都是根據(jù)軟骨關(guān)節(jié)面完整性、軟骨損傷深度、軟骨碎塊是否分離、移位等綜合評(píng)估[24-25]。軟骨下骨水腫通常與無(wú)明顯骨折的損傷合并發(fā)生；MRI可以敏感地發(fā)現(xiàn)骨小梁微骨折所致的骨水腫和出血，此異常征象可持續(xù)數(shù)月[26]。

Oeppen等[27]將急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的MRI表現(xiàn)分為5級(jí)；1級(jí)：軟骨輪廓完整、信號(hào)異常；2級(jí)：軟骨缺損表淺或淺裂隙；3級(jí)：軟骨缺損較深或深裂隙；4級(jí)：伴有關(guān)節(jié)軟骨面下骨水腫的軟骨全層損傷；5級(jí)：伴有骨軟骨碎片分離的骨軟骨損傷。

僅根據(jù)MRI鑒別診斷急、慢性軟骨損傷比較困難，通過(guò)分析急性骨損傷、韌帶撕裂的方位、類型，推測(cè)膝關(guān)節(jié)損傷的生物力學(xué)機(jī)制可為急、慢性軟骨損傷提供有價(jià)值的鑒別信息[16]。

剝脫性骨軟骨炎是指局限性軟骨下骨壞死，MRI檢出靈敏度高，目前認(rèn)為，其與急性外傷性骨軟骨骨折或反復(fù)輕微外傷導(dǎo)致的血運(yùn)障礙有關(guān)[28]。典型的剝脫性骨軟骨炎好發(fā)于股骨內(nèi)側(cè)髁外側(cè)面，其次為股骨外側(cè)髁、髕骨。剝脫性骨軟骨炎的關(guān)節(jié)軟骨可發(fā)生破裂、也可保持完整，陳舊性病變可自愈并由軟骨充填。一般而言，疼痛明顯的剝脫性骨軟骨炎必須采用關(guān)節(jié)鏡切除不穩(wěn)定性骨碎片或行鉆孔手術(shù)以促進(jìn)病變軟骨再血管化，以利于愈合。MRI根據(jù)剝脫軟骨碎片與骨床交界面T2信號(hào)的改變，可以較準(zhǔn)確地評(píng)估骨碎片的穩(wěn)定性：骨碎片與骨床交界面T2信號(hào)不高，則提示骨碎片穩(wěn)定或愈合；若骨碎片與骨床之間出現(xiàn)液性高信號(hào)，則是診斷骨碎片不穩(wěn)定的可靠征象[29]；這種骨軟骨碎片亦可以與骨床分離，成為關(guān)節(jié)游離體。

5小結(jié)

MRI是臨床目前唯一的可以在活體內(nèi)對(duì)關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)學(xué)、組織學(xué)進(jìn)行半定量、定量分析的無(wú)創(chuàng)成像技術(shù)。通過(guò)多參數(shù)、多序列設(shè)計(jì)，MRI可以觀察關(guān)節(jié)軟骨厚度、體積、完整性以及關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)形態(tài)；特別是3.0 T超強(qiáng)MR的應(yīng)用，使MRI在膝關(guān)節(jié)骨與軟骨創(chuàng)傷方面具有更大的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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Study on MRI Diagnosis of Knee Osteochondral InjuryLIUXiao，GONGHong-han.(DepartmentofRadiology,JiangxiProvincialCorpsHospitalofChinesePeople′sArmedPoliceForce,Nanchang330030,China)

Abstract:Osteochondral and articular injuries are difficult problems of diagnosis and treatment in orthopedics,insufficient knowledge of them and inappropriate treatment in early stages can lead to traumatic osteoarthritis.Magnetic resonance imaging(MRI) technique provides a sensitive and reliable diagnostic tool for evaluating cartilage and osteochondral injury,as it can find occult fractures,stress fractures,osteal contusion,osteochondritis dissecans,chondral defects and joint loose bodies,which cannot be detected by general X-ray and CT.Here is to make a review of the general MRI technique,as well as common types of bone and cartilage injury.

Key words:Bone; Cartilage; Injury; Knee joint; Magnetic resonance imaging

收稿日期：2014-05-12修回日期：2014-09-29編輯：辛欣

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.048

中圖分類號(hào)：R684.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)13-2426-03