膝关节骨及软骨损伤的磁共振成像诊断

刘　潇(综述),龚洪翰(审校)

(武装警察部队江西总队医院放射科,南昌 330030)



膝关节骨及软骨损伤的磁共振成像诊断

刘潇※(综述),龚洪翰(审校)

(武装警察部队江西总队医院放射科,南昌 330030)

摘要：膝关节骨、软骨损伤是骨科的诊疗难题，对其认识不足或早期处理不当可导致创伤性骨关节炎。磁共振成像(MRI)为临床评估骨与软骨的损伤提供了敏感而可靠的手段，其可以发现常规X线、CT无法发现的隐匿性骨折、应力性骨折、骨挫伤、骨软骨剥脱、软骨缺损及关节游离体等。该文就膝关节常规MRI扫描技术及常见骨、软骨损伤类型进行综述。

关键词:骨；软骨；损伤；膝关节；磁共振成像

膝关节骨、软骨损伤是引起膝关节疼痛和功能障碍的常见原因之一，其常规X线、CT检查可无阳性发现，因而极易延误诊断和治疗。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有极高的软组织分辨率，是目前唯一可以通过无创手段评估关节软骨的影像诊断方法[1-2]。常规MRI可以评估关节软骨形态学信息，如软骨表面裂隙、部分或全层软骨缺损；高场MRI可以评估关节软骨组织学信息，如对胶原蛋白和蛋白多糖基质的生化、生理学变化进行定量分析[3-4]。现从常规扫描技术、抑脂技术、常见骨软骨损伤类型、软骨组织学定量分析等几个方面对膝关节创伤进行综述。

1膝关节MRI扫描序列

1.1常规序列膝关节MRI应合理运用多方位(如轴位、矢状位、冠状位)、多脉冲序列(如自旋回波、快速自旋回波、梯度回波等)、多参数(不同重复时间和回波时间，快速扰相梯度回波成像、稳态自由进动、双回波稳态进动)成像。选择序列要以检出灵敏度高、操作性好、费时少为原则，兼顾对骨软骨、半月板、韧带、肌腱等解剖结构及其病理变化检出的灵敏度，同时尽量不增加总检查时间。膝关节常规MRI一般采用薄层(≤4 mm)高分辨率扫描，层间距0.5～1.0 mm，扫描视野为12～16 cm。通常选用以下6个序列[5-6]：①矢状面T1加权成像(T1 weighted image,T1WI)：可较好地显示膝关节解剖结构，对骨折、骨髓水肿检出的灵敏度较高；②矢状位质子密度加权成像(proton density weighted imaging，PDWI) +脂肪抑制(fat saturation，FS)：是最常用的骨与关节扫描序列，对半月板的解剖结构和病理改变检出的灵敏度高；③矢状位T2加权成像(T2 weighted image,T2WI)+FS：对肌腱、韧带损伤、骨髓水肿、肌肉撕裂等检出的灵敏度高；④冠状位T2WI+FS：对胫腓侧副韧带、半月板前后根、交叉韧带、骨髓等病理改变检出的灵敏度高；⑤冠状位PDWI+FS：对半月板解剖结构和病理改变检出的灵敏度高；⑥轴位 T2WI+FS：对髌骨支持带、膝关节后内侧/后外侧角结构、骨髓等病理改变检出的灵敏度高。

1.2附加序列当需要进一步评估软骨、半月板形态结构的变化时，可选择下列1～2个序列[5-6]，①矢状位T2*梯度回波：主要用于观察半月板和软骨的病理改变；②矢状位FS三维快速扰相梯度回波成像：主要用于评估半月板和软骨的形态以及病理改变；③矢状位三维双回波稳态进动：主要用于评估关节软骨形态及其内部结构的病理改变；④矢状位三维稳态采集快速成像(3D平衡稳定状态自由进动)+FS：主要用于评估软骨、半月板及韧带的病理改变；⑤放射状T2*梯度回波：主要用于观察软骨损伤；⑥矢状位短时间反转恢复(short time inversion recovery，STIR)+FS：主要用于观察半月板损伤、交叉韧带及髌韧带损伤、骨挫伤。

2MRI抑脂技术

2.1脂肪组织MRI信号特点及其对MRI图像的不良影响脂肪组织质子密度高，T1值很短、T2值较长，因此T1WI脂肪呈高信号、T2WI为较高信号，而快速自旋回波-T2WI的信号强度更高。充分利用脂肪组织MRI的信号特点，可以增强扫描部位组织间的天然对比，提高病变检出率[5-6]。

脂肪组织也可降低MRI图像的质量，具体表现在：①脂肪组织可引起运动伪影，若被检组织在扫描过程中发生宏观运动，即可产生运动伪影，组织信号强度越高、运动伪影越明显，从而影响整体图像质量；②水-脂肪界面化学位移伪影；③脂肪组织降低图像对比度，如正常骨髓呈高信号，而骨髓腔内病变T2WI也呈高信号，导致病变与正常骨髓缺乏对比度，肌腱、韧带损伤时，因脂肪高信号的干扰，影响病变检出的灵敏度；④降低增强扫描效果。

2.2常用抑脂序列及抑脂的优越性不同场强的MRI，抑脂方法不同；同一场强的MRI，部位不同、序列不同，抑脂方法也各异。频率选择饱和与STIR是临床最常用的抑脂技术(序列)。参数不同也可以影响软骨与关节液间的对比度。

合理运用抑脂技术可以提高病变检出的灵敏度。膝关节常规MRI，除T1外，其他序列一般都采用抑脂技术。抑脂技术的优点包括：①减少化学位移伪影、运动伪影及其他相关伪影；②抑制脂肪组织的信号可增加脂质与非脂质界面的对比度，提高关节软骨损伤、骨挫伤检查的灵敏度；③鉴别靶组织/结构是否含有脂肪组织，为鉴别诊断提供信息(如关节内球状脂肪)；④提高增强扫描对病变检出的灵敏度[6]。

3不同场强磁共振成像评估膝关节损伤的可行性

有学者认为，0.2 T以下低场强磁共振(magnetic resonance，MR)不适用于对关节软骨损伤和骨关节炎的评估，建议选择1.0 T 以上MR[7]。3.0 T MR与1.5 T MR相比，在相同扫描时间内具有更优良的图像信躁比和空间分辨率[6]。使用下肢或膝关节专用线圈，可以获得更高的图像信躁比和空间分辨率。

4骨、软骨损伤的磁共振成像诊断

4.1骨折与脱位临床高度怀疑骨折，而X线无阳性发现的MRI可清晰显示骨折。MRI的骨折线表现为线样低信号，周围围绕骨挫伤区。关节内骨折可使脂质化，骨髓漏出至关节腔，导致“脂血征”“脂血分层”征象。撕脱性骨折的发生部位具有规律性，一般见于膝关节囊、胫/腓侧韧带以及肌腱的骨骼附着点如髁间嵴、胫骨平台后外侧角、胫骨平台内侧缘、髌骨上/下缘、股骨内/外侧髁缘、腓骨头等部位，当骨碎片无移位时，X线检查很难有阳性发现。肌腱、韧带的撕脱伤，X线、CT检测除能显示局部软组织肿胀外，一般无阳性征象，当肌腱、韧带附着点发生撕脱性骨折时，才有阳性发现。MRI除可以显示撕脱性骨折征象外，还可以准确评估相关韧带、半月板及肌腱的损伤[8]。若撕脱性骨折仅发生于骨皮质，且骨折碎片菲薄、相邻骨质无骨髓水肿时，MRI可出现假阴性。为了减少漏诊，建议MRI考虑为肌腱或韧带止点撕脱伤的病例，常规行膝关节螺旋CT扫描+三维重建。

对于应力性骨折，X线、CT一般无阳性发现，而MRI可以清晰显示应力骨折征象，如骨髓水肿、骨小梁微骨折、骨皮质中断以及相应部位肌肉软组织损伤等。膝关节应力性骨折(疲劳性骨折)常见于胫骨内侧平台，属功能不全性骨折，常合并骨坏死，好发于老年人。老年人膝关节内侧疼痛的主要原因之一即自发性骨坏死(spontaneous osteonecrosis of the knee，SONK)，SONK可累及股骨内侧髁软骨下骨质。研究认为，此种骨质的病理性改变是软骨下压缩性骨折，而非真正的骨坏死[9]。SONK征象具有特征性，即广泛累及股骨内侧髁大部的软骨下骨水肿以及股骨髁承重区局部的低信号，可同时伴股骨髁变平或无形态学改变[10]。

MRI适用于对膝关节软骨、半月板及肌腱韧带的全面评价[11-12]，其可以显示关节脱位所致的胫、腓侧副韧带断裂[13]。髌骨脱位时，通常合并髌骨内侧支持韧带撕裂，轴位检出的灵敏度相对较高[14-15]。MRI显示的骨骺、关节软骨、半月板及肌腱韧带的细微损伤可为临床治疗、康复训练提供有益的指导[16]。

4.2骨髓水肿/骨挫伤骨挫伤，又称隐匿性骨软骨损伤，是指弥漫性骨小梁损伤、局限性软骨下骨折，包括累及关节软骨的一系列损伤。骨挫伤主要的病理改变包括损伤区骨髓出血、水肿，骨小梁轻度损伤、微骨折，可伴有关节软骨的损伤，但相应部位骨皮质正常。骨挫伤主要是骨松质内的出血和水肿。T2WI+FS和STIR显示骨髓水肿最敏感。骨挫伤可以仅局限于直接被撞击的部位，但更常见于撕裂韧带的骨骼止点区；骨挫伤的典型表现取决于骨损伤的类型[17]，如当前交叉韧带完全断裂时，膝关节可发生横向半脱位，导致股骨外侧髁与胫骨平台后外侧缘发生撞击，导致撞击部位发生骨髓水肿，即所谓“对吻骨挫伤”，此征象为前交叉韧带撕裂最常见的间接征象。

Lynch等[18]根据MRI征象将骨挫伤分为Ⅲ型，Ⅰ型：T1WI、质子密度加权成像，表现为骨端、干骺端或骨骺的弥漫性、网格状低信号；T2WI呈弥漫性、网格状高信号，T2WI+ FS或STIR图像信号更高；骨损伤区骨髓信号强度变异较大，但无骨皮质中断征象。Ⅱ型和Ⅲ型：T1WI、PDWI信号表现与Ⅰ型相似，Ⅱ型伴有骨皮质中断，Ⅲ型骨质异常信号仅限于损伤区和骨皮质下方，无骨皮质中断。

4.3关节软骨损伤软骨损伤常见于反复的慢性损伤和退变；急性膝关节软骨损伤多发生于35岁以下的青少年和儿童，若软骨损伤症状隐匿、轻微，很容易耽误治疗，导致损伤性骨关节炎[19]，软骨下骨髓水肿和小囊变常与关节软骨病变同时发生。MRI诊断软骨损伤的灵敏度取决于所选用的脉冲序列，2D-快速自旋回波 (包括T1WI、T2WI、PDWI) +FS或不加FS是评估软骨损伤最常用的序列。随着MR技术的进步以及3 T以上MR的应用，评估软骨的新技术层出不穷；评估软骨形态学的序列有：3D-快速自旋回波、三维快速小角度激发、三维驱动平衡傅立叶变换、三维稳态双回波进动、三维平衡稳态自由进动、三维稳态快速采集成像、大采样各向同性投影稳态自由进动、可变翻转角快速自旋回波等；评估软骨生理功能的序列有：T2 Mapping(T2图)、钆剂延迟增强软骨成像、T1ρ成像、23Na成像、DWI等[3-4,6,20-23]。软骨损伤MRI表现为关节软骨面局限性信号异常、软骨剥脱、软骨关节面下骨水肿以及骨软骨剥脱分离等。目前，软骨损伤的分级方法尚未统一，但基本都是根据软骨关节面完整性、软骨损伤深度、软骨碎块是否分离、移位等综合评估[24-25]。软骨下骨水肿通常与无明显骨折的损伤合并发生；MRI可以敏感地发现骨小梁微骨折所致的骨水肿和出血，此异常征象可持续数月[26]。

Oeppen等[27]将急性膝关节软骨损伤的MRI表现分为5级；1级：软骨轮廓完整、信号异常；2级：软骨缺损表浅或浅裂隙；3级：软骨缺损较深或深裂隙；4级：伴有关节软骨面下骨水肿的软骨全层损伤；5级：伴有骨软骨碎片分离的骨软骨损伤。

仅根据MRI鉴别诊断急、慢性软骨损伤比较困难，通过分析急性骨损伤、韧带撕裂的方位、类型，推测膝关节损伤的生物力学机制可为急、慢性软骨损伤提供有价值的鉴别信息[16]。

剥脱性骨软骨炎是指局限性软骨下骨坏死，MRI检出灵敏度高，目前认为，其与急性外伤性骨软骨骨折或反复轻微外伤导致的血运障碍有关[28]。典型的剥脱性骨软骨炎好发于股骨内侧髁外侧面，其次为股骨外侧髁、髌骨。剥脱性骨软骨炎的关节软骨可发生破裂、也可保持完整，陈旧性病变可自愈并由软骨充填。一般而言，疼痛明显的剥脱性骨软骨炎必须采用关节镜切除不稳定性骨碎片或行钻孔手术以促进病变软骨再血管化，以利于愈合。MRI根据剥脱软骨碎片与骨床交界面T2信号的改变，可以较准确地评估骨碎片的稳定性：骨碎片与骨床交界面T2信号不高，则提示骨碎片稳定或愈合；若骨碎片与骨床之间出现液性高信号，则是诊断骨碎片不稳定的可靠征象[29]；这种骨软骨碎片亦可以与骨床分离，成为关节游离体。

5小结

MRI是临床目前唯一的可以在活体内对关节软骨形态学、组织学进行半定量、定量分析的无创成像技术。通过多参数、多序列设计，MRI可以观察关节软骨厚度、体积、完整性以及关节软骨和关节面下骨质形态；特别是3.0 T超强MR的应用，使MRI在膝关节骨与软骨创伤方面具有更大的临床应用价值。

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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编辑：辛欣

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.048

中图分类号：R684.7

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2426-03