磁共振成像技术在膝关节软骨损伤术前评判中

本文原载于《中华创伤骨科杂志》年第8期

本文由新医院宋君涛医师推荐

MRI能够准确显示膝关节软骨损伤的位置、大小、范围，可为临床制动手术方案提供可靠依据。

在骨关节疾病中，膝关节软骨损伤属常见病、多发病，因关节软骨无血供等理化特性，导致其一旦受损很难自行修复。若不及时诊断和治疗，很容易引发骨关节炎等疾病，导致患者膝关节肿痛、弹响、打软腿，甚至形成关节绞锁、畸形等，出现长期运动功能障碍，严重影响患者正常的工作和生活。因此，对膝关节软骨损伤的早期准确评判和及时合理治疗成为临床工作中的一个重点。目前，临床上对膝关节软骨损伤的诊断方法主要有关节镜、关节造影、磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)等。虽然关节镜和关节造影能够明确显示关节软骨的形态，但是对于形态未变化前即关节软骨损伤的早期改变却难以观察，且具有创伤、操作不易等缺点，所以，未被临床作为术前诊断的常规检查。近年来，随着软骨MRI技术的快速发展，不断有更新、更准确的软骨特定序列或技术见诸报道，有些新技术甚至可提供软骨生化状态的定量信息[1]。MRI技术在临床上被广泛应用于膝关节软骨损伤的诊断。我们收集年1月至年6月期间我院采用微创手术治疗的69例膝关节软骨损伤患者MRI影像资料，探讨MRI技术在关节软骨损伤术前评判的临床应用价值。

资料与方法

一、一般资料

本组69例，男29例，女40例；年龄为15~76岁，平均46.9岁；左侧31例，右侧35例，双侧3例。48例患者有明显外伤史，21例无明显诱因。均以膝关节疼痛就诊，48例患者存在关节肿胀、活动受限。

二、术前MRI检查

均使用1.5T磁共振四肢关节专用诊断仪完成检查，取仰卧位，膝关节置于线圈中央，膝关节自然伸直或轻度外旋10%扫描序列选择目前国际上通用的脂肪抑制快速自旋回波序列和稳态扰相梯度回波序列。常规矢状面及冠状面扫描，部分加扫横断面，常规T1WI(TRms,TE11ms)、T2WI(TRms，TE79ms)及质子密度加权成像(PDWI，TRms,TE34ms)成像。扫描层厚为3.0mm，间距为1.0mm。图像信息均传输到医学影像存档与通讯系统。由2名经验丰富的影像科医生对膝关节MRI图像进行分析，骨关节软骨损伤程度根据Outerbridge软骨分级标准[2]评定：I级，表现为软骨轮廓完整或略微隆起；Ⅱ级，软骨表浅渍疡50%软骨厚度；Ⅲ级，软骨较深缺损50%~%厚度；Ⅳ级，软骨全层缺失，软骨下骨暴露；V级，骨软骨撕脱、游离。

三、术前评估及术中对比

由2名经验丰富且技术娴熟的运动损伤科医生根据术前MRI膝关节软骨损伤影像资料进行分级，评估手术风险，根据病情选用钻孔术、微骨折术、自体软骨移植术。术中全面观察关节软骨，并对损伤软骨的部位、范围、类型、程度及关节腔内情况进行详细描述，重点观察影像结果提示关节软骨损伤部位，对比术中实际观察所见结果与术前影像结果的符合情况。

结果

本组69例患者术前MRI检查发现个软骨面，其中个软骨面MRI表现异常：I级75个(21.7%)，表现为轮廓完整或略微隆起，软骨内有点片状低或高信号；Ⅱ级39个(11.3%)，表现为关节软骨变薄、缺损，但未超过全层的50%，或(和)软骨表面不光整、呈锯齿状或波浪状，软骨内有点片状高低信号混杂影，关节腔内可见积液信号；Ⅲ级43个(12.5%)，表现为软骨明显变薄，软骨局部缺损超过全层50%，多有关节腔内积液；Ⅳ级51个(14.8%)，可见局部软骨全层缺损，缺损部位软骨下骨质暴露且伴有相邻组织结构异常。

本组结果显示，MRI检查结果(膝关节软骨损伤数量和程度)与术中所见基本一致。MRI技术能够形象、可靠地显示膝关节软骨损伤的空间位置，同时多角度呈现周围重要解剖结构的立体关系，从而准确诊断膝关节损伤的程度、大小及范围。典型病例图片见图1，图2，图3。

讨论

一、膝关节软骨损伤的临床及病理基础

膝关节作为人体最大的关节，具有重要的运动功能，其中关节软骨作用重大，能够均匀地将力量传递给软骨下骨。因杠杆作用，膝关节很容易受伤，几乎所有膝关节损伤都可引起关节软骨受损，如外伤、感染、退变等均可导致关节软骨损伤。有学者[3]统计，在行关节镜检查的膝关节患者中，60%以上的患者存在关节软骨损伤。患者在受伤后会有局部肿痛、弹响、打软腿及关节内积血，出现膝关节伸不直等关节功能障碍，甚至形成关节绞锁、畸形，引发其他骨科疾病，如骨关节炎等，使患者膝关节功能明显受限，出现长期运动功能障碍，从而降低患者的生活质量和工作能力。

对关节软骨损伤的认识，首先要从解剖及病理基础开始。膝关节软骨是覆盖于膝关节表面的透明软骨，主要由软骨细胞和软骨基质构成，基质呈半固态，主要化学成分为软骨黏蛋白和水，以Ⅱ型胶原纤维的含量最多，交叉排列构成网格支架，水和黏蛋白嵌在网格内，对软骨负重所需的机械稳定性极为重要。关节软骨早期病理改变与关节软骨内胶原纤维、黏蛋白、水分子成分及分布有关[4]。软骨细胞则包埋于软骨陷窝内，软骨细胞2~8个成群存在，均由1个软骨细胞分裂而来，故称之为同源细胞群。软骨细胞是一种未分化细胞，其有限的增殖能力注定在受伤后自身修复能力较弱。同时，关节软骨本身无血管、淋巴和神经供应，营养通过弥散机制来源于关节滑液。这些理化特性决定了其一旦受损则很难自行修复。因此，临床需要尽早干预。

关节软骨受损程度不同，其修复效果也不同；损伤程度越严重，修复结果越差。因此，手术前应仔细评估患者的软骨损伤程度，并在术中对其进行正确处理，增强修复效果。关节软骨损伤早期病理变化为表层改变，如表面纤毛样撕裂、基质碎裂。在表层称为剥落，累及软骨深层时称为软骨纤维化[5]。在致病因素的综合作用下，裂隙逐渐进展，累及软骨全层并出现软骨基质代谢变化，最主要的表现是蛋白多糖浓度降低。最后，关节软骨完全磨损，软骨下骨裸露[6]。软骨下骨最早出现的病理变化是骨质微损伤和骨髓水肿，逐渐发展造成软骨下骨质增生，关节边缘骨增生形成骨赘。脱落的软骨和骨碎片可在关节腔内形成游离体，导致关节绞锁。

近年来，随着微创技术的发展，早期治疗软骨病变技术已日趋成熟，主要治疗方法包括：钻孔术、微骨折术及自体骨软骨移植术等，治疗效果得到极大改善。关节镜下手术，具有图像放大、定位准确，切口小、创伤小、恢复快、并发症少等优点。因此，临床对早期、准确评判关节软骨损伤的要求显得尤为迫切[7]。

二、膝关节软骨损伤的MRI表现及临床价值

MRI技术作为一种无创检查技术，具有突出的软组织分辨率、空间分辨率及多方位成像等特点，能够清晰地显示膝关节软骨、软骨下骨质及韧带、半月板、关节囊、关节周围软组织等情况，是显示关节结构及关节损伤最好的影像学检查方法，尤其是术前评判的准确性和可靠性已得到临床认可，在软骨损伤的诊断中具有重要地位。目前，临床用于诊断关节软骨损伤的MRI序列主要有：快速自旋回波序列、质子加权序列、相干梯度回波序列、稳态扰相梯度回波序列及稳态自由进动序列等。其中稳态扰相梯度回波序列和快速自旋回波序列的曲线下面积值均较高，且均具有较高的阳性似然比和较低的阴性似然比。关节软骨的MRI信号特征可以反映组织结构和生物化学特征。为了凊楚显示软骨的解剖细节，除了具有较好的信噪比外还需要具有较好的对比度(软骨信号与周围组织结构之间)，即信号噪声比。黄继良等[8]研究认为，信号噪声比比值最高的是FSE-T2WI序列下软骨与关节液的对比，其次为GRE-T序列。

根据患者的具体情况，选取适当显示序列。一般情况下，MRI检查能够显示关节软骨的3~4层结构。正常软骨的组织学结构分为4层，即表层、中层(过渡层)、深层(放射层)和钙化软骨层。表层的细胞扁平，与关节软骨的表面平行排列，中层的细胞较大而圆，深层的细胞呈柱状排列垂直于软骨表面，钙化层紧贴软骨下骨。正常关节软骨呈薄层条带状，贴附于髌股关节面、股骨髁及胫骨髁上，厚薄均匀，走形连续、规则，表面光滑。在高场MRI图像上，当回波时间较短时正常关节软骨亦显示为4层，由浅入深表现为低信号与中等信号交替排列；当回波时间较长时软骨表现为3层结构，即低信号表层、中等信号的中层和低信号的深层[9]。软骨下骨呈T1WI、T2WI高信号；脂肪抑制序列中关节软骨仍呈稍高信号，软骨下骨呈明显低信号；在FFET2WI序列上，软骨下骨呈低信号而关节软骨呈高信号影。临床上，主要以FFE序列观察患者软骨的相关结构，以STIR序列观察患者的骨髓水肿情况等。另外，三维采集系统能够提高图像的空间分辨率，极大地提高膝关节软骨损伤的临床诊断率。关节软骨的MRI分层与其组织学结构有一定关系，但与组织学分层并非一一对应，容积效应、化学位移、魔角效应及检查序列等诸多因素会影响分层的结果[10]。

MRI分级诊断膝关节软骨损伤主要依据软骨的形态和信号变化。关节软骨轻度损伤MRI表现为软骨增厚，软骨面尚连续。软骨严重损伤表现为关节软骨面不连续，甚至局部缺损。因软骨过度负重，在软骨和骨界面间产生较大的剪切力，使钙化层断裂或钙化层与软骨下骨分离。本组69例患者术前MRI检查发现个软骨面MRI表现异常：I级75个(21.7%)，表现为轮廓完整或略微隆起，软骨内有点片状低或高信号；II级39个(11.3%)，表现为关节软骨变薄、缺损，但未超过全层的50%，或(和)软骨表面不光整、呈锯齿状或波浪状，软骨内有点片状高低信号混杂影，关节腔内可见积液信号；Ⅲ级43个(12.5%)，表现为软骨明显变薄，软骨局部缺损超过全层的50%，多有关节腔内积液；IV级51个(14.8%)，可见局部软骨全层缺损，缺损部位软骨下骨质暴露且伴有相邻组织结构异常。膝关节软骨损伤多是由于外伤、运动伤所致，好发于股骨外侧髁、髌骨后内侧，轻微软骨损伤即能引起软骨信号变化，而软骨形态却正常。信号变化主要表现为FSE序列图像上高信号；而STIR序列显示为带状软骨高信号影，伴有局部的低信号影。膝关节软骨损伤患者多伴有其他关节损伤，最常累及软骨下骨损伤，STIR序列显示为受损软骨下方出现小片状高信号影。

综上所述，MRI技术能够清楚、准确地显示膝关节软骨损伤的部位、范围，并可对软骨损伤程度进行分级，是膝关节软骨损伤无创检查的最佳选择；为评判软骨损伤程度提供了更加科学、客观的参考指标；可帮助及早明确诊断，从而避免延误病情，对患者的治疗及预后意义重大。随着MRI技术的发展，脂肪抑制技术、水激发技术、磁化传递技术等新的序列不断出现，对关节软骨损伤的诊断有着积极的作用。因此，MRI技术诊断关节软骨损伤方面还有很大的研究空间。

参考文献（略）

（收稿日期：-01-19）

（本文编辑：聂兰英）

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