看完此文，徹底了解“關節軟骨”磁共振表現

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一、介紹

關節軟骨屬于透明軟骨，表面光滑，呈淡藍色，有光澤，厚度約1-5mm。關節鏡檢查隻能看到形态，MRI是目前唯一日常性成像方式，已經發展成檢查關節軟骨主要的主要技術。

二、關節軟骨的組織結構

關節軟骨屬于透明軟骨，關節軟骨根據細胞膠原介質分四層結構.

第一層是淺表層，也稱為切線層。膠原纖維排列方向與關節面相互平行；

第二層是附着層；膠原纖維成斜線排列；

第三層是輻射層；膠原纖維排列方向與關節面相互垂直；

第四層是鈣化層；與骨性關節面緊密結合在一起。在輻射層和鈣化層之間有一條線，稱之為潮線，是關節軟骨成熟的标志。

三、MRI對關節軟骨的成像技術

MRI對關節軟骨的成像技術分為形态學成像技術和分子影像學成像技術。分子影像學成像技術涉及關節軟骨的組織成分。分為軟骨細胞、細胞外基質（包括電解液、5%蛋白多糖、20%膠原纖維等）。分子影像學從分子角度檢測鈉離子濃度變化、蛋白多糖變化以及蛋白多糖中糖原多糖變化情況，然後通過分子結構的改變來重建圖像。

從組織學上說，軟骨損傷的因素包括外傷、配電以及其他非理化性因素等。軟骨的損傷包括淺層、附着層、輻射層甚至鈣化層的損傷。關節軟骨無神經血管乃至淋巴，因此關節軟骨受到創傷很難愈合。軟骨損傷不是單一的疾病，還涉及鄰近組織一些靜态的改變，如韌帶的損傷、組織下變化以及骨性關節炎的變化等。最終導緻患者的功能障礙。

核磁有很強的空間和密度分辨率，能夠早期探測出軟骨的變化，進而做出适當的處理。因此核磁在軟骨的探測方面，具有獨到的優勢。

（一）形态學成像技術

态學成像技術，也是臨床上常用的檢測技術，可以清楚的顯示關節軟骨形态、大小以及厚度。能夠提供準确的信息，對關節軟骨的分度如局限性缺損、全層的缺損以及關節軟骨修複術當中也起着很重要的作用。

關節軟骨從形态學上分類：

0級：正常關節軟骨。如右圖A

1級：形态正常，信号略有增高。如右圖B

2級：關節軟骨表層缺損，但未及關節軟骨厚度的50%。如右圖C

3級：關節軟骨表層缺損，超過關節軟骨厚度的50%但未達到100%。如右圖D

4級：全層關節軟骨的缺損。其中4級分為累及關節軟骨下骨質的缺損(如上圖F)和未關節軟骨下骨質(如上圖E)兩類

形态學成像技術臨床上常用的有T1WI、T2WI以及T2WI-fs。如上圖。它們顯示骨性結構，關節軟骨和關節腔積液方面都具有各自的優勢。

T1WI顯示解剖細節有圖特的優勢。T1WI下可以看見解剖結構序列、關節軟骨以及軟骨下的骨質、骨小梁以及骨髓分層的對比度都能很好地顯示。因為關節積液在TI加權圖像上顯示低信号，關節軟骨顯示中等信号，低信号的關節積液和中等信号的關節軟骨之間缺乏明顯的對比，因此TI加權像對軟骨表層淺層缺損的顯示不敏感。但因為T1WI關節軟骨和關節軟骨下骨質對比明顯，則T1WI顯示關節軟骨深層缺損比較敏感。

T2WI以及亞真像對關節積液和遊離水的信号非常敏感，所以關節積液和遊離水表現為高信号。隻要關節軟骨損傷有裂隙存在，關節液就會滲透到關節軟骨當中，所以就在這兩種序列當中顯示出液體的高信号。臨床上就可以通過這種高信号來判定軟骨是否有損傷以及軟骨下是否有水腫的表現。（如下圖）

T2WI-fs在骨髓、關節軟骨和關節腔液體之間都有很好的對比。以下三圖都是顯示脂肪的T2WI-fs序列，T2WI-fs序列可以在不同成像參數上發生改變，不同的T2WI-fs序列可以顯示出不同的特點。T2WI-fs序列可以分為三種。

第一種如左圖A，箭頭顯示的金屬物體僞影，對骨質的細節有所掩蓋以及對隧道當中的小囊腫顯示不太清楚。第二種如左圖C,将金屬物體的僞影減少一些，就能夠顯示小囊腫的準确位置。第三種如左圖B能準确的顯示關節軟骨的全層缺損。

T2WI-fs序列當中關節液和關節軟骨之間的對比十分明顯。矢狀位T2WI-fs序列，可見軟骨厚度均勻，異形軸自然。如下圖normal A and B軟骨本事信号未發生改變。下圖focal cartilage flattening A and B顯示軟骨厚度變薄。

病例： 60歲男性患者，診斷為骨性關節炎。在股骨髁部軟骨所在部位，半月闆後角的後上方，軟骨正常的正常信号消失，MRI顯示高信号的部分。通過關節鏡檢查也證實是關節軟骨全層的缺損。如下圖：

臨床上，常常采用T1WI、T2WI以及T2WI-fsT1三種圖像的聯合運用，來對軟骨的損傷做出診斷。

MRI三維成像技術，是目前公認的關節軟骨成像最标準的序列。可以清晰地看到關節軟骨的三層結構，第一層為高信号。第二層為線狀的低信号。第三層亦為高信号。對關節軟骨的損傷具有敏感性和特異性，是最佳的關節軟骨損傷序列。MRI三維成像技術可以對軟骨内部分損傷、全層損傷包括軟骨下骨髓水腫都可以清晰的顯示，所以其可以與關節鏡檢查相颦美的成像技術。

MRI三維成像技術除了層化，還可以通過層化增強的方式進行診斷。病例分析：患者34歲男性，可以看到股骨髁的三層結構，軟骨下有輕微的骨髓水腫，軟骨本身未見異常，進行層化增強後，鄰近骨髓水腫部位可以看見線狀的高信号，就可以診斷為軟骨軟化（如下圖示）；54歲女性病人，在平掃的情況下髌骨可見線性的低信号，但軟骨本事顯示為高信号，隻是軟骨下骨質發生部分改變，但髌骨本身未見異常，進行層化增強後，軟骨高信号得以增強，軟骨附近的信号也有所提高，就可以診斷為軟骨的損傷（如下圖示）；患者為67歲女性病人，平掃情況下髌骨本事的信号是正常的，軟骨信号及形态也未發生任何異常，進行層化增強後，可見髌骨有些線狀的高信号，鄰近的軟骨信号得意增強，可以診斷為典型的軟骨損傷（如下圖示）。

T2WI-fs序列在冠狀位上，因為液體和關節軟骨，骨質有良好的對比度，所以骨髓輕度的水腫及胫骨平台的水腫都顯示非常清晰。病例：患者為41歲女性的骨性關節炎的病人，關節軟骨厚度平台都基本正常。患者為44歲女性術後病人，軟骨表面顯示不清晰，淺層結構比較模糊，通過T2WI-fs序列顯示後可以看見關節軟骨淺層結構顯示十分清晰，術後的改變十分明顯。如下圖所示：

從形态和容積方面評估關節軟骨，對原始圖像進行第二次處理，運動不同顔色來對不同部位及其厚度、形态顯示出來，對徑量評估上有獨特的優勢。

此外，不同序列有不同的優勢，臨床上還需根據相應的需要選擇相應的序列。

（二）分子影像學成像技術

主要以細胞外基質層次的改變來進行評估。主要有T2圖、增強磁共振成像（專門用于軟骨成像的分子影像學技術）、T1圖以及鈉離子圖、離散成像等四種分子影像學成像技術。

T2圖中主要反應細胞外基質的變化，即細胞外多糖、水分變化、蛋白多糖變化等因素有關。關節軟骨不同成分對應不同的值，一般采用不同的顔色來顯示。通過這些僞彩圖可以判斷軟骨本身組織成分是否發生改變，即是使用分子成像技術可以判斷軟骨本身形态未發生改變前，是否軟骨本事組織成分發生改變，包括蛋白多糖的流失，水分的減少，鈉離子的流動等。正常的髌骨關節的T2圖，綠色部分代表長T2,黃色部分代表T2中顯示，橙色或者紅色代表短T2如下圖：

病例：患者為56歲典型髌股關節病患者，形态學成像技術顯示不明顯，但從分子影像學技術上可以見到軟骨細胞較多和膠原纖維與關節面垂直的輻射層T2值較短，提示内部組織成分發生明顯改變。如下圖示

患者為20歲青年女性，術前顯示關節軟骨的全層缺損及鄰近組織囊腫的形成，術後可以看見骨質結構明顯，骨髓有輕微的水腫，對術後的病人可以做T2圖反應軟骨形成的變化。如下圖示：

從定量的角度來發現組織成分是否發生改變，分三個區域，第一是軟骨的修複區，第二三都是半月闆覆蓋的區域，用不同顔色表示。

T1圖以T1值的變化為基準，顯示軟骨内成分的改變。軟骨從第一到第四層各部相同，和軟骨成分的蛋白多糖變化有關，T1值就發生相關的改變，表現出不同的信号。

鈉普成像與鈉離子的多少有關，鈉離子丢失多少反應某一種蛋白多糖丢失程度，直至推測到關節軟骨的損傷程度。從定量的角度，以絕對值的方式反應蛋白質含量的多少。病例;一個健康的20歲健康志願者，關節軟骨部位出現高信号，成橘黃色的區域，說明蛋白多糖沒明顯的丢失。如下圖：

鈉普成像三維圖，可以清晰的看見髌股關節部位，關節軟骨成像顯示得比較均勻，底層為黃色區域，中間為橘色區域，以僞彩圖的方式間接反應鈉離子的聚集度，通過鈉離子的濃度判斷蛋白多糖的形成及其含量。

僞彩圖是通過不同的值的變化來無論T1圖、T2圖或者離散圖都是通過不同值的變化來成像。通過那種成像方式來反應相對應敏感值的變化，最終反應軟骨的改變。

T1圖正常的髌骨，僞彩圖的顔色特征及信号特征，髌骨軟骨淺層發生一點退變。

T2圖髌骨的淺層發生一點退變。

下面介紹僞彩圖的第三種成像方式質子密度成像圖，對應的正常，一邊對應是退變的。不同的成像方式顯示髌骨軟骨形态未發生任何改變，但在成分方面發生了一些改變，這些成分包括淺層，附着層，輻射層，鈣化層等不同方式分層上的改變。不同的MRI分辨率也不一樣，如下圖有1.5T圖上顯示的髌骨軟骨成像、3T圖上現實的髌骨軟骨成像，水序列圖上顯示的髌骨軟骨\快速回旋掃描圖上的髌骨軟骨，都是三維成像的方式顯示出來的，顯示髌骨軟骨接近于分式的一些形态，甚至把分層的結構顯示得十分明顯。

1T和3T機器上顯示出來的，可以看見髌骨的軟骨和股骨髁的軟骨兩幅圖像的顯示差别不明顯，常态的機器照出的圖像僞影越明顯。不能誤診為病變。

軟骨的成像一般在1.0T、1.5T乃至3.0T的機器上成像。一是避免圖像的僞影。二是避免圖像的不均勻性。除了形态學的評估，最重要的是形态發生之前對關節軟骨内部的組織結構進行評估，便于早期對病人進行治療。關節軟骨發生損傷後，關節軟骨本事修複能力有限，對于全層軟骨的缺損要進行修複，進行治療。MRI是對關節軟骨進行無償性評估很重要的評估方式。

下面介紹軟骨的一種修複技術—微創技術。

上圖顯示關節軟骨的移植，從股骨髁的非負重部位取下的四個軟骨塊移植到股骨髁軟骨缺損部位，可以看到點狀的軟骨細胞。且将軟骨細胞種植在細胞基質當中。

病例：1患者為微創手術後29歲的病人，術後的六月MRI表現，軟骨的厚度基本正常，信号還有略高，軟骨下骨質本身還有一些輕微的水腫。

2患者為微創術後12月的病人，軟骨骨質比較薄，骨質本身的生長略多。

如何運用MRI對關節軟骨的術後評估？一是骨質本身的過度生長，在25%-49%都是正常的，手術失敗評估的關鍵（一是持續性的骨髓水腫。二是關節軟骨本身的不規整。）

病例：50歲術後6月的男性病人，關節軟骨的厚度和形态表面不太規整。追蹤随訪4月，關節軟骨顯示仍然不太規整，軟骨下骨質未裸露，有骨質覆蓋。（如下圖）

36歲骨軟骨移植術後病人，軟骨本身較厚，效果本身較好，髌骨軟骨軟化，術後表現軟骨本身有鄰近的骨質附着生長，是附着性的剝脫性的骨軟骨炎，是手術失敗的标志。

軟骨損傷以及軟骨下骨質的壞死，術後病人，軟骨本身形态未改變，靠近骨質下的結構發生改變。以為僞彩圖反應結構的變化，骨軟骨移植術術後5個月，移植的骨軟骨和自身固有軟骨之間有低信号，說明移植的骨塊和自身固有軟骨之間未發生愈合。提示手術失敗。

下圖為同一個病人，用不同的序列和不同的成像參數來對水抑制的骨軟骨進行評估。亞真像看見骨塊，水腫明顯，骨塊向前下方移位，軟骨局限性的缺損。再植骨軟骨修複術，修複後得到轉。

軟骨細胞移植術後評估軟骨形态和信号，術後6周，軟骨信号和厚度本身略高，20個月後，可以看到軟骨信号和自身軟骨信号融合在一起，包括鄰近結構和骨質都趨于正常。

MRI除了形态學上的評估，分子影像學上的評估，關節軟骨修複術後的評估外，首先修複術後期要進行随訪，第一階段一般是3至6月，對軟骨形态，以及和對自身骨質融合情況進行評估。第二階段術後一年要對移植軟骨和軟骨本身、骨組織本身的融合情況進行評估。其次可以發現潛在的并發症，預示後期軟骨融合的發展趨勢，臨床上就可以采取早期的治療。

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