王玉麗，洪 聞

（中日友好醫(yī)院 放射科，北京 100029）

膝關(guān)節(jié)是人體最大最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，由股骨下端、脛骨上端和髕骨、韌帶、半月板等組成，具有屈伸、內(nèi)收外展、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。在日常的生理活動(dòng)中，負(fù)重較大且活動(dòng)較多，因此也是人體中退化較早、極易損傷的關(guān)節(jié)，如果不及時(shí)治療，將導(dǎo)致生活質(zhì)量下降甚至行走功能的喪失，所以早發(fā)現(xiàn)早診斷早治療是非常重要的。

1 膝關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)MRI檢查方法

目前對(duì)膝關(guān)節(jié)疾病的影像學(xué)檢查方法主要有：X線、計(jì)算機(jī)體層攝影（computed tomography，CT）、關(guān)節(jié)鏡及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等。 關(guān)節(jié)鏡可直接全面觀察關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，但卻具有創(chuàng)傷性和主觀性；MRI相對(duì)于X線、CT掃描具有較高的組織對(duì)比度，可行多方位多序列成像，可提供生理功能方面的信息，無(wú)損傷無(wú)電離輻射等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)半月板韌帶等軟組織具有相當(dāng)高的敏感性和特異性，但是常規(guī)MRI卻有一定的缺陷：只是進(jìn)行一個(gè)方向的檢查，忽略了膝關(guān)節(jié)日?；顒?dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)因素，不能反映膝關(guān)節(jié)的日常生理負(fù)荷情況，而動(dòng)態(tài)MRI恰巧能精確反映膝關(guān)節(jié)疾病相關(guān)因素的動(dòng)態(tài)變化情況[1]，本文就此進(jìn)行綜述。

膝關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)MRI的掃描方法可分為2種：①直立位：Fonar 0.6T、GE signa 0.5T直立開(kāi)放式MRI出現(xiàn)以后，受檢者就可以進(jìn)行直立位檢查，允許受檢部位在承受生理負(fù)荷情況下接受檢查，更接近于日常生活中的自然體位，檢查結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。

膝關(guān)節(jié)進(jìn)行直立位動(dòng)態(tài)MRI掃描時(shí)，MRI檢查床需要傾斜一定的角度，受檢者斜靠在檢查床上，以便于雙膝屈伸，用角度測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量既定的屈伸角度，用腹部線圈包繞在雙膝關(guān)節(jié)周圍，同時(shí)獲得雙膝關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)圖像（Fonar 0.6T），或者用5＂膝關(guān)節(jié)柔軟表面線圈，固定在膝關(guān)節(jié)周圍獲得單膝關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)圖像（GE 0.5T），直立狀態(tài)下可以進(jìn)行任意角度的屈伸。掃描序列、參數(shù)，掃描方法還要根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)的大小和所觀察組織的結(jié)構(gòu)成分等來(lái)設(shè)定。直立開(kāi)放式動(dòng)態(tài)MRI作為一種新型的檢查技術(shù)，在身體自然生理負(fù)荷情況下能獲得比常規(guī)MRI更多的信息，但是鑒于設(shè)備的限制，在國(guó)內(nèi)還未開(kāi)展此項(xiàng)研究[2]。②臥位：第1種是仰臥位，使用意大利制造的Artoscan 0.2T四肢關(guān)節(jié)專用MRI機(jī)器，膝關(guān)節(jié)置于膝關(guān)節(jié)表面線圈中間，檢查一側(cè)的足固定在帶有刻度（表示不同的屈伸角度）可鎖定的移動(dòng)裝置上，此種裝置可以使受檢者根據(jù)研究者的要求來(lái)獲得不同的屈伸角度，可以了解膝關(guān)節(jié)0°～40°范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化情況，此款機(jī)器還附帶專門的動(dòng)態(tài)掃描序列：kinematic sequences SE 24 Transverse序列。Siemens、GE 公司高場(chǎng)MRI也有類似的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝置。第2種是俯臥位，使用GE signa 0.35T低場(chǎng)MRI，配備專門膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝置，臀部和踝關(guān)節(jié)固定，訓(xùn)練受檢者，要求膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)緩慢勻速，運(yùn)動(dòng)中掃描，使用FRFSE（快速恢復(fù)快速自旋回波：fast recovery fast spin echo）或者FSPGR （快速擾相梯度回波：fast spoiled gradient echo）序列進(jìn)行掃描，根據(jù)受檢者情況使用不同力量的負(fù)荷張力帶判斷膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，此種方法容易有運(yùn)動(dòng)偽影，還沒(méi)有確切的屈伸角度，但它是一種主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，肌肉的力量也參與到了屈伸運(yùn)動(dòng)中，更接近于日常生活中的自然運(yùn)動(dòng)。此兩種方法有一個(gè)共同的缺陷：由于機(jī)器自身孔徑的限制，臥位的情況下膝關(guān)節(jié)只能進(jìn)行小角度屈伸。

2 動(dòng)態(tài)MRI在膝關(guān)節(jié)疾病診斷中的應(yīng)用

2.1 髕股關(guān)節(jié)病

髕股關(guān)節(jié)疾病是髕骨軌跡異常和髕股關(guān)節(jié)軟骨損傷這類疾病的統(tǒng)稱，因?yàn)榘l(fā)病機(jī)制不明，國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一命名，有髕骨軟化病，髕股關(guān)節(jié)疼痛，髕骨排列異常，髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)等[3]。

2.1.1 髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡

髕骨的不穩(wěn)定是造成膝前疼痛的主要原因。目前髕骨不穩(wěn)定的發(fā)病機(jī)制還不清楚，隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)髕骨的研究逐漸從靜態(tài)延伸至動(dòng)態(tài)的動(dòng)力學(xué)研究，更接近于日常生活中真實(shí)的生理、生物力學(xué)機(jī)制。

正常情況下，髕骨的旋轉(zhuǎn)范圍很小，因?yàn)轶x骨通過(guò)髕韌帶附著在脛骨上，而脛骨在負(fù)重情況下旋轉(zhuǎn)范圍也很小，股四頭肌的收縮力與相對(duì)固定的脛骨導(dǎo)致髕骨的相對(duì)穩(wěn)定。

良好的髕骨周圍結(jié)構(gòu)及其力學(xué)平衡，對(duì)維持髕骨的正常排列具有重要作用。以前有的學(xué)者在尸體標(biāo)本中研究滑車溝和髕骨的關(guān)系，無(wú)論如何，體外并不能代表體內(nèi)，因?yàn)檠芯窟^(guò)程中大量的假設(shè)和簡(jiǎn)單化，即使是體內(nèi)承重與非承重，主動(dòng)運(yùn)動(dòng)與被動(dòng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)滑車溝與髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系都不相同[4，5]。

Varadarajan[6]第1次在人體內(nèi)承重的情況下研究髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和滑車溝的關(guān)系，對(duì)21個(gè)健康志愿者行動(dòng)態(tài)MRI檢查，從完全伸直至深度屈曲，得出結(jié)論：髕骨的偏移與滑車溝的位置密切相關(guān)，與滑車溝的角度沒(méi)有太大關(guān)系，隨著屈曲角度的增大，髕骨偏移的程度還與滑車溝的方向有關(guān)，與Nha[7]觀點(diǎn)相同；髕骨的傾斜與滑車溝的角度密切相關(guān)；髕骨的旋轉(zhuǎn)與滑車溝的關(guān)系不是很密切，可能是與解剖結(jié)構(gòu)上的凹凸接觸面結(jié)合比較緊密有關(guān)。由此可見(jiàn)，股骨滑車的幾何參數(shù)對(duì)髕骨的運(yùn)動(dòng)起著重要的作用，通過(guò)研究健康志愿者來(lái)為髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡異常的患者提供一個(gè)理論基礎(chǔ)，為臨床治療提供一個(gè)影像學(xué)依據(jù)。

2.1.2 髕股關(guān)節(jié)

髕股關(guān)節(jié)是膝關(guān)節(jié)重要的組成部分，由髕骨和股骨滑車組成，若髕骨和股骨滑車凹排列出現(xiàn)異?；虬l(fā)生異常活動(dòng)必然引起髕股關(guān)節(jié)間的應(yīng)力分布異常，導(dǎo)致膝前疼痛及髕股關(guān)節(jié)軟骨軟化，最終出現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎。因此對(duì)髕股關(guān)節(jié)排列異常做出正確診斷和治療具有重要作用。MRI作為一種無(wú)創(chuàng)性檢查方法，對(duì)于評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、損傷及病理變化具有重要意義，動(dòng)態(tài)MRI可以判斷運(yùn)動(dòng)中的髕股關(guān)節(jié)異常排列的類型及程度，提高髕股關(guān)節(jié)間排列異常的檢出率[8]。

目前用于評(píng)價(jià)髕股關(guān)節(jié)排列的動(dòng)態(tài)MRI量化參數(shù)（測(cè)量時(shí)選取髕骨橫徑最大的軸面）：①髕骨最大徑（maximum patella width，MPW）：髕骨內(nèi)外側(cè)突起緣的最大連線距離， 用數(shù)值 （mm） 表示；②外側(cè)髕股角（lateral patellofemoral angle，LPA）：髕骨外側(cè)緣的切線與股骨髁最高點(diǎn)連線的夾角，用度數(shù) （°）表示；③股骨滑車溝角（femoral trochlear angle，F(xiàn)TA）：沿股骨滑車溝內(nèi)內(nèi)外側(cè)緣連線的夾角，用度數(shù)（°）表示；④髕骨傾斜角（patellar tilt angle，PTA）：髕骨最大橫徑的延長(zhǎng)線與股骨髁后緣連線的夾角，用度數(shù)（°）表示；⑤股骨滑車溝深度（femoral trochlear depth，F(xiàn)TD）：股骨滑車溝的最低點(diǎn)到滑車內(nèi)外側(cè)髁前緣連線的垂直距離，用數(shù)值（°）表示等[9]。

符紀(jì)寧等[9]通過(guò)對(duì)正常組30個(gè)、病例組20個(gè)膝關(guān)節(jié)分別在仰臥位被動(dòng)屈曲 0°，6°，12°，18°，24°，30°，36°下進(jìn)行軸位動(dòng)態(tài)MRI（0.2T永磁四肢關(guān)節(jié)專用MRI機(jī)器）掃描，利用機(jī)器自帶的測(cè)量功能測(cè)量MPW、LPA、FTA、PTA、FTD參數(shù)，得出結(jié)論：各參數(shù)在正常組與病例組均沒(méi)有顯著性差異，PTA與FTD在所有角度下均有組間的顯著性差異，F(xiàn)TA在部分角度下有顯著性差異，因此，PTA與FTD在動(dòng)態(tài)MRI下能很好的評(píng)價(jià)髕股關(guān)節(jié)的排列關(guān)系，F(xiàn)TD在20°左右可用來(lái)定量評(píng)價(jià)髕股關(guān)節(jié)的排列關(guān)系。

Souza等[2]用0.5T GE直立開(kāi)放式MRI對(duì)15例髕股關(guān)節(jié)疾病患者和15例健康志愿者（對(duì)照組）進(jìn)行了屈伸動(dòng)態(tài)MRI檢查，測(cè)量幾個(gè)變量，分別觀察股骨旋轉(zhuǎn)，髕骨旋轉(zhuǎn)，髕骨脫位，髕骨傾斜發(fā)現(xiàn)：髕股關(guān)節(jié)疾病患者比對(duì)照組表現(xiàn)出來(lái)更大程度的髕骨外側(cè)脫位，髕骨外側(cè)傾斜，股骨內(nèi)旋。髕股關(guān)節(jié)疾病患者在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中髕骨有更大程度的外側(cè)脫位，傾斜與以前報(bào)道類似[5，10]。

Li等[11]對(duì)10個(gè)健康志愿者進(jìn)行了膝關(guān)節(jié)負(fù)重MRI檢查，屈伸角度是0°～135°，得出結(jié)論：當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)，股骨和髕骨均向后移動(dòng)；在整個(gè)屈伸過(guò)程中，股骨內(nèi)外側(cè)移動(dòng)很小，約2mm，髕骨最大旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到了75°，與股骨、脛骨的旋轉(zhuǎn)具有一定相關(guān)性（當(dāng)屈曲達(dá)到90°時(shí)，髕骨的旋轉(zhuǎn)角度最大是75°，然后隨著屈曲的繼續(xù)，旋轉(zhuǎn)角度逐漸減小）；相似，髕骨向外側(cè)傾斜的程度，旋轉(zhuǎn)均與股骨旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)（屈曲90°之前，髕骨向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，90°以后向外側(cè)旋轉(zhuǎn)）。

股骨過(guò)度內(nèi)外旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)接觸面積減小，關(guān)節(jié)面的壓力相應(yīng)增大，進(jìn)而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)的疼痛，尤其是在膝關(guān)節(jié)剛開(kāi)始屈曲時(shí)，因此對(duì)于具有此癥狀的患者適當(dāng)?shù)目刂乒晒切D(zhuǎn)則可以適當(dāng)減輕疼痛，對(duì)于重塑髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性也是非常重要的[11，12]。脛骨的旋轉(zhuǎn)對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的影響在膝關(guān)節(jié)生理病理的研究中也發(fā)揮著重要作用。由此可見(jiàn)，髕股關(guān)節(jié)、股脛關(guān)節(jié)是一種相互依存的關(guān)系，股脛關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)影響著髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和關(guān)節(jié)接觸面的壓力[11，13，14]。

2.2 交叉韌帶

當(dāng)前交叉韌帶 （anterior cruciate ligament，ACL）退變時(shí)，會(huì)加速脛骨內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)后交叉韌帶（posterior cruciate ligament，PCL）退變時(shí)，會(huì)加速脛骨外側(cè)旋轉(zhuǎn)；股脛關(guān)節(jié)的異常旋轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致髕骨功能的改變[15，16]。通過(guò)對(duì)交叉韌帶行動(dòng)態(tài)MRI檢查，更多的了解生理病理，為韌帶退變患者提供一個(gè)合適的治療方案是非常有必要的。

PCL的強(qiáng)度是ACL的1.5～2倍，因此只有受暴力才能致傷，提示PCL損傷多發(fā)生于高強(qiáng)度高對(duì)抗性的運(yùn)動(dòng)外傷或交通傷中[17]。ACL損傷在臨床上還是較常見(jiàn)的，尤其是運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)鍛煉（尤其是足球）的過(guò)程中易導(dǎo)致ACL的損傷，女性運(yùn)動(dòng)員ACL損傷的幾率是男性運(yùn)動(dòng)員的2～3倍[18]，然后會(huì)引起疼痛，關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，早期骨關(guān)節(jié)炎等；進(jìn)行韌帶重建手術(shù)，短期效果是比較明顯的，長(zhǎng)期看法還是不一致。為了降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ACL損傷的發(fā)生率，理解ACL的損傷機(jī)制，Taylor[19]通過(guò)動(dòng)態(tài)MRI測(cè)量運(yùn)動(dòng)（模仿打籃球或踢足球的彈跳運(yùn)動(dòng)）過(guò)程中ACL的變化，得出結(jié)論：ACL在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰地瞬間長(zhǎng)度是最長(zhǎng)的，隨著屈曲角度的增大，長(zhǎng)度逐漸減??；ACL所受張力的峰值也出現(xiàn)在碰地之前的一瞬間。由此看出，ACL所受張力峰值和長(zhǎng)度最長(zhǎng)的時(shí)刻都發(fā)生在低屈曲角度。

2.3 半月板

半月板墊在股骨內(nèi)、外側(cè)髁與脛骨內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面之間，分別為內(nèi)、外側(cè)半月板，通過(guò)增加股骨與脛骨之間的接觸面積，起到分散壓力的作用，在運(yùn)動(dòng)時(shí)傳遞應(yīng)力并吸收震蕩，通過(guò)加深脛骨平臺(tái)而增加膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，并且有潤(rùn)滑關(guān)節(jié)和營(yíng)養(yǎng)軟骨的作用。在膝關(guān)節(jié)屈伸過(guò)程中，半月板有一定的活動(dòng)度，并存在生理性周緣性移位，而且移位程度隨著年齡的增長(zhǎng)而加大，此時(shí)雖然半月板組織結(jié)構(gòu)尚完整存在，但是已喪失其正常的解剖位置，無(wú)法充分發(fā)揮其生理功能，可視為“功能性”半月板切除[20]。

隨著膝關(guān)節(jié)的屈曲，為了適應(yīng)和傳遞負(fù)荷，半月板向后方移動(dòng)，外側(cè)半月板比內(nèi)側(cè)半月板移動(dòng)距離大，前角比后角移動(dòng)范圍大，因此內(nèi)側(cè)半月板后角移動(dòng)范圍最??；后移的同時(shí)半月板高度有不同程度的增加，半月板的前后徑減少；半月板同時(shí)還向側(cè)方移動(dòng)，側(cè)方移動(dòng)的距離小于前后方向的移動(dòng)距離；這些變化很可能是由于半月板的運(yùn)動(dòng)在很大程度上與股骨髁、脛骨髁的運(yùn)動(dòng)和形狀相關(guān)，同時(shí)還與半月板的附著方式及關(guān)節(jié)囊和周圍韌帶有關(guān)[21]。

半月板損傷和半月板切除都對(duì)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)有著不利影響，半月板切除術(shù)后導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎已經(jīng)得到了長(zhǎng)期隨訪的證實(shí)，因而半月板損傷的治療方式就顯得尤為重要[22]。Zaffagnini[23]對(duì)半月板移植手術(shù)和半月板部分切除的患者進(jìn)行了10年隨訪，得出結(jié)論：進(jìn)行半月板移植手術(shù)的患者無(wú)論在疼痛，還是在術(shù)后活動(dòng)能力方面都好于半月板切除的患者。

2.4 軟骨

關(guān)節(jié)軟骨起著傳遞分散壓力的作用，外傷或病變后很難恢復(fù)，因?yàn)檐浌潜旧淼男迯?fù)能力很差，一般都要通過(guò)修復(fù)或者移植手術(shù)來(lái)恢復(fù)受損的軟骨細(xì)胞，而對(duì)于關(guān)節(jié)軟骨手術(shù)的可行性和軟骨可塑性的評(píng)價(jià)，就只能通過(guò)MRI了，因?yàn)镸RI既無(wú)侵襲，又能對(duì)關(guān)節(jié)軟骨信號(hào)、形態(tài)都有很高的敏感性，尤其T2 mapping：是一種定量研究關(guān)節(jié)軟骨，反映關(guān)節(jié)軟骨中膠原纖維結(jié)構(gòu)完整性的技術(shù)，是關(guān)節(jié)軟骨T2值變化的空間分布圖；T2值對(duì)軟骨膠原基質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變極為敏感，成為研究軟骨生化結(jié)構(gòu)的影像標(biāo)志[24，25]。

而動(dòng)態(tài)MRI更能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)信號(hào)、所受壓力的變化：運(yùn)動(dòng)過(guò)程中軟骨接觸區(qū)域與非接觸區(qū)域相比，T2值呈現(xiàn)出非常明顯的減??；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中軟骨受到擠壓（即使沒(méi)有重力的影響）時(shí)，T2值也會(huì)有明顯的減小，開(kāi)始只是軟骨淺層信號(hào)降低，隨著壓力的增加或者活動(dòng)度的加大，關(guān)節(jié)軟骨深層的信號(hào)也降低，形態(tài)也會(huì)有所變化，這可能是與軟骨中含水量、膠原纖維方向結(jié)構(gòu)有關(guān)[24，26，27]。此檢查方法的缺陷是患者受到磁體孔徑的限制，屈曲角度受限，大約只能屈曲40°左右，再者仰臥的情況下，比站立、走路、跑步等日常生活狀態(tài)中所受的承重要小一些，因此隨著直立開(kāi)放式MRI在此方面的應(yīng)用還有待進(jìn)一步的深入研究。

3 小結(jié)

綜上所述，動(dòng)態(tài)MRI較常規(guī)MRI更能精確反映膝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化情況，對(duì)髕股關(guān)節(jié)和股脛關(guān)節(jié)疾病的治療方案的制定與研究有著重要的指導(dǎo)作用；對(duì)半月板與軟骨運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形態(tài)及壓力分布的變化、退變的程度等提供一個(gè)影像學(xué)理論依據(jù)；對(duì)研制出更實(shí)用的人造膝關(guān)節(jié)提供更準(zhǔn)確可靠的生物力學(xué)基礎(chǔ)，延長(zhǎng)假體的遠(yuǎn)期使用壽命，指導(dǎo)膝關(guān)節(jié)的假體置換等有著重要的意義。但是尚存在一定的不足，膝關(guān)節(jié)在仰臥的情況下忽略了重力對(duì)關(guān)節(jié)的影響，隨著直立開(kāi)放式MRI的廣泛應(yīng)用，患者就可以在直立負(fù)重自然生理狀態(tài)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，更接近于真實(shí)的生理病理狀態(tài)，檢查結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。

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