MRI诊断膝关节前交叉韧带损伤的研究进展

【摘要】  膝关节前交叉韧带是膝关节的重要稳定结构，其损伤是临床较为常见而又严重影响膝关节稳定性的运动性损伤，随临床稳定学、影像学及关节镜对前交叉韧带损伤诊断方法的日趋完善，近年来研究较多的磁共振（MRI）因其具有良好的组织分辨率和较高的空间分辨率，已成为目前国内外较为常用的重要影像学检查手段，在前交叉韧带（ACL）损伤的检查中被认为是影像学检查的金标准，同时也为骨关节疾病的诊断开创了新局面.

【关键词】  膝关节；前交叉韧带/损伤；磁共振成像

　　前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL）损伤是临床较为常见而又严重影响膝关节稳定性的运动性损伤. 其发病率较高，美国人群的ACL损伤发病率估计为1/3000，而从事足球运动者中ACL损伤的发病率60/10万，滑雪运动者70/10万，明显高于一般人群. 我国尚无整体人群发病率的报道，但有作者对我国现役集训运动员进行的调查发现， ACL的总体发病率0.43％. 运动员的ACL损伤多见于足球、篮球、武术、体操、柔道、摔跤等项目，非运动员ACL损伤多见于一般性项目，如足球、篮球、跳跃性运动项目等. ACL损伤后早期、正确的诊断无论对临床方案的选择还是预后判断都有重要的意义［1-4］. 目前，临床常用来诊断前交叉韧带损伤的方法主要包括临床稳定学检查，影像学检查以及关节镜检查. 近年，国内外在ACL的MRI诊断上进行了大量研究，积累了大量经验，现将ACL损伤的MRI诊断作一综述.

　　1ACL的解剖
 
　　ACL起于胫骨髁间隆突前方凹陷处及外侧半月板前角，向后、上、外成约60°斜行止于股骨外髁内侧面之后部. 韧带长37 mm~41 mm(平均39 mm)，宽10 mm~12 mm(平均11 mm).  ACL股骨附着区在内收肌结节水平下12 mm, 股骨干后侧皮质延长线后方8 mm处［1］；近椭圆形，最长纵径平均约(20.9±2.8) mm，横径约(11.2±1.3) mm；前缘较直近端稍前倾，后缘略呈弧形，与股骨外侧髁后关节缘相距约4 mm. 胫骨附着区在胫骨平台髁间区的前部，内侧髁间棘表面及前外侧，与外侧髁间棘之间有少量脂肪组织相隔；外形似三角形，前端宽，后端窄，前端外侧有外侧半月板前角的部分纤维加入，后端附着于内侧髁间棘上，且与外侧半月板后角的部分纤维相联. 横径(11.0±1.6) mm，前后长径(17.5±2.9) mm，前缘距胫骨平台前缘为(11.2±2.4) mm. ACL实质部可分为前内束和后外束，其长度分别为(40.5±4.8) mm和(17.7±2.9) mm，宽度和厚度分别为(9.4±1.1) mm和(5.3±0.8) mm，在股骨附着部以下10 mm~12 mm处开始呈扇形扭曲，并随膝部活动而改变. 由于ACL在股骨附着面呈矢状位，而胫骨附着面呈水平位，故韧带从上端至下端以自身的中轴向外旋转约90°. 其中部最狭窄宽度为(11.49±1.59) mm，厚(4.3±0.49) mm. 膝伸直时，它呈扁带状. ACL与冠状面、矢状面及横断面间的夹角分别为(33.3±8.1)度, (22.8±9.8)度和(53.6±9.6)度. ACL虽然解剖形态、空间走向均较复杂但是在断层解剖上仍可得到较好的显示。有作者报道ACL正中矢状面全长的出现率为82%，显示其全长的最好层面为正中矢状面和正中旁1 cm层面. ACL的解剖走行是MRI成像的基础. MRI检查的扫描方法选择，图像分析与ACL的解剖形态的关系密不可分.

　　2ACL损伤的病理和MRI成像的基础

　　2.1ACL损伤的病理

　　在日常活动中,ACL仅承受很小的负荷,很多数据提示,至多达到断裂时负荷的20%. ACL损伤多发生在一些膝关节异常活动的负荷中. 实验发现,在膝关节由屈曲40°主动伸至完全伸直时,胫骨过度内旋时以及过度的内翻及外翻应力作用于胫骨上时,ACL承受着最高的负荷和张力［2］. ACL多在非接触运动中损伤,有人统计达78%［3］,常发生于落地时、斜切动作时及急停中等. De Marea等［4］按受伤的生物力学机制及合并的损伤将其分为以下5类:  ① 单纯ACL损伤, 多发生在强迫的伸膝力下伴股骨外髁前部与胫骨平台外侧相撞的损伤中,也有一部分发生在强迫的屈膝力下伴胫骨髁间棘的撕脱骨折中；② ACL及内侧结构的损伤, 多发生在强迫的屈曲?外旋(外翻外旋)中,其中很典型的是O?Donoghue三联症,而且外翻力及轴移现象可同时损伤股胫前的关节面；③ ACL及外侧结构的损伤, 由强迫的屈曲?内旋力(内翻内旋)造成,可形成典型的Segond骨折；④ ACL及内外侧结构的损伤, 由不同形式的内?外翻及旋转力造成；⑤ ACL及PCL的损伤, 多发生于胫骨向后移位和膝过伸中. 有人研究发现［5］,在斜切运动中膝关节旋转的幅度和次数远大于在跑步中,在一定程度上说明,为什么这些动作中更易损伤ACL. 单纯性ACL损伤少见，绝大多数为复合性韧带损伤. 损伤的部位以韧带中段最多见约72%，股骨髁附着点损伤占18%，胫骨附着点损伤占4%. 一般来说，急性撕裂均引起不同程度的水肿和出血，韧带增粗变形明显；而较轻微的韧带内撕裂其变形可不显著.

　　2.2MRI成像的基础

　　正常ACL因其氢原子被固定在多肽形成的致密网架上不能参与MR成像，故其在任何序列上均为低信号. 交叉韧带损伤后，多肽网架遭到破坏，氢原子及水肿液在MR成像上表现为韧带内出现高信号. 由于出血、水肿，韧带肿胀超过正常宽径，MR成像上表现为韧带形态改变. 因此，一旦获得良好的MRI图像后即可依据交叉韧带内有无异常信号、异常信号的位置，交叉韧带有无形状改变，周围结构有无异常改变等来判断交叉韧带的损伤及部位.  研究表明MRI诊断ACL完全损伤时，ACL撕裂原发征像如ACL形态信号异常，在矢状面图像上敏感度96%，特异度94%；在冠状面图像上两者分别为92%和83%. MRI是ACL损伤的重要的检查手段.

　　3ACL的MRI检查技术

　　3.1磁场强度

　　磁场强度是决定磁共振分辨率的重要参数，目前研究表明对于膝关节疾患低场强和高场强MRI的诊断并无明显差异. Jee等［6］发现0.2T与1.5T相比，两者之间无差别. 短时低场MR对于诊断ACL损伤能以短时、低成本获得与高场MR类似的结果. 高场强可以提高分辨率，但只有在ACL撕裂时方能发挥其显著作用［7］.
 
　　3.2扫描方法

　　ACL的MR扫描常规以矢状面为主，研究表明矢状面结合冠状面和横断面可以提高ACL的诊断率. 近年为了更好的显示ACL的解剖结构，斜矢状面扫描，轴位扫描，动态MRI扫描、屈曲位扫描以及斜冠状位扫描相继出现. 过去认为矢状面ACL异常表现是敏感度和特异度最好的征像［6］. Sasaki等［8］报道矢状面SET1WI, GET2WI扫描结合冠状位SET1WI扫描ACL诊断准确度可达97%. 在目前常规MRI检查中，矢状面是扫描的常规序列. 同时也有作者报道认为轴位MR扫描图像是诊断ACL损伤的重要序列. 轴位序列诊断ACL撕裂的标准：轴位T2像ACL预期行程中看不见ACL或ACL行程中见有高信号. ACL撕裂的诊断敏感度达92%, 特异度可达82%~100%. 同时轴位像对ACL的稳定性判断也有重要意义［7-8］. 为清晰显示ACL的解剖结构动态MRI、屈曲位MRI分别用于临床. 动态MRI矢状面运动序列诊断的敏感度、特异度分别为96%和92%，优于静态3D（敏感度71%，特异度88%）诊断，在评价韧带松弛及部分损伤意义较大［9］. 屈曲位MR较易识别断裂ACL及残端，对于伸直位显示不佳患者可行屈曲位MR扫描. ACL残端有2种明显表现：结节状和游离舌状［10］. 常规MRI，加用斜冠状扫描后其准确度、敏感度、特异度分别提高至97％, 96％和97%，附加斜冠状扫描增加了对ACL进行损伤分级的诊断准确率［11］. 

　　3.3扫描序列

　　Mink等发现T2加权序列前交叉韧带诊断的准确率高于T1加权序列. 关节镜MRI100例回顾性对照分析表明3?D GE序列诊断前交叉韧带完全断裂敏感度92%，特异度96%. 关节镜MRI217例回顾性对照分析表明［12］FSE敏感度96％，特异度98％，准确度98％，在常规SE报告范围内，FSE是常规SE序列的选择. T1 WI序列和3?D GE序列50例对照发现：SE对韧带损伤的敏感度82%，特异度95%；3?D敏感度64%，特异度100%，两者无差别. 对于ACL的MRI扫描，扫描序列的选择较多样化. ACL常规MRI查检多为旋转中立位，层厚4 mm~5 mm，常规的矢状面、冠状面和横断面的T1，T2成像. ACL在正中矢状面附近的1~2个层面上可清楚显示全程，MRI上整条ACL在所有序列上均呈粗1 cm左右带状低信号影，冠状面ACL呈节段状低信号影，ACL附着点显示较清楚. 交叉韧带的观察以矢状面为主同时应结合冠状面及横断面. 由于ACL较细，其解剖走行与矢状面有一定的角度，或扫描角度与韧带走行不平行，常规扫描中部分病例不能良好的显示ACL. 正确、恰当的运用扫描技术是MRI能够准确诊断的重要前提. 近年来国内外也有将斜矢状位扫描列位常规扫描的. 具体的方法可通过15°倾斜定位或让患者膝关节外展10°~15°，减少扫描层厚（3 mm），从而大大提高ACL损伤的显示率，并有助于ACL小撕裂的诊断. 目前报道完全性ACL撕裂MRI诊断准确率达90％~100％，而ACL部分损伤MRI诊断的准确率在47％~85％. 总之，扫描技术是MRI检查的重要方面. 只有准确、恰当的运用各种扫描方法，才能有望得到良好的成像、正确的诊断.

　　4ACL损伤的MRI表现

　　完全性ACL撕裂MRI大多表现典型的ACL连续性中断或ACL明显增粗伴信号升高，韧带周积液或出血，ACL松弛呈波浪状改变，与胫骨平台夹角<45°，与Blumensaat线夹角>15°，PCL弯曲指数<3，胫骨前移>7 mm，胫股骨典型的骨挫伤等征象. 然而，不全性ACL撕裂MRI缺乏典型的直接征象和间接征象，诊断难度较大，国外文献报道的准确率在47％～85％. 国内有作者报道不全性ACL撕裂的诊断准确率为57.1％［13］. ACL撕裂的直接征象包括： ① 韧带连续性中断； ② 韧带松弛、扭曲呈波浪状改变；③ 韧带增粗、边缘毛糙、团块和局部信号显著升高，局部假瘤形成；④ 韧带内弥漫性高信号等. ACL撕裂间接征象：① ACL与胫骨平台夹角<45°；② ACL与Blumensaat线夹角>15°；③ 外侧胫骨平台和股骨外侧髁的挫伤或骨软骨骨折；④ PCL弯曲指数<3；⑤ 胫骨前移>7 mm；⑥ 外侧半月板后移；⑦ 韧带周围积液或积血等［14］；⑧ 后交叉韧带角＜105°；⑨ 外侧半月板后角后移＞3 mm；⑩ 股骨外侧沟＞1.5 mm 和阳性PCL线.

　　4.1MRI征像对ACL损伤的判断意义

　　就ACL形态结构改变而言，不全撕裂的ACL内局部出血或水肿使韧带增粗变圆，横断面像ACL宽径的增大常比矢状面像前后径改变更为显著，尤其在ACL轻微增粗病例中，在横断面像上观察和测量ACL宽径则更突显其重要性. 不全撕裂ACL局部信号略微升高的同时伴有局限性韧带增粗，信号升高和韧带增粗多在同一部位. 然而矢状面像上ACL与临近脂肪组织的容积效应经常出现信号升高并略有增粗的假象，原本信号升高的不全撕裂ACL也可在与骨皮质的容积效应作用下而不表现出来. 采取≤3 mm薄层成像确能减少容积效应的影响，但也大幅降低了信/噪比. 横断面像同样能有效地消除容积效应的影响［15］，结合矢状面像则能更为可靠地判断ACL的信号改变. ACL撕裂的间接征象包括PCL弯曲指数减小、胫骨前移度增加,ACL周围积液,骨结构改变和其他韧带半月板病变等. PCL较ACL粗大，在矢状面MRI像上较少受到容积效应和位置的影响，测量PCL的弯曲指数比较容易和准确，对于ACL不全撕裂而言，PCL弯曲指数较胫骨前移度更具价值. 关节滑膜仅被覆ACL前缘，而后缘少有滑膜，特别是ACL上段的滑膜被覆比下段更少. 为此有作者［16］认为ACL无滑膜被覆区域出现积液或水肿可作为诊断ACL撕裂的征象之一. 但也有作者［13］对此持反对意见. ACL撕裂后滑膜化易导致误诊，ACL行程内出现稍低信号逗号样纤维束是诊断ACL撕裂的可靠征像［16］. 膝关节ACL撕裂合并胫股骨挫伤或骨折、半月板撕裂、内侧副韧带损伤以及继发骨软骨剥离等病变与损伤机制. 相关文献报道特别指出MRI见外侧胫股骨挫伤或骨折（特别是胫股骨对吻性挫伤）应强烈提示ACL撕裂. 间接征象特异度较高、但敏感度相对低，对证实诊断有较大帮助，但不能依赖其进行诊断；间接征象较可靠的有：骨挫伤、外侧半月板后角后移，胫骨前移. 急性撕裂有特征性的水肿，慢性撕裂则因纤维瘢痕的桥接，MRI可见ACL纤维束完整、低信号、行程正常，纤维束平直或仅有局部有成角，易于导致误诊. ACL损伤MRI表现存在性别差异：女性多在急性期成像，多有后外侧平台骨挫伤，男性表现较严重多伴有严重股骨外髁和软组织损伤［14］. 对于儿童ACL损伤完全可以采用成人的ACL诊断的直接征像和间接征象［17］. ACL完全撕裂征像较典型易于判断，但对不全性ACL撕裂往往没有典型的直接和间接征像，诊断较困难，不易把握. 因而针对临床高度怀疑ACL撕裂病例，应尽可能采取薄层次、多方位和多序列成像，以提高ACL的清晰度和减少容积效应的影响，在MRI检查和诊断ACL撕裂过程中特别需结合矢状面、冠状面和横断面多方位综合分析判断.

　　4.2ACL损伤的MRI分类及其表现

　　ACL损伤根据损伤程度可分为：完全撕裂、部分撕裂；按损伤部位分可分为：股骨附着处撕裂、中间部位撕裂、胫骨附着处撕裂；根据病程可分为：急性损伤、慢性损伤. 国外有作者通过轴位像按ACL稳定程度将ACL损伤为： ACL正常，稳定的ACL部分断裂，不稳定的ACL部分断裂，ACL完全断裂. 轴位像ACL稳定(ACL正常、ACL稳定的部分撕裂)的征像；ACL信号区内无异常信号，削弱低信号，增强信号： 不稳定ACL（不稳定的部分撕裂、完全撕裂）征像： 信号区内见分离的ACL纤维束，ACL不可见，或见团块状信号. 近期国外有作者按常规MRI扫描和加行斜冠状扫描对ACL损伤进行了诊断的4点分级法：0级?ACL正常；1级?ACL低度部分断裂，断裂纤维不足实质一半；2级?ACL高度部分断裂，韧带实质一半以上断裂；3级?ACL完全断裂. ACL完全断裂采用常规的方法主要包括： 连续性、轮廓、厚度、异常信号、内部结构等. ACL部分断裂标准： 韧带连续性存在、信号异常，韧带连续性存在、弥散或局限性变薄，股骨及胫骨附着点可辨别但轮廓呈波浪状改变；显著变薄、倾斜度下降、波浪状轮廓提示为2级损伤. 并认为加行斜冠状位扫描序列有助于提高ACL损伤分级的诊断的准确性. 慢性撕裂、部分撕裂的判断有时也较困难，需要不断发现新的征像和更有效的扫描技术、扫描序列.
 
　　膝关节ACL损伤临床上较为常见. 伤后早期、正确的诊断损伤的部位、程度对决定方法评价预后都有重要意义. 目前，MRI在诊断完全性ACL的撕裂已非常成熟而对不全性撕裂、陈旧性撕裂的诊断相对还比较困难. 因此, 需要我们不断探索更好的扫描序列、方法，更好的成像技术来提高ACL的解剖结构全程显示及清晰显示、逼真显示，提高诊断率.

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