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膝关节韧带正常解剖与损伤的 MRI 表现

膝关节韧带损伤常见,会严重影响患者的生活或运动员的训练及比赛。因此,创伤后快速、准确、可靠地评估这些损伤对患者和临床医学专家显得尤为重要。普通 X 线检查和 CT 对膝关节韧带损伤的诊断不敏感。而关节镜技术尽管可以保证高度精确,但属于有创操作,且有手术风险,近年来单纯诊断性关节镜检查已很少使用。

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相比之下,MRI 有高软组织分辨力和多层面成像的能力,可以较清晰地显示关节软组织的变化情况,有研究报道 MRI 对前交叉韧带损伤诊断的敏感性高达 93%- 96%,特异性高达 89%-98%,后交叉韧带及内外侧副韧带损伤的敏感性和特异性也与之相似,因此成为诊断关节韧带损伤的首选方法。本文就从膝关节韧带正常解剖、损伤的 MRI 表现作一介绍。 医学百科网 | YxBaike.Com

一、膝关节韧带的组成、解剖及生物学特性

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稳定膝关节的结构主要由 4 个韧带构成:前交叉韧带 (anterior cruciate ligament,ACL)、后交叉韧带 (posterior cruciate ligament,PCL)、内侧副韧带 (medial collateral ligament,MCL)、外侧副韧带 (lateral collateral ligament,LCL)。其他韧带还包括:膝横韧带股板韧带内侧支持带髌韧带等。

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从侧面及正面观察,ACL 和 PCL 成十字交叉状,又合称十字韧带。ACL 起于胫骨平台内侧髁间嵴前方、近内侧半月板前角附近关节面,向外、上、后方走行,止于股骨外髁内侧面,韧带在进入胫骨髁间嵴之前该韧带从上至下呈扇形散开。ACL 主要作用是防止胫骨前移,前交叉韧带的次要作用是防止胫骨过度内旋、维持膝关节内外翻角度以及防止膝关节伸展过度。

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PCL 起于胫骨平台髁间区后部近胫骨骺线处,斜向内、上、前方走行,止于股骨内髁外侧骨前部。PCL 是膝关节主要的后稳定结构,可防止胫骨过度后移,限制膝关节的过伸,限制膝关节的侧方活动,并对膝关节的旋转稳定起着重要的支持作用,在膝关节的韧带中,PCL 最为强大。

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外侧副韧带或称腓侧副韧带,起自股骨外上髁而止于腓骨小头(图 1),此韧带下延时有轻微的前倾角,因此在连续的冠状状图像时易观察,其深层没有附着于外侧半月板。膝关节外侧副韧带主要是对抗膝关节内翻的主要稳定结构。 医学百科网 | YxBaike.Com

膝关节韧带正常解剖与损伤的 MRI 表现 医学百科网 | YxBaike.Com

内侧副韧带或称为胫侧副韧带,起自股骨内髁,位于内收肌结节前下方,附着于胫骨内侧面,距胫骨平台表面约 2.0-2.5 cm,韧带深层紧密附着于内侧半月板旁,内侧副韧带是膝关节对抗外翻负荷和限制胫骨外旋的重要结构。特别需要认识的是半月板股骨韧带,它起自股骨内髁外侧面,斜向外下方走行,附着于外侧半月板后角。

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该韧带通常有 2 个分支,其中一个分支走行于后交叉韧带前方,称为前半月板股骨韧带(Humphrey 韧带),另外一个分支走行于后交叉韧带后方,称为后半月板股骨韧带(Wrisberg 韧带)。Gupte 等对尸体研究发现,93% 的标本中存在半月板股骨韧带。临床上,诊断这些正常韧带是很重要的,以防与半月板损伤混淆。

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二、膝关节韧带损伤机制 医学百科网 | YxBaike.Com

ACL 损伤的机制较复杂,主要是突然减速、过伸、胫骨前移、外旋和外展等。可同时合并有关节其他结构损伤:如内侧副韧带撕裂、内侧半月板撕裂、胫骨后内侧平台骨折、胫骨后外侧平台骨折、股骨外侧髁骨挫伤等。

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ACL 损伤很常见,在非接触性运动中,伸展的膝关节扭伤通常发生在足稳定在地面而躯干扭转时,多见于滑雪和足球运动;而在身体接触的运动中,ACL 损伤见于后方直接暴力作用于膝关节或小腿;ACL 部分或完全损伤,多见于橄榄球运动。 医学百科网 | YxBaike.Com

ACL 损伤 MRI 可见形态异常和信号改变,而一旦 ACL 撕裂,胫骨就相对前移,典型表现为外侧半月板后角暴露、股骨外侧髁和胫骨外侧骨挫伤。 医学百科网 | YxBaike.Com

PCL 损伤是胫骨相对于股骨的过伸、外旋和后移造成的,如“仪表盘损伤”,常见于膝关节屈曲时,外力作用于胫骨近端前方,多见于车祸时膝关节撞击前方的仪表盘,也见于跌倒以后膝关节撞击地面,使得胫骨前方损伤,而合并 PCL 损伤或撕裂。 医学百科网 | YxBaike.Com

外侧副韧带损伤为膝外翻暴力所致,多是由于膝关节弯曲时,小腿突然内收、内旋,或大腿突然外展、外旋引起。外侧副韧带可发生部分或完全断裂,在严重创伤时,侧副韧带、十字韧带和半月板可同时损伤。 医学百科网 | YxBaike.Com

内侧副韧带损伤为膝内翻暴力所致,多是由于膝关节轻度屈曲时,小腿突然外展、外旋,或足及小腿固定,大腿突然内收、内旋造成。由于内侧副韧带较薄弱,膝关节外翻暴力较常见,以近端撕裂尤其是股骨附着点处撕裂最常见。

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典型的是剪切伤,当膝关节中度屈曲(10°-30°)时受到一个纯粹的外翻力作用,常有胫骨外侧平台和股骨外侧髁的损伤。其次,是股骨内侧髁的内侧副韧带附着点损伤,可合并 ACL 撕裂、内侧半月板撕裂,多见于橄榄球运动员。 医学百科网 | YxBaike.Com

三、正常韧带的 MRI解剖及信号特点相关性 医学百科网 | YxBaike.Com

检查膝关节及韧带的 MRI 序列主要有自旋回波序列 (SE)、梯度回波序列(GRE) 及其衍生序列。最常用的是 SE 序列,包括 TIWI、T2WI 及质子密度加权成像(PDWI),特别是水敏感序列,如快速自旋回波(FSE) -T2WI 序列、反转恢复和质子密度加权序列,用于评估膝关节主要韧带及其损伤的程度,如膝关节韧带形态和一些常见的损伤。 医学百科网 | YxBaike.Com

而目前研究 3D 梯度回波序列 (3D-GRE)、3D 自旋回波序列(3D-TSE) 以及 3D 超短回波序列(3D-UTE) 等的资料显示,这些三维序列的优势是能更清楚地显示关节的细微解剖结构,并能够进行多平面及曲面重建,诊断准确性有所提高,正在逐渐应用于临床。当然,加上脂肪抑制技术,更有利于对合并其他结构损伤如骨髓、软骨、软组织等结构损伤的显示。 医学百科网 | YxBaike.Com

ACL 近端附着在股骨外侧髁的后内侧面,沿股骨外侧髁内侧向前下方走行,远端附着于胫骨髁间隆起的前外侧面。ACL 的走行与髁间窝顶一致,长约 1.1 cm,宽约 3.1-3.8 cm,由多条纤维组成,呈线状或轻度螺旋状排列。主要分为两部分,较粗大的前内束和较小的后外束,但在 MRI 上两者难以区分。

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ACL 在矢状面、冠状面和横断面上均可显示,但在矢状面上显示较好。它前面的纤维束在所有的 MRI 序列上均表现为低信号,而在中间和后面部分的纤维束之间常存在少量的脂肪组织和疏松结缔组织,因此呈稍高信号(图 1)。

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PCL 近端起于股骨内侧髁的外侧面,向后、下、外走行,远端附着于胫骨后髁间凹和胫骨平台的后面。PCL 位于 ACL 的后内侧,较后者粗大。PCL 主要由前外侧束和后内侧束组成,从近端至远端逐渐变细。 医学百科网 | YxBaike.Com

其平均长度 3.8 cm,宽度 1.3 cm。在矢状面上,PCL 常可在几个层面上显示,并在不同的序列上均表现为边界清楚和均匀的低信号带,这与 ACL 有所不同。大多数情况下,PCL 信号强度低于 ACL,而且 PCL 信号比较均匀,不同于 ACL。 医学百科网 | YxBaike.Com

外侧副韧带长度为 4.1-6.2 cm,平均长度为 5.7 cm,在冠状位、横断位及矢状位的 TIWI 及 T2WI 上均呈低信号,与内侧副韧带相同,但在冠状面显示最佳。 医学百科网 | YxBaike.Com

内侧副韧带呈扁平条状,长度为 4.5-7.7 cm,平均为 6.8 cm,呈拉紧的细带状,在冠状位、横断位及矢状位的 TIWI 及 T2WI 上均呈低信号,内侧副韧带被脂肪组织包绕。在股骨、胫骨韧带附着点处,韧带与骨皮质融合难以区分,内侧副韧带冠状位显示最佳,表现为一线形低信号,偶尔在冠状面 T2WI 上内侧副韧带浅层和深层间有一细线状中等信号影,为浅层滑囊内脂肪所致。

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四、膝关节韧带损伤的 MRI诊断

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膝关节韧带主要由胶原纤维组成,其内的氢原子固定在多肽链形成的致密网架上,因此在所有的序列上均呈低信号,韧带损伤时,多肽网架破坏,出现水肿或出血,表现为 TI2WI 上高信号,韧带增粗肿胀。 医学百科网 | YxBaike.Com

ACL 在 MRI 矢状位显示最清楚,T1WI、T2WI 均表现为斜行的带状低信号,界限清楚,前缘均光滑,大部分后缘欠光滑。ACL 撕裂的程度分为完全撕裂和部分撕裂。ACL 撕裂在斜矢状位观察最佳,当然同时需要结合横断位及冠状位观察,最常见的撕裂部位是韧带中部,其次是股骨髁附着点,而胫骨附着处则较少见。

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ACL 损伤的 MRI 直接征象表现包括:信号增高、走行异常、连续性部分或完全中断以及出现假瘤征、空虚征(图 2)。间接征象则包括:膝关节外侧部骨挫伤或骨软骨损伤、胫骨后内侧平台骨折合并半膜肌附着点撕裂、PCL 角度改变、胫骨位置前移、半月板和其他韧带撕裂。在部分和完全性 ACL 撕裂时骨挫伤的发生率分别为 12% 和 72% ,同时可见合并有其他损伤,包括半月板撕裂。

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膝关节韧带正常解剖与损伤的 MRI 表现

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ACL 急性损伤时,合并半月板撕裂的发生率达 52%;ACL 慢性损伤时,合并半月板损伤发病率高达 83%。而外侧半月板撕裂在急性 ACL 损伤时更为常见,内侧半月板撕裂在慢性 ACL 损伤时略多见。ACL 手术重建是目前损伤后最常见的韧带重建。与原来韧带相比,重建韧带也可产生损伤或撕裂。关节纤维化是 ACL 重建后一个已知的并发症,可能会导致关节伸展活动受限。

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PCL 在 MRI 矢状位显示最佳,T1WI、TI2WI 均表现为斜行的带状低信号,信号略低于 ACL,界限清楚,边缘光滑。撕裂也分为完全撕裂及部分撕裂。PCL 完全撕裂 MRI 表现主要是 PCL 连续性中断,残余的交叉韧带退缩、扭曲,而有时也可见 PCL 缺如,多见于慢性损伤后吸收改变;部分撕裂则表现为 PCL 有信号异常改变,部分纤维连续性中断而部分纤维完整(图 3)。间接征象则包括内侧胫骨平台的撕脱骨折等。 医学百科网 | YxBaike.Com

内侧副韧带损伤则以冠状位和横断位扫描为主,根据侧副韧带损伤的 MRI 表现将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。Ⅰ级损伤:韧带形态及厚度无明显改变,与邻近的脂肪组织分界清楚,主要为韧带局部水肿和新生的肉芽组织增生,所以 T2WI 显示韧带内出现条形高信号。

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Ⅱ级损伤:侧副韧带纤维呈纵行部分撕裂,纤维束撕裂分离出现水肿及出血,但信号连续性依然存在,韧带局部不同程度增粗,边缘模糊,韧带与周围脂肪分界不清,T2WI 显示韧带内出现不规则条形高信号。Ⅲ级损伤:韧带失去正常形态,信号的连续性大部分或全部中断,韧带断裂处卷曲、挛缩成团块状,T2WI 呈混杂信号 (图 4)。 医学百科网 | YxBaike.Com

膝关节韧带正常解剖与损伤的 MRI 表现

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内侧副韧带损伤常合并其他结构的损伤,文献报道发生率约为 73%。合并的损伤包括骨挫伤,ACL、PCL、半月板损伤等。其中骨挫伤以膝关节的外侧部多见,另外胫侧副韧带损伤可合并大量的关节液渗出。 医学百科网 | YxBaike.Com

外侧副韧带损伤的 MRI 表现与内侧副韧带相似,同样也是在冠状位上显示较好,尤其是在脂肪抑制序列上,对韧带损伤显示更加敏感、准确。根据韧带损伤的程度分为 3 级,与内侧副韧带分类方法相同(图 5)。 医学百科网 | YxBaike.Com

但是外侧副韧带损伤较内侧少见,而且多为单发损伤,严重者可伴有关节囊和外侧半月板损伤。

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MRI 是评估膝关节韧带损伤的重要工具。详细了解这些韧带的正常解剖和其病变征象可以早期确诊和及时治疗,从而减少治疗康复时间。

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文章摘自《中华全科医师杂志》2014 年 8 月第 13 卷第 8 期 P628

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文章作者:宗敏 陈娇 时寅 王德杭

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