关节软骨MR影像表现特点和各种影响因素
作者：许建荣 杨世埙 王皖 朱珠华 蒋智铭 蒋尧 翟伟韬 靳激杨
单位：200233 上海市第六人民医院放射科(许建荣、杨世埙、王皖、朱珠华、靳激杨)，病理科(蒋智铭)，骨科(蒋尧、翟伟韬)
关键词：软骨，关节；磁共振成像；病理学；对比研究
中华放射学杂志990208 【摘要】 目的 探讨关节软骨的MRI表现特点以及各种因素对软骨层次、厚度和信号强度的影响。方法 取12只新鲜人膝关节标本，行各种位置和序列的MR成像。标本脱钙、切片、染色后用偏光显微镜观察。结果 MRI上关节软骨的厚度、层次和信号强度与软骨内纤维排列方向、软骨基质的含量、各区域宽度、容积效应、化学位移、各向异性和成像序列密切相关。结论 MRI检查判断关节软骨结构需兼顾年龄和其他诸多技术因素。
MRI characteristics of articular cartilage and the infuencing factors XU Jianrong, YANG Shixun, WANG Wan, et al. Department of Radiology, the Sixth People's Hospital of Shanghai, Shanghai 200233
, 百拇医药
【Abstract】 Objective To probe into MRI characteristics of articular cartilage and various influencing factors. Methods Twelve specimens of fresh human knee were examined by MRI with various orientation and sequences. The specimen was sliced, decalcified, stained with hematoxylin and eosin, and examined with polarized light microscopy. Results The thickness, laminar appearance and signal intensity of articular cartilage on MRI were correlated with orientation of the collagen structure, water content, age of patient, partial volume effect, chemical shift, anisotropy and imaging sequences. Conclusions In order to evaluate articular cartilage with MRI, attention must be given to age of patient and the various technical parameters.
, 百拇医药
【Key words】 Cartilage, articular Magnetic resonance imaging Pathology Comparative study
关节软骨在MRI上的信号强度、厚度、各层次结构的变化甚大，难以掌握其变化规律，造成判断上的困难。国内外文献较多地报道关节软骨病变的MRI诊断和容积的测定，尚未全面分析其影像的各种影响因素。笔者利用离体新鲜人膝关节，通过对照相应部位的MRI表现、大体观察、偏光显微镜观察，探讨正常关节软骨的MRI表现特点、各种影响因素和变化规律。
材料与方法
本组资料中12只新鲜人膝关节源于因各种原因而截肢者。年龄16天至47岁，平均17.6岁。采用岛津SMT-100型(1.0T)设备，将标本置于膝关节专用线圈(直径20 mm)，作矢状面自旋回波(SE)序列T1WI(TR 500毫秒,TE 25毫秒)和T2WI(TR 2 000毫秒,TE 90毫秒)、梯度场(FE)序列准T1WI(T1WI*)(TR 500毫秒，TE 20毫秒，倾角为90°)以及水/脂肪分离(F/W)成像，层厚4 mm，层间距1 mm。其他方法的MRI检查在结果中另叙。
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离体膝关节标本逐层锯成5 mm的断片，其方向与MR成像方位一致。取股骨内髁或外髁的中间一片，测量前、中、后3点软骨的厚度。组织片经脱钙后用石蜡包埋，切片5 μm厚，嗜伊红染色，偏光显微镜观察。
结 果
1. 偏光显微镜下软骨区域与MRI上软骨层次的关系：偏光显微镜显示软骨5个不同亮度的带状区域(图1)。第1区为软骨表面菲薄的亮线(0.02～0.04 mm)。第2区为暗淡的过渡区(0.3～1.5 mm)。第3区为纤维规则纵向排列的明亮区(0.5～3.1 mm)。第4区为纤维斜行的暗区(0.25～1.25 mm)。第5区为明亮区(0.5～2.0 mm)，包括钙化软骨、软骨下密实骨和部分骨小梁。本组6只关节软骨MRI显示3层结构，第1～3层基本与镜下第2～4区对应，软骨下低信号线与第5区对应，并且明显受到化学位移的影响。
2. 年龄因素：随年龄增加，软骨厚度渐变薄。1岁内、1～16岁、17～25岁和25岁以上各3只标本大体测量平均值分别为4.86、2.88、1.71和1.59 mm，方差检验各组之间软骨厚度有显著性差异(F=16.6，P<0.05)。
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6只儿童关节软骨中5只MRI呈现3层结构，其中1只出生16天的新生儿软骨在偏光镜下区域和MRI层次均模糊不清(图2)，1只2.5个月龄的软骨在偏光镜下和MRI上隐约显示各区域和层次，4只6个月至16岁软骨的偏光镜区域和MRI层次均非常清晰(图3)。6只成年人软骨的偏光镜分区清晰，但仅1只软骨MRI显示3层结构，余5只均为单层。成年人软骨3层结构的显示率显著低于儿童(χ2=5.3， P<0.05)。
图1 偏光显微镜下软骨呈现5个明暗区域。第1区为菲薄的纤维平行走行的软骨表面，第2区为过渡区(白箭头)，第3区内纤维纵向排列(黑箭头)，第4区相对较窄(长三角箭头)，以及第5区(短三角箭头)包括软骨基底和软骨下骨结构
图2 新生儿软骨的脂肪抑制像呈现一片均匀结构
图3 3岁儿童软骨的脂肪抑制像显示3层结构
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3. 厚度测量：若不包括软骨下低信号线，12只关节软骨在SE T1WI上的平均厚度为2.63 mm，小于大体测量(2.79 mm)5.7%，其中成年人软骨的MRI测量偏低8.9%，儿童软骨的MRI测量偏低2.6%。若包括软骨下低信号线，MRI测量的平均厚度(3.85 mm)则大于大体测量(2.79 mm)38.0%，其中成人软骨MRI测量高64.5%，儿童软骨高26.7%。
股骨髁矢状面MRI的SE T1WI(沿关节长轴频率编码)显示后部软骨为2.74 mm比中部(2.52 mm)厚8.7%。后部软骨下低信号线(1.12 mm)比中部(1.31 mm)薄14.5%。标本大体测量揭示中(2.78 mm)、后(2.80 mm)部软骨厚度基本一致。
4. 成像序列间的差异：SE T1WI、SE T2WI、FE T1WI*和脂肪抑制像测量12只股骨髁软骨平均厚度分别为2.63、2.54、2.80和2.69 mm(其中FE T1WI*的测量结果最接近标本所测的平均值2.79 mm)，但方差检验无显著性意义。软骨下低信号线平均厚度分别为1.22、1.92、1.01和1.75 mm，各序列之间有显著性差异(F=3.5， P<0.05)。SE T1WI、SE T2WI、FE T1WI*和脂肪抑制像就股骨髁3层结构的显示率分别为41.7%、50.0%、33.3%和50.0%。
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5.容积效应的试验：取4只6个月至16岁股骨内髁MR矢状面成像，中间层面的中部软骨呈现清晰的3层结构。倾斜20°断面成像(但不改变标本的位置)，软骨内各层次逐渐变模糊或消失，厚度变宽18%，软骨与临近骨质和关节内结构的界限也逐渐变模糊(图4～6)。
6. 化学位移分析：取6只髌骨作2组4次SE T1WI，第1组像一侧关节面的垂直线与频率编码方向一致，第2组像关节面的垂直线与相位编码一致(图7)。第1组像软骨厚度比第2组像薄12%～45%，软骨下低信号线宽于第2组像23%～85%。
取4只成年人膝关节，沿关节长轴为频率编码，分别行股胫方向和胫股方向2次SE T1WI(图8)。前者股骨髁软骨下低信号线显著宽于后者，并在临近髌下脂肪垫的软骨表面处可见高信号线(图9,10)。
7. 各向异性的作用：将4只髌骨一侧软骨(关节面的垂直线)与主磁场分别构成0°和55°，该垂直线代表了偏光镜下软骨内第3区纤维规则排列的方向。SE T1WI显示55°软骨信号强于其他位置(图11)，而且软骨有增厚现象。将股胫骨方向的频率编码改为相位编码，重复上述各位置成像，结果与上述一致。
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图4，5 正矢状面(图4)显示股骨髁软骨为3层结构。倾斜20°成像(图5)见股骨髁中部软骨层次变模糊和增宽
图6 与图4同一部位股骨髁正矢状面和倾斜成像示意图
图7 第1组图像膑骨关节面的垂直线与频率轴方向一致，第2组图像膑骨关节面的垂直线与相位轴方向一致。F为频率编码，P为相位编码，B0为主磁场
图8 相对主磁场方向，给予膝关节股胫方向胫股方向放置。B0为主磁场
图9，10 图9为股胫位MRI，见股骨髁中部软骨下低信号线较宽。图10为胫股位MRI，同一部位软骨下低信号线明显变窄，软骨层略有增厚
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图11 髌骨55°位(小箭头)，软骨信号高于0°位(大箭头)，也相对厚于0°位
讨 论 关节软骨MRI的厚度、层次、信号强度受到多种因素的影响，国内外文献虽对某些因素作了研究，但多为动物实验，也未分析各种因素的综合影响。笔者利用不同年龄的新鲜离体人膝关节，通过对照偏光显微镜、大体观察、各种方法的MRI检查，发现某些标本(0.5～16岁)关节软骨在MRI上呈现典型的3层结构，无论从宽度和位置基本与偏光显微镜上见到的第2～4区吻合，这与Modl和 Rubenstein等[1,2]的观点基本一致，即MRI层次与软骨内纤维排列密切相关，软骨下低信号线则由钙化软骨、软骨下密质骨和部分松质骨组成，因易受化学位移的影响，MRI上宽度明显宽于镜下所见。新生儿关节软骨显著比大龄人厚，软骨内部纤维分布松散，软骨基质相对丰富，偏光显微镜下软骨分区模糊不清，MRI上的层次也模糊不清或呈现一片均匀结构。成年人关节软骨偏光镜下分区清晰，但MRI多为单层结构，可能是软骨薄，第2层(偏光镜下第3区)更薄，第1层和第3层可掩盖略低信号的第2层，当然这也可能与MR设备以及成像序列有关。
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软骨内第2区和第4区纤维走行方向不定，而第1区和第2区内纤维排列规则且走行方向一致。因关节表面的第1区非常菲薄，基本不构成MRI上软骨厚度和信号变化，第3区相对较宽，其内纤维纵向走行并与关节面垂直。当第3区纤维走行方向与主磁场成55°时，MRI上第2层信号升高，致使层次变模糊。这一变化特点应归结于沿纤维方向排列水分子的各向异性活动[3]，即临近质子的回旋-回旋连接被各自磁化偶极子场调和，偶极子场特性规定为3cos2θ-1(cos为余弦函数，θ为主磁场与临近质子矢量轴的夹角)，自由水无法形成该夹角，而沿纤维排列的固定水分子则存在各向异性角，在回旋-回旋连接最小时信号最高，即3cos2θ-1=0，θ=55°。膝关节常规MRI上股骨髁中后部软骨信号略高于其他部位，层次也较模糊，即为各向异性作用。
化学位移发生于含水的软骨和软骨下骨髓或关节周脂肪组织交界处，沿频率编码方向产生高信号或低信号伪影。当膝关节长轴与频率编码方向一致时行MRI，化学位移可出现在股骨髁中部的软骨基底和软骨下骨结构，该处软骨下低信号线可显著宽于其他部位，并可部分掩盖软骨第3层(甚至第2层)致使软骨变薄，而在临近髌下脂肪的软骨表面则可出现高信号化学位移。标本颠倒放置，高或低信号化学位移出现的位置恰好与上述相反。
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各种序列MRI的软骨表现有所差别，FE序列像上软骨略厚于SE序列，信号也偏高，Knig等[4]认为是由于临近结构信号降低，软骨信号相对升高，钙化软骨层信号也相应升高，致使软骨厚度增宽。为此，FE像上测量软骨厚度最为准确。尽管SE T2WI显示软骨内层状结构比T1WI清晰，但对化学位移和各向异性作用非常敏感(偶极子场的各向异性主要反映在T2时间)，也存在其他各种干扰和信噪比低等问题，图像质量难以保证。脂肪抑制像显示软骨层次最为清晰，各种干扰相对较少，是一种比较理想的关节软骨检查方法。 若不包括软骨下低信号线，关节软骨的MRI测量通常略微偏薄。然而，若包括软骨下低信号线，MRI测量就明显偏厚，这不仅是因为有软骨下骨结构参与，而且受化学位移和容积效应的影响较为明显。儿童软骨MRI厚度测量较成年人准确，是因相对较厚的软骨不仅测量误差较小，而且受化学位移和容积效应的影响也相应减小。MRI上股骨髁各个部分软骨厚度差别主要是由化学位移和容积效应所致，软骨本身厚度的差别并不明显[5]。
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关节软骨MRI表现的年龄差别甚为明显[6，7]。新生儿软骨厚，基质丰富，软骨内纤维分布松散，各层分界模糊不清，受各向异性影响较小；大龄儿童软骨内纤维相对紧密，MRI上软骨3层结构清晰，但也出现各向异性的作用。成年人软骨薄、软骨基质相对减少、纤维排列致密，在MRI上信号略微偏高，受各向异性、化学位移和容积效应影响比未成年人更为显著。
综上所述，笔者分析和探讨了正常人膝关节软骨的MR 影像变化因素和各因素间的相互关系，在日常关节MRI检查的工作中，判断关节软骨有无病变需兼顾到年龄、容积效应、化学位移、魔角效应、检查序列等诸多因素的影响，充分认识到这些问题，就可以通过改变病人体位、成像序列、方位、层厚、频率编码方向和造影等方法以消除干扰。 参考文献
1 Modl JM, Sether LA, Haughton VM, et al. Articular cartilage: correlation of histologic zones with signal intensity at MR imaging. Radiology, 1991,181:853-855.
, 百拇医药
2 Rubenstein JD, Kim JK, Morova-Protzner I, et al. Effects of collagen orientation on MR imaging characteristics of bovine articular cartilage. Radiology, 1993, 188: 219-226.
3 Xia Y, Farquhar T, Burton Wurster N, et al. Origin of cartilage laminae in MRI. J Magn Reson Imaging,1997, 7: 887-894.
4 K
nig H, Sauter R, Deimling M, et al. Cartilage disorders: comparison of spin echo, CHESS, and FLASH sequence MR images. Radiology, 1987,164:753-758.
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5 Kladny B, Bail H, Swoboda B, et al. Cartilage thickness measurement in magnetic resonance imaging. Osteoarthritis Cartilage,1996, 4: 181-186.
6 Kuettner KE, Aydelotte MB, Thonar EJ. Articular cartilage matrix and structure: a minireview. J Rheumatol Suppl, 1991,27:46-48.
7 Dalla Palma L, Cova M, Pozzi-Mucelli RS. MRI appearance of the articular cartilage in the knee according to age. J Belge Radiol, 1997, 80: 17-20.
(收稿：1998-06-08 修回：1998-09-25), http://www.100md.com
单位：200233 上海市第六人民医院放射科(许建荣、杨世埙、王皖、朱珠华、靳激杨)，病理科(蒋智铭)，骨科(蒋尧、翟伟韬)
关键词：软骨，关节；磁共振成像；病理学；对比研究
中华放射学杂志990208 【摘要】 目的 探讨关节软骨的MRI表现特点以及各种因素对软骨层次、厚度和信号强度的影响。方法 取12只新鲜人膝关节标本，行各种位置和序列的MR成像。标本脱钙、切片、染色后用偏光显微镜观察。结果 MRI上关节软骨的厚度、层次和信号强度与软骨内纤维排列方向、软骨基质的含量、各区域宽度、容积效应、化学位移、各向异性和成像序列密切相关。结论 MRI检查判断关节软骨结构需兼顾年龄和其他诸多技术因素。
MRI characteristics of articular cartilage and the infuencing factors XU Jianrong, YANG Shixun, WANG Wan, et al. Department of Radiology, the Sixth People's Hospital of Shanghai, Shanghai 200233
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【Abstract】 Objective To probe into MRI characteristics of articular cartilage and various influencing factors. Methods Twelve specimens of fresh human knee were examined by MRI with various orientation and sequences. The specimen was sliced, decalcified, stained with hematoxylin and eosin, and examined with polarized light microscopy. Results The thickness, laminar appearance and signal intensity of articular cartilage on MRI were correlated with orientation of the collagen structure, water content, age of patient, partial volume effect, chemical shift, anisotropy and imaging sequences. Conclusions In order to evaluate articular cartilage with MRI, attention must be given to age of patient and the various technical parameters.
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【Key words】 Cartilage, articular Magnetic resonance imaging Pathology Comparative study
关节软骨在MRI上的信号强度、厚度、各层次结构的变化甚大，难以掌握其变化规律，造成判断上的困难。国内外文献较多地报道关节软骨病变的MRI诊断和容积的测定，尚未全面分析其影像的各种影响因素。笔者利用离体新鲜人膝关节，通过对照相应部位的MRI表现、大体观察、偏光显微镜观察，探讨正常关节软骨的MRI表现特点、各种影响因素和变化规律。
材料与方法
本组资料中12只新鲜人膝关节源于因各种原因而截肢者。年龄16天至47岁，平均17.6岁。采用岛津SMT-100型(1.0T)设备，将标本置于膝关节专用线圈(直径20 mm)，作矢状面自旋回波(SE)序列T1WI(TR 500毫秒,TE 25毫秒)和T2WI(TR 2 000毫秒,TE 90毫秒)、梯度场(FE)序列准T1WI(T1WI*)(TR 500毫秒，TE 20毫秒，倾角为90°)以及水/脂肪分离(F/W)成像，层厚4 mm，层间距1 mm。其他方法的MRI检查在结果中另叙。
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离体膝关节标本逐层锯成5 mm的断片，其方向与MR成像方位一致。取股骨内髁或外髁的中间一片，测量前、中、后3点软骨的厚度。组织片经脱钙后用石蜡包埋，切片5 μm厚，嗜伊红染色，偏光显微镜观察。
结 果
1. 偏光显微镜下软骨区域与MRI上软骨层次的关系：偏光显微镜显示软骨5个不同亮度的带状区域(图1)。第1区为软骨表面菲薄的亮线(0.02～0.04 mm)。第2区为暗淡的过渡区(0.3～1.5 mm)。第3区为纤维规则纵向排列的明亮区(0.5～3.1 mm)。第4区为纤维斜行的暗区(0.25～1.25 mm)。第5区为明亮区(0.5～2.0 mm)，包括钙化软骨、软骨下密实骨和部分骨小梁。本组6只关节软骨MRI显示3层结构，第1～3层基本与镜下第2～4区对应，软骨下低信号线与第5区对应，并且明显受到化学位移的影响。
2. 年龄因素：随年龄增加，软骨厚度渐变薄。1岁内、1～16岁、17～25岁和25岁以上各3只标本大体测量平均值分别为4.86、2.88、1.71和1.59 mm，方差检验各组之间软骨厚度有显著性差异(F=16.6，P<0.05)。
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6只儿童关节软骨中5只MRI呈现3层结构，其中1只出生16天的新生儿软骨在偏光镜下区域和MRI层次均模糊不清(图2)，1只2.5个月龄的软骨在偏光镜下和MRI上隐约显示各区域和层次，4只6个月至16岁软骨的偏光镜区域和MRI层次均非常清晰(图3)。6只成年人软骨的偏光镜分区清晰，但仅1只软骨MRI显示3层结构，余5只均为单层。成年人软骨3层结构的显示率显著低于儿童(χ2=5.3， P<0.05)。
图1 偏光显微镜下软骨呈现5个明暗区域。第1区为菲薄的纤维平行走行的软骨表面，第2区为过渡区(白箭头)，第3区内纤维纵向排列(黑箭头)，第4区相对较窄(长三角箭头)，以及第5区(短三角箭头)包括软骨基底和软骨下骨结构
图2 新生儿软骨的脂肪抑制像呈现一片均匀结构
图3 3岁儿童软骨的脂肪抑制像显示3层结构
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3. 厚度测量：若不包括软骨下低信号线，12只关节软骨在SE T1WI上的平均厚度为2.63 mm，小于大体测量(2.79 mm)5.7%，其中成年人软骨的MRI测量偏低8.9%，儿童软骨的MRI测量偏低2.6%。若包括软骨下低信号线，MRI测量的平均厚度(3.85 mm)则大于大体测量(2.79 mm)38.0%，其中成人软骨MRI测量高64.5%，儿童软骨高26.7%。
股骨髁矢状面MRI的SE T1WI(沿关节长轴频率编码)显示后部软骨为2.74 mm比中部(2.52 mm)厚8.7%。后部软骨下低信号线(1.12 mm)比中部(1.31 mm)薄14.5%。标本大体测量揭示中(2.78 mm)、后(2.80 mm)部软骨厚度基本一致。
4. 成像序列间的差异：SE T1WI、SE T2WI、FE T1WI*和脂肪抑制像测量12只股骨髁软骨平均厚度分别为2.63、2.54、2.80和2.69 mm(其中FE T1WI*的测量结果最接近标本所测的平均值2.79 mm)，但方差检验无显著性意义。软骨下低信号线平均厚度分别为1.22、1.92、1.01和1.75 mm，各序列之间有显著性差异(F=3.5， P<0.05)。SE T1WI、SE T2WI、FE T1WI*和脂肪抑制像就股骨髁3层结构的显示率分别为41.7%、50.0%、33.3%和50.0%。
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5.容积效应的试验：取4只6个月至16岁股骨内髁MR矢状面成像，中间层面的中部软骨呈现清晰的3层结构。倾斜20°断面成像(但不改变标本的位置)，软骨内各层次逐渐变模糊或消失，厚度变宽18%，软骨与临近骨质和关节内结构的界限也逐渐变模糊(图4～6)。
6. 化学位移分析：取6只髌骨作2组4次SE T1WI，第1组像一侧关节面的垂直线与频率编码方向一致，第2组像关节面的垂直线与相位编码一致(图7)。第1组像软骨厚度比第2组像薄12%～45%，软骨下低信号线宽于第2组像23%～85%。
取4只成年人膝关节，沿关节长轴为频率编码，分别行股胫方向和胫股方向2次SE T1WI(图8)。前者股骨髁软骨下低信号线显著宽于后者，并在临近髌下脂肪垫的软骨表面处可见高信号线(图9,10)。
7. 各向异性的作用：将4只髌骨一侧软骨(关节面的垂直线)与主磁场分别构成0°和55°，该垂直线代表了偏光镜下软骨内第3区纤维规则排列的方向。SE T1WI显示55°软骨信号强于其他位置(图11)，而且软骨有增厚现象。将股胫骨方向的频率编码改为相位编码，重复上述各位置成像，结果与上述一致。
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图4，5 正矢状面(图4)显示股骨髁软骨为3层结构。倾斜20°成像(图5)见股骨髁中部软骨层次变模糊和增宽
图6 与图4同一部位股骨髁正矢状面和倾斜成像示意图
图7 第1组图像膑骨关节面的垂直线与频率轴方向一致，第2组图像膑骨关节面的垂直线与相位轴方向一致。F为频率编码，P为相位编码，B0为主磁场
图8 相对主磁场方向，给予膝关节股胫方向胫股方向放置。B0为主磁场
图9，10 图9为股胫位MRI，见股骨髁中部软骨下低信号线较宽。图10为胫股位MRI，同一部位软骨下低信号线明显变窄，软骨层略有增厚
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图11 髌骨55°位(小箭头)，软骨信号高于0°位(大箭头)，也相对厚于0°位
讨 论 关节软骨MRI的厚度、层次、信号强度受到多种因素的影响，国内外文献虽对某些因素作了研究，但多为动物实验，也未分析各种因素的综合影响。笔者利用不同年龄的新鲜离体人膝关节，通过对照偏光显微镜、大体观察、各种方法的MRI检查，发现某些标本(0.5～16岁)关节软骨在MRI上呈现典型的3层结构，无论从宽度和位置基本与偏光显微镜上见到的第2～4区吻合，这与Modl和 Rubenstein等[1,2]的观点基本一致，即MRI层次与软骨内纤维排列密切相关，软骨下低信号线则由钙化软骨、软骨下密质骨和部分松质骨组成，因易受化学位移的影响，MRI上宽度明显宽于镜下所见。新生儿关节软骨显著比大龄人厚，软骨内部纤维分布松散，软骨基质相对丰富，偏光显微镜下软骨分区模糊不清，MRI上的层次也模糊不清或呈现一片均匀结构。成年人关节软骨偏光镜下分区清晰，但MRI多为单层结构，可能是软骨薄，第2层(偏光镜下第3区)更薄，第1层和第3层可掩盖略低信号的第2层，当然这也可能与MR设备以及成像序列有关。
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软骨内第2区和第4区纤维走行方向不定，而第1区和第2区内纤维排列规则且走行方向一致。因关节表面的第1区非常菲薄，基本不构成MRI上软骨厚度和信号变化，第3区相对较宽，其内纤维纵向走行并与关节面垂直。当第3区纤维走行方向与主磁场成55°时，MRI上第2层信号升高，致使层次变模糊。这一变化特点应归结于沿纤维方向排列水分子的各向异性活动[3]，即临近质子的回旋-回旋连接被各自磁化偶极子场调和，偶极子场特性规定为3cos2θ-1(cos为余弦函数，θ为主磁场与临近质子矢量轴的夹角)，自由水无法形成该夹角，而沿纤维排列的固定水分子则存在各向异性角，在回旋-回旋连接最小时信号最高，即3cos2θ-1=0，θ=55°。膝关节常规MRI上股骨髁中后部软骨信号略高于其他部位，层次也较模糊，即为各向异性作用。
化学位移发生于含水的软骨和软骨下骨髓或关节周脂肪组织交界处，沿频率编码方向产生高信号或低信号伪影。当膝关节长轴与频率编码方向一致时行MRI，化学位移可出现在股骨髁中部的软骨基底和软骨下骨结构，该处软骨下低信号线可显著宽于其他部位，并可部分掩盖软骨第3层(甚至第2层)致使软骨变薄，而在临近髌下脂肪的软骨表面则可出现高信号化学位移。标本颠倒放置，高或低信号化学位移出现的位置恰好与上述相反。
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各种序列MRI的软骨表现有所差别，FE序列像上软骨略厚于SE序列，信号也偏高，Knig等[4]认为是由于临近结构信号降低，软骨信号相对升高，钙化软骨层信号也相应升高，致使软骨厚度增宽。为此，FE像上测量软骨厚度最为准确。尽管SE T2WI显示软骨内层状结构比T1WI清晰，但对化学位移和各向异性作用非常敏感(偶极子场的各向异性主要反映在T2时间)，也存在其他各种干扰和信噪比低等问题，图像质量难以保证。脂肪抑制像显示软骨层次最为清晰，各种干扰相对较少，是一种比较理想的关节软骨检查方法。 若不包括软骨下低信号线，关节软骨的MRI测量通常略微偏薄。然而，若包括软骨下低信号线，MRI测量就明显偏厚，这不仅是因为有软骨下骨结构参与，而且受化学位移和容积效应的影响较为明显。儿童软骨MRI厚度测量较成年人准确，是因相对较厚的软骨不仅测量误差较小，而且受化学位移和容积效应的影响也相应减小。MRI上股骨髁各个部分软骨厚度差别主要是由化学位移和容积效应所致，软骨本身厚度的差别并不明显[5]。
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关节软骨MRI表现的年龄差别甚为明显[6，7]。新生儿软骨厚，基质丰富，软骨内纤维分布松散，各层分界模糊不清，受各向异性影响较小；大龄儿童软骨内纤维相对紧密，MRI上软骨3层结构清晰，但也出现各向异性的作用。成年人软骨薄、软骨基质相对减少、纤维排列致密，在MRI上信号略微偏高，受各向异性、化学位移和容积效应影响比未成年人更为显著。
综上所述，笔者分析和探讨了正常人膝关节软骨的MR 影像变化因素和各因素间的相互关系，在日常关节MRI检查的工作中，判断关节软骨有无病变需兼顾到年龄、容积效应、化学位移、魔角效应、检查序列等诸多因素的影响，充分认识到这些问题，就可以通过改变病人体位、成像序列、方位、层厚、频率编码方向和造影等方法以消除干扰。 参考文献
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(收稿：1998-06-08 修回：1998-09-25), http://www.100md.com