Knee meniscus injury evaluated with magnetic resonance imaging

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.30.020

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Conventional imaging method has significant limitations in the diagnosis of knee meniscus injury, which is difficult to detect the full extent of the knee meniscus.
OBJECTIVE: To evaluate the knee meniscus injury with magnetic resonance imaging.
METHODS: The knee meniscus injury patients diagnosed with clinical treatment were retrospectively analyzed, and the characteristics of the magnetic resonance imaging were analyzed and graded. Then, the meniscus injury was analyzed and compared with the arthroscopic or surgical results.
RESUTLS AND CONCLUSION: In the magnetic resonance imaging of knee meniscus injury, the Ⅰ level knee meniscus injury was presented as the punctate or round high signal that did not contacted with the surface of the meniscus, Ⅱ level knee meniscus injury was presented as the horizontal or oblique line or strip-like high signal in the meniscus, and Ⅲ level knee meniscus injury was presented as lines and complex high signal in the meniscus that extended to the articular surface of the meniscus, and accompanied with morphological changes of the meniscus. Magnetic resonance imaging, as a noninvasive checking method, can clearly show the meniscal degeneration and tearing, and correctly diagnosed the location, shape and severity of meniscus injury, which has significant guiding value in determine the clinical treatment options.

Key words: bone and joint implants, academic discussion of bone and joint, knee joint, meniscus injury, medial collateral ligament, lateral collateral ligament, anterior cruciate ligament, posterior cruciate ligament, magnetic resonance imaging, imaging, complications

CLC Number:

R318

Feng Lei, Wang Jing-xue, Wang Guo-hua, Song Xiu-feng, Zhang Ting-ting, Zhang Tong. Knee meniscus injury evaluated with magnetic resonance imaging [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(30): 5545-5550.

Figures/Tables 1

2.1 膝关节半月板损伤的机制半月板损伤与年龄、职业、运动水平等有较为密切的关系，半月板受到损伤的机会、损伤的特点或类型等也各不相同。半月板损伤可以分为退变性和创伤性2种。正常的半月板的功能：①它的外厚内薄和上凹下平的特殊形态可以充分填塞在股骨和胫骨的关节间隙内，保持了关节的稳定性。②协同膝关节的伸屈和旋转活动，膝关节伸直与屈曲时，它可以前后活动；膝关节旋转时，两个半月板一个向前，一个向后，旋转活动最容易使半月板损伤。膝关节屈曲时，突然附加的扭转负荷使半月板不能及时有效的协同股骨髁而移动，其所承受的复合性应力超出半月板的承受水平时，半月板即可发生撕裂。破裂的半月板如部分滑入关节之间，使关节活动发生机械障碍，妨碍关节伸屈活动，形成“交锁”。在严重创伤病例，半月板、交叉韧带和侧副韧带可同时损伤。引起半月板损伤的外力因素主要有撕裂性外力、研磨性外力、嵌顿性外力和扭转性外力等4种。半月板盘状半月板因其自身结构缺陷和较大的体积、特殊的形态，较正常半月板更易于发生损伤、撕裂。 2.2 膝关节半月板损伤的磁共振成像序列与扫描方法膝关节半月板因主要由纤维软骨构成，缺乏参与磁共振成像的游离氢质子，在所有磁共振成像序列上均呈均匀低信号。在矢状位最内(外)两层面上，半月板体部表现为上下面略凹的条状结构，在近中心层面上，其前后角显示为两个顶角相对的锐角三角形，前角体积略小，在冠状面上呈锐角三角形，内侧横径较宽，长度一般不超过20 mm[15-16]。磁共振成像矢状面及冠状面成像主要用来评价半月板的退变和撕裂，应用短回波时间能良好地显示半月板内部线样撕裂，包括传统的自旋回波序列T1WI、T2WI、PDWI或GE序列[17]。T1WI主要用于显示半月板内部退变和撕裂，T2WI用以观察半月板内部的信号变化以及膝关节周围软组织及骨的病变。但有报道应用F自旋回波序列中的质子密度加权成像，半月板及关节软骨显示很满意，半月板撕裂的显示明显优于自旋回波序列，能充分地诊断半月板病变，其敏感性为80%，而传统的自旋回波序列敏感性为90%以上，这是因为F自旋回波序列中许多参数的可变性小，限制了检查的灵活性[18]。还有一些影像工作者采用短时反转恢复序列，通过抑制骨髓及关节周围脂肪来反映半月板内信号的改变，从而提高诊断半月板病变的阳性率。磁共振成像诊断半月板损伤主要依据是在低信号的半月板内发现中等信号缺损，撕裂的方向可以是垂直撕裂、水平撕裂或斜形撕裂，不同类型半月板损伤的磁共振成像表现分为6个类型[19-20]：水平撕裂：磁共振成像示半月板内高信号的方向与胫骨平台平行，内缘达半月板的游离缘，此种类型比较少见。垂直撕裂：磁共振成像上表现为半月板内条状高信号影与胫骨平台垂直。斜行撕裂：磁共振成像上半月板内条状高信号影的方向与胫骨平台成一定的角度，矢状面上条状高信号影达到关节面的上缘或下缘，有时不易与纵形撕裂区别，需要结合冠状面或三维图像[21]。放射状撕裂：磁共振成像上半月板内条状高信号影的方向与半月板的长轴垂直，好发生于内侧半月板的内1/3处，比较少见。纵形撕裂：磁共振成像上半月板内高信号影与半月板的长轴方向平行，此型撕裂累及半月板的范围广，可进展为桶柄状撕裂。桶柄状撕裂：桶柄状撕裂几乎累及半月板的所有部位，临床症状重，关节绞锁明显，为半月板撕裂的一个特殊而严重的类型，多来源于纵形撕裂，是半月板后角发生纵行撕裂后经体部向前角延伸，其内侧片段发生移位，这移位的片段类似于桶的柄。此类型撕裂在磁共振成像中常易漏诊，可见内移的半月板碎片位于髁间窝、交叉韧带旁，矢状面上可以出现双前交叉韧带征或双后交叉韧带征，双半月板前角或双半月板后角征，以及领结缺如征。在磁共振成像正中矢状位像上半月板桶柄状撕裂内移的半月板碎片移至后交叉韧带前下方，呈弯曲条状低信号，形似后交叉韧带，与正常的后交叉韧带一起构成“双后交叉韧带征”，这一征象在诊断半月板桶柄状撕裂中有重要意义[22]。双后交叉韧带征常伴有半月板后角及体部的体积缩小。领结缺如征对诊断桶柄状撕裂有高的敏感性和特异性，比双交叉韧带征敏感，正常矢状位应连续2个层面出现领结征，如果只显示1层或无此征称为领结缺如征。半月板撕裂除信号异常外还可表现为形态异常，如半月板尖部变钝、半月板碎片移位、半月板后角缩小使后角小于前角。撕裂部位可以在前角、体部或后角，以内侧半月板的后角最常见，后角病变约占78.1%，可显示辉度变化三级高达30.8%[23-24]。 2.3 正常膝关节半月板解剖和半月板损伤的磁共振成像表现正常半月板股骨内外髁与胫骨髁之间的半月形纤维软骨板，由Ⅰ型胶原纤维组织构成，有内外侧之分，每侧分为前角、体部与后角3部分，但无明确分界，上面微凹，与股骨内外髁相对应，下面平坦，与胫骨平台适应；周缘较厚，与关节囊相连，内缘薄而锐利，游离于关节腔内，内侧半月板外缘与胫侧副韧带紧密相连，外侧半月板后角与关节囊间有腘肌腱通过。内外侧半月板前角间有小的纤维连接形成膝横韧带。正常半月板在磁共振成像各个序列呈均匀低信号，截面呈三角形。在内侧半月板后角和关节囊之间有一线样高信号影为滑囊，含有脂肪，因此呈高信号。半月板损伤是膝关节疼痛及活动障碍的常见原因，常由急、慢性损伤和进行性退变引起，表现为形态、大小、边缘及其内部的信号改变。 2.4 膝关节半月板损伤的磁共振成像评价参照Stoller分级法[25]，把磁共振成像诊断半月板损伤分为三级： Ⅰ级磁共振成像表现：常见于运动员和正常自愿者，通常无临床意义。磁共振成像表现为半月板内局限性信号升高。组织学表现为半月板内局限性早期黏液样变性，少软骨细胞区域的苏木精和伊红染色较浅。黏液性、黏液样和透明质变性的命名取决于基质粘多糖的积聚程度而定。 Ⅱ级磁共振成像表现：半月板内出现水平的略高信号线，可从半月板的囊缘直达游离缘，但不影响到关节缘。Ⅱ级磁共振成像表现的半月板黏液样变性范围较Ⅰ级大，虽无明显的肉眼可见的裂隙，但常有显微裂隙或在无细胞区域内存在纤维断裂[26-27]。 Ⅲ级磁共振成像表现：当半月板内略高信号线累及半月板的关节缘时，既为Ⅲ级改变。几乎所有的Ⅲ级磁共振成像均有纤维软骨撕裂，其中5%-6%的病例为板内撕裂。关节镜检查无法发现这种封闭在板内的撕裂，只能通过手术切除后病理证实，这也可能是磁共振成像对照关节镜分析时出现6%假阳性的原因之一[28]。另有5%-6%假阴性的病例则是磁共振成像将半月板边缘毛糙和纤维化误认为撕裂。Ⅲ级磁共振成像表现的半月板可伴有形态改变，包括高度和宽度的改变和失去三角形态。内侧半月板后角经常受到胫股骨巨大的压力和扭力的作用，半月板后下缘与胫骨平台相互碾磨致使撕裂，这一部位撕裂的发生率最高，约占内外侧半月板各个部位的45%-69%[29-30]。 2.5 膝关节半月板损伤磁共振成像的病理学特点膝关节半月板裂伤最常见，是导致膝关节疼痛及功能失常的主要原因，这类损伤磁共振成像表现为半月板低信号中出现各种点状及线状高信号，或在其中出现异常信号影。半月板由纤维软骨构成，正常只有微量游离氢质子，在任何脉冲序列中均表现为低信号。一般采用冠状位及矢状位检查。常规自旋回波T1WI为首选序列，小角度的GE序列对T1WI不能显示的细小半月板损伤也能显示，但容易出现假阳性，在自旋回波/T1WI怀疑有撕裂，但显示不清时，可用GE/T1WI来鉴别[31]。当半月板出现退变或撕裂时，关节腔内滑液经半月板关节面渗入退变或撕裂的半月板缺口，进入半月板，使水分子局限于分界面区域，增加了该区域的质子浓度，在各种脉冲序列中表现为高信号[32]。由于磁共振成像良好的软组织对比，多方位、多参数成像、无影像重叠、能清晰地显示半月板的解剖结构，对确定半月板有无撕裂及撕裂的部位和程度有独特的价值。骨骼肌肉系统的主要成分在自旋回波或F自旋回波序列T1W1和T2W1上的信号变化[33]，见表1。"

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