作者：山西医科大学医学影像学院     王应超

膝关节软骨损伤在26～47岁的年轻活跃人群中较为常见。关节镜检查中其发生率为61％～63％。其病因主要包括创伤、退行性改变、缺血性坏死、剥脱性骨软骨炎及骨关节炎等，临床表现包括关节肿胀、疼痛及活动受限。透明软骨因缺乏血管、神经和淋巴管，自我修复能力有限。若未得到及时、有效治疗，往往会造成更大面积的软骨缺损，最终可能进展为退行性骨关节炎，晚期甚至需行关节置换。保守治疗常无法达到预期疗效，手术治疗成为最终选择。目前骨软骨损伤外科治疗方案主要包括骨髓刺激术（BMS）、骨软骨移植术、同种异体幼年软骨颗粒移植、细胞移植术以及自体基质诱导软骨形成（AMIC）。其中，AMIC在距骨软骨损伤治疗中已显示出较好的中远期疗效，但其术后再次手术率仍存在较大波动（5％～58％），反映出术后修复效果的不确定性。因此，早期评估软骨修复组织质量对于提早干预、减少术后翻修具有重要意义。关节镜检查是评估软骨修复效果的金标准，但该方法存在感染和出血风险增加的问题，因此不适用于常规检查。通常在影像学检查后需要缺陷修复或二次翻修时才采用。MRI已成为评估软骨修复术后效果的首选非侵入性方法，这得益于其卓越的软组织分辨率、多样化的定量成像技术以及无电离辐射的特性。本综述系统性阐述了定量MRI及基于MRI的半定量评估系统在软骨修复术后评估中的应用，同时探讨了新型MRI技术在此领域的科学潜力与临床价值。

定量MRI评估

关节软骨主要由70％～80％的水、20％～30％的细胞外基质（ECM）和2％的软骨细胞组成。其中，ECM主要成分为水、胶原蛋白和蛋白聚糖（PG）。PG通过一个或多个葡萄糖胺聚糖（GAGs）共价结合形成聚合体，以维持软骨弹性功能。在软骨损伤修复过程中，上述成分会发生动态变化，传统形态学成像往往难以及时捕捉。近年来，多种定量MRI序列如T1rho、T2mapping等已经被开发用于监测水分、胶原及PG的分子水平改变，定量MRI能够将MRI弛豫时间转换为组织的量化指标如dgEMRIc指数，进一步绘制组织成分图谱，即使在形态学变化尚未出现之前，也可以敏感地揭示软骨成分的微小变化，且多数方法无需注射对比剂。

T1rho成像      T1rho弛豫时间即旋转坐标系中的自旋－晶格弛豫时间，通过检测质子在大分子环境中的运动情况，间接量化和评估蛋白质等低频运动生物成分的组织含量。在软骨修复随访中，T1rho已被用于自体软骨细胞移植（ACI）修复组织的纵向评价。Shinohara等采用T1rhomapping和T2maping评估ACI修复情况，结果显示术后3～6个月，修复区软骨的T1rho值和T2值显著高于正常软骨。至术后24个月时，两者与正常软骨差异均有所减小，但仅T1rho值仍保持显著统计学意义（P＝0．004）。这一结果提示T1rho在反映修复组织成熟度方面要优于T2，可作为T2mapping的有力补充，提高评估修复组织的准确性。T1rho成像的优势在于对于PG浓度变化更加敏感，且不需要特殊硬件。但其面临的挑战也不容忽视，包括需要较高的特异性吸收率（SAR）和较长的采集时间。过高的SAR值可能会给患者带来潜在安全风险，如局部皮肤灼伤，为了降低SAR值，不得不延长扫描时间，这些因素制约了其在临床中的普及。因此在进入常规临床应用之前，还需进一步优化T1rho成像序列以及图像采集方案降低SAR值及减少采集时间，提高评估可信度。

T2mapping和T2＊mapping     T2mapping和T2＊mapping通过检测软骨内水分含量、胶原纤维排列以及组织结构完整性来评估软骨质量。T2mapping常基于自旋回波序列，而T2＊mapping基于梯度回波序列，由于梯度回波序列对磁场环境变化更为敏感，因此后者更易受磁场不均匀性影响。T2／T2＊值的获取逻辑较为相似，均为在不同回波时间（TE）采集T2加权图像，再通过指数衰减曲线计算信号强度与TE之间的关系，从而得出T2／T2＊值，为软骨修复质量评估提供客观依据。研究表明，软骨修复术后早期修复区T2值显著高于正常软骨，随着随访时间延长逐渐下降，并逐渐趋近正常值，这一结果间接反映了再生组织的软骨成熟过程。相较之下，T2＊map－ping具有更短的回波时间，可覆盖软骨组织中更大范围的T2弛豫值。Mamisch等研究发现，微骨折（MFX）术后修复组织的T2＊值低于正常软骨，提示该方法有助于区分正常与修复软骨。近年来发展的超短回波时间增强T2＊mapping（UTE－T2＊mapping）成像技术较标准T2mapping能更清晰显示骨软骨结合部（OCJ），已在早期软骨退变检测中展现出良好的可行性。尽管T2／T2＊mapping在软骨修复随访中应用广泛，但其仍受制于魔角效应、部分容积效应及磁敏感伪影，导致T2／T2＊测量结果存在偏差。此外，感兴趣区域的选择存在一定主观性，可能影响可重复性。未来结合自动分割与人工智能算法，有望提升定量分析的准确性和标准化水平。

延迟钆增强磁共振软骨成像（dGEMRIc）     dGEMRIc的原理基于GAGs带负电荷，能够抑制同样带负电荷的钆基造影剂（gd－DTPA2－）向健康软骨扩散。当软骨受损时，GAGs层的破坏允许GD－DTPA2－分子扩散到软骨中，进而导致T1弛豫时间缩短，通过T1弛豫率进行定量评估可以获得dGEMRIc指数，即可间接评估GAGs含量。Watanabe等通过对比MFX修复软骨与正常软骨对比剂注射前后弛豫时间差值（Δr1），发现Δr1与相对GAG浓度显著相关，即修复区GAG浓度与正常软骨GAG浓度比值存在显著相关性。XU等采用dGEM－RIC评估接受mACI患者软骨修复情况，发现再生软骨的Δr1值术后3、6、12个月逐渐降低且与正常软骨差异缩小，证实dgEMRIc可通过间接反映GAGs含量评估软骨再生成熟度。dGEMRIc的优势在于能够较为特异地反映软骨GAGs含量，是目前少数能间接定量ECM生化成分的影像学方法。然而，该技术也存在明显局限：一是需静脉注射0．2mMOl／kg对比剂，为常规剂量2倍，可能增加钆相关不良反应、肾毒性及体内蓄积风险；二是通常在给药90min后扫描以保证对比剂充分扩散，但最佳延迟时间因关节解剖和软骨胶原含量而异；三是对比剂分布受软骨内生理胶原纤维含量影响，使T1弛豫时间值与GAGs浓度不直接相关。

钠成像（SodiUmMRI）    SodiUmMRI基于带正电荷的na＋与带负电荷的GAGs之间的相互吸引原理，使得软骨细胞外基质中的na＋浓度高于滑液，依托钠核的自旋特性及其特定共振频率，MRI可实现体内na＋信号的定量成像，从而间接反映GAG含量。钠成像被应用于评估各种软骨修复手术后患者的软骨和修复组织状况。研究表明，钠成像可以区分基质相关自体软骨细胞移植（MACT）术后修复软骨和正常软骨，且对比剂注射以后T1值与标准化钠信号值存在显著关联（pearsonr＝0．706），表明钠成像在软骨修复评估中具有较高的可靠性。Zbýň等采用7T钠MRI评估BMS和MACT术后修复情况，发现MACT术后修复组织的钠标准化信号强度显著高于BMS术后，这说明接受MACT术后修复组织中GAGs含量高于接受BMS治疗的患者，MACT术后软骨修复质量更高，尽管二者软骨修复组织磁共振成像观察（MO－CART）评分差异无统计学意义。总体而言，钠成像能够区分GAG含量不同的修复组织，对于关节软骨及修复组织的评估是一种很有前途的技术，但由于钠离子的浓度远低于氢质子的浓度，导致其信噪比较低，需要一些特殊硬件如高场强、专门的射频线圈以及定制的序列，这在一定程度上影响了其在临床的推广应用。

扩散加权成像（DWI）     DWI是目前唯一能够无创评估活体组织水分子扩散的磁共振序列。其原理是通过单次激发或多次激发后进行图像采集，计算表观弥散系数（ADC），以此量化水分子扩散及受限程度，进而间接反映组织微观结构的改变。Apprich等采用DWI比较距骨MACT与MFX疗效，术后常规评分显示距骨MACT与MFX治疗后疗效相似，但DWI能区分MFX组正常软骨与修复组织（P＝0．016），对MACT组修复组织无鉴别力（P＝0．105），这表明DWI可以区分不同术式软骨修复组织质量差异。尽管具有无创和无需对比剂等优势，但其在软骨修复评估中仍有局限：一是图像分辨率较低，且在骨－软组织界面易引发磁敏感伪影，导致修复组织附近区域出现明显的几何变形与信号丢失，直接干扰对修复组织形态和信号特征的准确判断；二是不同机构间尚未统一DWI检查的b值选择标准，使得ADC的定量结果缺乏可重复性，难以通过ADC值跨机构、跨时间地对比分析软骨修复效果。因此，DWI在软骨修复评估中的临床应用仍处于探索阶段，未来需通过优化成像序列降低伪影及统一b值参数标准来提高评估可靠性。

半定量评分

软骨修复组织磁共振成像观察（MOCART）评分     MOCART评分是一种标准化、可重复的半定量评分系统，用于评估软骨形态学修复情况，已被广泛用作纵向临床试验的结局指标。传统的2d－MOCART定义了9个结构性变量，包括软骨缺损修复填充程度、修复组织与相邻正常软骨的融合、修复组织表面、修复组织结构、修复组织信号强度、软骨下板、软骨下骨、有无粘连及有无滑膜炎。Yang等在前瞻性随机对照试验中采用MOCART评估自体骨膜移植术（AOPT）和自体骨软骨移植术（AOCT）修复术后不同时间点修复情况，发现术后12个月内AOCT组MOCART评分更高，至术后24个月时AOPT组MOCART评分提升至与AOCT组相当水平，提示其在长期随访中的修复质量并不劣于AOCT。然而，2d－MOCART仍存在一定的局限性，例如未能涵盖移植物的立体空间位置、修复组织与相邻软骨在不同平面上的边界界定，以及软骨修复区域与关节负重面的具体关系。Migliorini等的系统综述显示MOCART评分与患者个体特征及临床结局缺乏显著相关性，评分者间一致性亦有限，提示其作为影像学评估工具在软骨修复术后临床结局预测中的可靠性有限。为解决二维评分的不足，Welsch等利用各向同性的3d－TrUE－Fisp序列构建3d－MOCART评分系统，将骨髓水肿列为单独指标，新增了骨界面、软骨骨赘等独立变量，细化了缺损填充分级，将其扩展为11个变量。研究发现，仅由1个高分辨率各向同性MRI序列评估得出的3d－MOCART评分提供的信息与标准2d－MOCART评分相当。然而，单个3d序列的采集虽然可以缩短采集时间，但该序列易受伪影影响，图像质量和软骨对比度不及常规2d序列，因此多数研究仍倾向于使用原始的MOCART系统。相比之下，3d－pd－spacE序列的图像质量、伪影与标准MRI序列差异无统计学意义。

MOCART2．0在评分体系上进一步细化，去除了“软骨下板”“粘连”和“滑膜炎”3个变量的评估，并将分值重新分配到新变量“骨缺损或骨过度生长”；变量“软骨下骨”被重新命名为“软骨下变化”，用于评估轻度／重度骨髓水肿样信号、软骨下囊肿形成及骨坏死样信号，显著提升观察者间一致性。MOCART2．0评分已经被开发用于膝、踝等关节软骨修复术后评估，且具有较好的评估者内和评估者间可信度。然而其未显示出与临床参数的任何关联。另一种改良版MOCART评分系统通过调整参数权重，将总分调整为70分，并剔除了信号强度对总分的影响。该版本进一步细化“整合边界”评分，增加软骨下骨板完整性评估，并强化修复组织表面完整性和结构均质性的量化标准。AndErson等采用改良MOCART评分评估NEOCART植入术后3～60个月软骨修复组织质量，结果显示修复组织质量在术后3～24个月显著提升并于24～60个月趋于稳定，证实改良MOCART评分能为NEOCART修复组织的长期成熟过程及治疗有效性提供可靠影像学评估依据。改良MOCART评分存在一定局限性，研究发现其显示出不均匀的组间相关系数，并且该评分与距骨软骨损伤的关节镜检查结果之间未能建立强相关性。

软骨修复骨关节炎膝关节评分（CROAKS）     MOCART评分在纵向随访中可较好地反映软骨修复部位的形态学变化，但其评估范围局限于局灶性修复区，未能覆盖半月板、韧带等关节其他附属结构，而这些结构异常往往也会影响修复效果。为弥补这一不足，Roemer等首次提出了CROAKS，这是一种用于膝关节全关节评估的成熟半定量评分系统，该评分结合了MOCART评分和磁共振膝关节骨关节炎评分（MOAKS）的特点，为软骨术后纵向评估提供了一个全面、可重复的工具。具体而言，CROAKS评分不仅关注修复部位，还纳入了关节内多个亚区的变化，包括骨髓病变、软骨下囊肿、邻近及远处软骨状态、骨赘、滑膜炎、积液、半月板以及前交叉韧带和后交叉韧带。该评分共设22个评价特征，有17个特征的总体一致性在80％以上，这表明其多维度评估软骨修复效果具有较高的可靠性。gErsing等采用CROAKS评估mACI联合自体骨移植（ABG）术后是否会诱发或加重关节炎，结果显示在术后24个月与术后3个月的CROAKS总分及CROAKS各特征值进行比较时，未见显著恶化（P＞0．05），表明mACI联合ABG在有效修复局部软骨缺损的同时，并未对膝关节的整体健康造成负面影响，未加速关节的退行性变。CROAKS在横断面研究中展现出良好的可靠性，但其纵向适用性尚待进一步验证。

同种异体骨软骨移植MRI评分系统（OCAMRISS）     OCAMRISS是一种专为同种异体骨软骨移植设计的半定量评价工具。该系统涵盖三个维度，（1）软骨特征：移植物软骨信号、移植物软骨填充、移植物－宿主交界处软骨边缘整合、移植物及移植物－宿主交界处软骨表面一致性和移植物钙化软骨完整性；（2）骨特征：移植物及移植物－宿主交界处软骨下骨板的一致性、移植物软骨下骨髓信号强度、移植物－宿主交界处骨整合以及移植物－宿主交界处囊变；（3）辅助特征：对侧软骨、半月板撕裂、滑膜炎及脂肪垫瘢痕形成等。其独特优势在于独立评估移植骨与宿主骨的结合状态，总得分范围为0～17分，得分越低表明移植物融合越好。该评分系统最初通过组织病理学和微计算机断层扫描（Micro－CT）验证，并被证明具有较高的可信度。Wang等采用OCAMRISS评估自体骨髓浓缩物（BMAC）能否改善OCA移植物的骨整合，结果显示，无论术后早期还是晚期，OCA联合BMAC组与单纯OCA组的平均OCAMRISS骨评分差异无统计学意义，表明BMAC并不能改善骨整合。Wang等研究发现平均OCAMRISS总分显示移植物失败患者的异体移植物整合较差，但该总分与临床结局评分没有显著相关性。MERIC等发现更好的临床结果与OCAMRISS软骨评分（p＝0．044）及总分（p＝0．006）具有相关性，但与软骨下骨特征无关。这表明，异体骨软骨移植的MRI结果可能揭示了移植物整合与临床结果之间的潜在联系。然而，OCAMRISS包括对移植物完整性、形态学、组织质量、匹配度和整合度的综合评估，适用于评估与圆柱形或“嵌入式”移植物相关的结果，并不适合应用于全表面OCA外壳移植物的评估，因为全表面OCA移植物取代了关节表面的整个部分，因此不需要评估骨软骨缺损内移植物的填充百分比。Wissman等提出，采用改良骨软骨移植磁共振评分系统评估全表面OCA外壳移植物术后情况，发现壳状OCA移植术后1年的改良OCAMRISS评分与中期临床结局具有较好的相关性，提示该评分在特定移植类型中具有应用前景。

小结与展望

MRI目前被认为是软骨损伤及修复评估的首选影像学方法。其中定量MRI的核心价值在于，能在形态学改变前监测修复过程中软骨基质成分动态变化，为追踪软骨再生、预测修复失败风险提供关键依据。在临床应用方面鼓励研究人员在新兴定量MRI技术帮助下聚焦于修复过程中软骨基质变化情况，这使得临床人员可以超越目前解剖成像的局限，深入理解软骨修复的生理和病理状态。

此外，软骨修复结果受手术方式、修复部位以及移植物特性等多种因素影响，导致修复评分的结果缺乏跨研究与跨人群的可比性。未来需根据不同修复特征细化评分标准，同时结合定量MRI技术，克服单纯形态学评估的主观局限性，为软骨修复的个体化治疗方案制定、术后疗效精准评估及修复失败的早期干预，提供更具临床指导意义的影像学依据。当然还需对大量样本进行深入研究，验证既往研究的可靠性和准确性，进一步探索定量MRI技术以及各种软骨修复评分系统在不同软骨修复场景中的应用价值。

来源：实用骨科杂志2025年12月第31卷第12期

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