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第二节 正常影像表现与基本病变
一、正常影像学表现
(一)骨的结构与发育
1.骨的结构
骨,即骨骼,指人肢体中坚硬的组织部分。主要由骨组织(包括骨细胞、胶原纤维和基质等)构成,成人有206块骨。骨按其在体内的部位可分为躯干骨、颅骨和四肢骨。前二者统称为中轴骨,四肢骨包括上肢骨和下肢骨。人体骨骼因形状不同而分长骨、短骨、扁骨和不规则骨4类。骨由骨质(骨组织)、骨膜和骨髓构成。骨质按其结构分为密质骨和松质骨两种。长骨的骨皮质和扁骨的内外板为密质骨。松质骨由多数骨小梁组成,骨小梁自骨皮质向骨髓腔延伸,互相连接形成海绵状,骨小梁间充以骨髓。
2.骨的发育
骨的发生有两种方式:膜内成骨和软骨内成骨。膜内成骨又称膜性骨发生,由间充质先分化为胚性结缔组织膜,再在此膜内成骨。额骨、顶骨、面骨及锁骨等以此种方式发生。软骨内成骨又称软骨性骨发生。先由间充质形成软骨雏形,此软骨不断生长,并逐渐被骨组织所替换。同时,在骨外膜的内层又并存着膜内成骨。躯干及四肢骨和颅底骨与筛骨均属软骨内化骨。
(二)骨的影像解剖学
1.骨质的影像表现
骨质含有较多的钙质,X线表现为密度均匀致密影,外缘清楚,骨皮质在骨于中部最厚,越近两端越薄。骨松质密度较低,骨小梁呈网状影像(图1-3-2a)。骨皮质外面和里面均覆有骨膜,X线上不能显影。CT上骨皮质为高密度线状或带状影(图1-3-2b)。MRI上骨皮质在T 1WI和T 2WI上均为极低信号影而骨髓腔可为中等信号影(红髓)或高信号影(黄髓)(图1-3-2c~e)。正常骨膜在CT和MRI上均不能显示。
图1-3-2 股骨X线、CT和MRI扫描图
a.股骨X线正位片;b.髋关节CT冠状位重建图;c.髋关节磁共振T 2WI抑脂冠状位图;d.髋关节T 1WI轴位图;e.髋关节T 2WI轴位图;箭头示松质骨中的红骨髓
2.滋养管的影像表现
因X线检查时投照角度不同,滋养管显影表现各异。滋养管在长骨骨干靠近中段的部位,显示为骨密质影中粗约1mm的透明光滑细线,斜穿骨密质,通入骨髓腔,则为滋养管影像,X线检查时应注意与骨折线相鉴别,骨折线比较锐利,滋养管比较光滑。若正对着X线投照方向,则表现为小圆孔影像。
3.小儿骨
儿童长骨由骨干、骨骺和干骺端组成。小儿骨可以有多个分化中心,一般有3个以上的分化中心,一个在骨干,另外的两个在两端。前者为原始或一次骨化中心,后者为继发或二次骨化中心。小儿长骨的主要特点是骺软骨,X线显示骨骺呈圆形或扁圆形,密度稍低,介于骨骺和干骺端的带状透亮区是骺软骨的影像。小儿长骨的骨骺多是软骨而不显影,随发育渐次骨化,表现为一个或多个、由小而不规则逐渐变得大而整齐的致密骨点。CT上骺软骨为软组织密度影。MRI骺软骨为中等信号影。依据骨化中心出现和年龄相关的特点,可以辅助判断小儿骨龄(图1-3-3)。骨龄是判断骨骼发育的参考资料之一。
图1-3-3 左手X线正位片
图为一名4岁男性患者,第一掌骨骨骺宽度大于干骺端1/2,三角骨关节面出现,骨龄为5岁
(三)脊柱
人类脊柱由33块椎骨(颈椎7块,胸椎12块,腰椎5块,骶骨、尾骨共9块)组成。除第1颈椎外,每个脊椎分椎体及椎弓两部分。椎弓由椎弓根、椎弓板、棘突、横突和关节突组成。X线检查椎体呈长方形,椎体从上向下依次增大,中央松质骨构成,周围为一层致密的骨皮质。椎间盘X线呈宽度匀称的横行半透明影,即椎间隙。
CT检查显示脊柱复杂结构明显优于X线检查,尤其在椎体附件、韧带及椎间盘软组织。黄韧带为软组织密度,附着在椎弓板和关节突的内侧,正常不超过5mm。侧隐窝呈漏斗状,是椎管内最狭窄处,其前后径不小于3mm,隐窝内有穿出的神经根。椎间盘CT表现为均匀的软组织密度影。
MRI检查软组织分辨率最高,能清晰显示椎间盘、脊髓及韧带。椎间盘在T 1WI上中低信号,在T 2WI上纤维环为低信号、髓核为高信号。脊髓在T 1WI上呈中等信号,信号高于脑脊液;在T 2WI上则脑脊液信号高于脊髓。
(四)软组织与关节
骨骼肌肉系统的软组织主要包括肌肉、血管、神经、脂肪等,由于缺乏自然对比,X线片不能较好显示区分。CT图像上,脂肪组织显示为CT值为负值的低密度,肌肉、肌腱显示为中等密度。MRI检查,由于缺乏水分,韧带、肌腱、纤维软骨和空气均呈低信号,肌肉呈中等偏低信号。正常成人骨髓因含脂肪成分而在T 1WI和T 2WI上均呈较高信号。
关节由两个或两个以上的骨端借纤维结缔组织、软骨或骨组织三种方式连接而成:滑膜性关节、软骨性关节和纤维骨化性关节。四肢关节均为滑膜性关节。椎间关节、骶髂关节和耻骨联合等为软骨性关节。颅骨间联合的关节为纤维骨化性关节。
普通X线片上的关节面是一层菲薄的骨密质,关节两端骨密质致密线之间的透亮区称为关节间隙。骨性关节面CT表现为高密度,MRI表现为一薄层清晰锐利的低信号影。关节软骨在X线上不能显示,而在SE T 1WI和T 2WI上关节软骨呈一层弧形中等偏低均匀信号影,在脂肪抑制T 2WI上可呈高信号影。关节滑液在MRI的T 1WI上呈薄层低信号、T 2WI上呈细条状高信号。
二、基本病变
骨骼肌肉系统疾病的病理改变及其X线表现多种多样,但在X线检查上,可概括为一些基本的表现,认识这些基本的X线表现,对于学习骨骼肌肉系统影像学表现至关重要。
(一)骨与软组织基本病变
1.骨质疏松
一定单位体积内钙化的骨组织减少,即骨组织的有机成分和无机成分都减少。组织学变化是骨皮质变薄,哈氏管扩大和骨小梁减少。
骨质疏松的X线表现主要是骨密度减低,骨皮质变薄,骨小梁变细、减少(图1-3-4)。骨质疏松分为广泛性与局限性骨质疏松。广泛性骨质疏松见于老年、绝经期后的妇女、营养不良、代谢或内分障碍。局限性骨质疏松多见于骨折后和因关节活动障碍而继发骨质疏松。
图1-3-4 膝关节X线正位片
a.膝关节X线片示诸骨骨密度减低,骨小梁疏松;b.膝关节正常X线片
2.骨质软化
一定单位体积内骨组织有机成分正常,而矿物质含量减少。骨质软化的X线表现骨密度减低,骨皮质、骨小梁边缘模糊,假骨折线,骨骼变形。与骨质疏松不同的是骨小梁和骨皮质边缘模糊。骨质软化系全身性骨病,骨质软化见于生长期为佝偻病,于成年为骨软化症。
3.骨质破坏
局部骨质为病理组织所代替而致正常骨组织消失。可以由病理组织本身或由它引起破骨细胞生成和活动增强所致。骨松质或骨皮质均可发生破坏。骨质破坏的X线表现为局限性密度减低,骨松质的早期破坏可形成斑片状的骨小梁缺损。骨皮质表层的破坏,则呈虫蚀状。骨质破坏见于炎症、肉芽肿、肿瘤或瘤样病变。
4.骨质增生硬化
一定单位体积内骨量的增多。X线表现是骨质密度增高,伴或不伴骨骼的增大。骨质增生硬化的CT表现与其X线平片的表现相似。MRI上增生硬化的骨质在T 1WI和T 2WI上均为低信号。局限性骨质增生硬化见于慢性炎症、外伤和骨肿瘤等;普遍性骨质增生硬化见于有些代谢和内分泌疾病,如氟中毒。
5.骨膜增生
骨膜受刺激,骨膜内层成骨细胞活动增加所引起的骨质增生。骨膜增生的X线表现,早期为与骨质平行的细线状致密影。骨膜反应的CT表现与X线平片的表现相似(图1-3-5a~c)。MRI显示骨膜反应要早于X线和CT,早期的骨膜反应在T 1WI为中等信号。T 2WI为高信号(图1-3-5d、e),骨膜新生骨在各序列均为低信号。骨膜增生多见于炎症、肿瘤、外伤、骨膜下出血等。
图1-3-5 股骨X线、CT和MRI扫描图
股骨X线正位图(a)、CT冠状位重建图(b)和CT后处理VR图(c)示左侧股骨远端可见骨膜反应;T 1WI轴位图(d)呈中等信号,T 2WI轴位图(e)呈高信号
6.骨内与软骨内钙化
可以为生理性或病理性。软骨类肿瘤可出现肿瘤软骨内钙化,X线表现为颗粒状或小环状无结构致密影。瘤软骨钙化的X线表现为颗粒状、小环或半环状的致密影,数量不等。
7.骨质坏死
骨组织局部代谢的停止,坏死的骨质称死骨。在早期X线上无异常表现。死骨的X线及CT骨质局限性密度增高(图1-3-6)。骨质坏死多见于慢性骨髓炎、骨缺血坏死和外伤骨折后。
图1-3-6 骨盆X线和CT扫描图
骨盆X线(a)、骨盆CT冠状位(b)及轴位(c)示左侧髋关节面下股骨头骨质密度局限性增高,呈地图样改变
8.矿物质沉积
氟、铅、磷等进入体内,沉积于骨内。X线表现为多条平行于骺线的致密带,厚薄不一。氟骨症者骨密度增高,骨小梁模糊、紊乱。
9.骨骼变形
骨骼大小与形状的改变。可累及一骨、多骨或全身骨骼。常见病:骨肿瘤、发育畸形、脑垂体功能亢进及骨软化症和成骨不全等。
10.周围软组织病变
软组织肿胀、肿块、肌肉萎缩、钙化、积气和骨化等。X线表现为局部软组织肿胀,密度增高,软组织内的正常层次模糊不清。开放损伤、产气细菌的感染于皮下或肌纤维间可见气体。软组织肿瘤或恶性骨肿瘤侵犯软组织,可见软组织肿块影。外伤后发生骨化性肌炎,可见软组织内钙化和骨化。
(二)关节基本病变
1.关节肿胀
由于关节积液或关节囊及其周围软组织充血、水肿、出血和炎症所致。X线均表现为关节周围软组织肿胀、密度增高。在CT上可见关节囊肿胀、增厚,明显关节腔内积液在CT上表现为水样密度影。在MRI上关节肿胀在T 2WI上呈高信号,关节积液T 1WI低信号、T 2WI高信号。关节肿胀常见于关节炎症和外伤。
2.关节破坏
关节软骨及其骨性关节面骨质为病理组织所侵犯、代替。X线表现关节间隙变窄,累及关节面骨质时相应区的骨破坏和缺损。关节破坏严重时可引起关节半脱位和变形(图1-3-7a)。CT可显示关节软骨下的骨质破坏(图1-3-7b)。MRI关节软骨的破坏可见关节软骨表面毛糙、凹凸不平、表层缺损致局。关节破坏严重时MRI可见关节软骨不连续、呈碎片状或者大部分破坏消失。关节破坏常见于化脓性关节炎、关节结核、类风湿等。
3.关节退行性变
关节退行性变早期软骨变性、坏死和溶解,为纤维组织或纤维软骨所代替,继而广泛软骨坏死造成关节间隙狭窄,而后骨性关节面骨质增生硬化,形成骨缘骨赘。X线表现为骨性关节面模糊、中断、消失;关节间隙变窄,骨性关节面边缘骨赘形成(图1-3-7c)。CT表现与X线表现类似。MRI可以清晰显示关节软骨破坏。关节面下的囊变区呈T 1WI低信号、T 2WI高信号。关节退行性变多见于老年,也常见于运动员和重体力劳动者,也可见职业病和地方病。
4.关节强直
关节破坏后,关节骨端由骨组织或纤维组织相连,关节功能丧失所致。关节强直分为骨性与纤维性两种。骨性强直关节骨端由骨组织所连接,纤维性强直关节骨端由纤维所连接,X线表现为关节间隙明显变窄,常见于关节结核。骨性强直可见骨小梁通过关节连接两侧骨端,多见于急性化脓性关节炎愈合后。CT上关节骨性强直亦表现为关节间隙消失并有骨小梁连接两侧骨端(图1-3-7d),MRI骨髓贯穿于关节骨端之间。
5.关节脱位
组成关节骨骼的脱离与错位。分为完全脱位和半脱位两种。X线检查一般可以确诊。CT图像避免了组织的重叠,易于显示一些平片难以发现的关节脱位。MRI可以显示关节脱位的合并损伤,例如关节内积血、囊内外韧带和肌腱断裂以及关节周围的软组织损伤。关节脱位多为外伤性(图1-3-7e),也有先天性或病理性。
图1-3-7 X线和CT扫描图
X线(a)、CT冠状位重建图(b)示右侧髋关节炎;c.左侧膝关节退变;d.左侧髋关节强直;e.右侧肱骨脱位