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髌股关节疼痛综合征是医学临床常见且较难处理的一类疾病,多见于运动量较大的青壮年以及老年人,文献表明其人群发病率可高达25%。其常常与软骨软化症、髌股关节紊乱、膝前疼痛、排列紊乱、髌股疼痛等名称混用。从生物机制上说髌股关节是人类较复杂的关节之一,该关节的发病机理是多因素多变化的,因此该病的诊断和治疗常常面临两难的局面,这种局面也意味着目前还没有一种解释或治疗方法能完全解决髌股关节疼痛的问题。目前的治疗方法并没有取得可靠的疗效,促使人们对髌股疼痛综合征的病因进行更加深入的探讨。MRI具有对软组织高分辨率和三维扫描优势,是关节疾病影像学诊断的“金标准”;随着关节镜与MRI检查的普及,其术前诊断的准确率获得了一定的提高;同时使诸如滑膜皱襞综合征、髌骨排列异常等常见的髌股关节痛得以深入认识。对于髌内侧滑膜皱襞综合征,由于其症状、体征不典型,易漏诊、误诊,常规MRI诊断敏感性低,其术前诊断率低;对于髌骨排列异常,较为公认的假说认为PFJ关节软骨应力升高导致软骨下骨应力增高进而导致PFPS,但是在髌股关节生物力学方面由于技术原因目前检测关节软骨全层的三维应力分布仍面临着巨大的挑战,因而这一假说仍缺乏实验验证,髌股关节排列异常后应力分布究竟如何改变尚不清楚。针对上述问题,本研究运用磁共振成像技术进行有关临床与基础的深入研究,以提高髌内侧滑膜皱襞综合征的术前诊断率并建立活体PFJ应力分析技术为进一步诊断髌股关节痛提供新的方法。主要内容:①通过钆喷酸葡胺注射液体外实验,探讨在低场(0.2 T)专用MR扫描仪上最适宜的浓度与扫描序列;②应用直接膝关节磁共振造影技术对临床一组不明原因PFPS患者队列进行检查,探讨直接膝关节磁共振造影技术在诊断髌内侧滑膜皱襞综合征这一类常见的PFPS疾病的诊断率;③探讨基于活体MRI数据构建髌股关节骨软骨三维实体模型;④采用基于活体MRI数据构建具有相应生物力学特性髌股关节骨软骨三维有限元模型;⑤通过有限元数学模型模拟分析正常髌股关节对合以及不同程度髌骨倾斜、移位等PFJ排列异常情况下的应力分布,以进一步明确PFJ排列异常所导致的PFJ应力改变并发现PFJ排列异常导致发生应力集中的界值。研究结果:1.低场MR,Gd-DTPA信号强度增强主要集中于低浓度区域;对于SET1、GET1、GET2序列,当其浓度为0.1 mmol/L～5 mmol/L时信号强度值在1000以上,而对于SET2序列,当其浓度为0.1 mmol/L～1 mmol/L时信号强度高于1000,增强范围较小;T1加权序列,信号强度值高于T2加权序列。梯度回波序列噪声干扰较大。2.对于不明原因而高度怀疑髌内侧滑膜皱襞综合征的93例、99膝:常规MRI检查发现髌内侧滑膜皱襞9例、10膝;直接膝关节造影MR发现髌内侧滑膜皱襞80例86膝;以关节镜诊断为标准,常规MRI检查诊断内侧滑膜皱襞综合征敏感度24.1%,特异度100%,准确度31.3%,阳性预测值100%,阴性预测值12%; MR造影组31/29例诊断髌内侧滑膜皱襞综合征,均得到关节镜证实,诊断敏感度100%,特异度33.3%,准确度93.8%,阳性预测值93.5%,阴性预测值100%。3.应用骨、软骨轮廓曲线对比清晰的矢状位小角度梯度回波脂肪抑制序列MR图像51幅,成功的构建出髌股关节骨软骨三维实体模型。4.基于MR图像成功构建髌股关节骨软骨三维有限元模型;髌骨软骨网格节点数共计2652、单元数共计10709,股骨软骨网格节点数共计11518、单元数共计47212,髌骨节点数共计3425,单元数共计16317;股骨节点数共计5753,单元数共计26833。5.屈膝30°,正常髌股关节对合,股四头肌肌力200N,髌骨下1/3软骨与滑车面上部软骨相接触;接触面最小应力0.176MPa,峰值应力2.112MPa,平均应力1.056MPa,大致均匀分布于内侧面、中央、外侧面三个区域;髌骨侧峰值等效应力3.912MPa,定位于髌骨外侧接触面下方,平均等效应力1.304MPa;股骨侧峰值等效应力2.887MPa,定位于股骨滑车外侧面,平均等效应力0.963MPa。6.髌骨外旋超过6度,外移超过10 mm髌股关节软骨发生明显应力集中。综上所述,本研究得出如下主要结论:1. Gd-DTPA浓度2 mmol/L时SET1加权序列成像应可优良显示关节内结构。2.髌内侧滑膜皱襞综合征是导致不明原因PFPS的重要原因。3.直接膝关节磁共振造影可清晰显示髌内侧滑膜皱襞解剖结构,对诊断髌内侧滑膜皱襞综合征引起的PFPS具有重要价值。4.基于MRI数据可构建的具有相应生物力学属性的髌股关节骨软骨三维有限元模型,该数学模型可准确的进行髌股关节软骨应力分析。5.髌骨排列改变可显著引起髌股关节软骨应力分布改变,髌骨外旋增加6度、外移增加10mm将引起明显的应力集中;基于MRI数据构建的髌股关节骨软骨三维有限元模型可用于髌骨排列异常后应力分布的评估,可为诊断髌股关节痛提供新的方法。