关节软骨作为关节功能的核心，其损伤与退变是骨关节炎等风湿性疾病的典型特征，而软骨有限的再生能力使得早期诊断、治疗监测与预后评估成为临床诊疗的关键。磁共振成像（MRI）凭借无电离辐射、软组织对比度优异的优势，长期以来是软骨评估的金标准。2026年发表于《Nature Reviews Rheumatology》的权威综述《Advances in cartilage imaging techniques》，系统梳理了软骨成像技术的最新进展，涵盖MRI定量技术、多模态成像创新及人工智能应用，为临床精准诊疗提供了全面指引。本文将深度拆解这篇综述的核心精华，聚焦技术细节与临床转化价值，助力放射科医师与风湿科医师把握领域发展前沿。一、软骨成像的技术基础与核心评估体系（一）MRI场强选择与序列优化
软骨MRI的临床应用需兼顾场强性能与临床可行性，不同场强设备各有适配场景：
1.5T场强：临床普及度最高，可满足常规形态学评估需求，搭配多通道线圈与优化序列，能实现软骨表面损伤的精准检出，是基层医院与常规诊疗的主力设备；
3.0T场强：信噪比（SNR）近乎1.5T的2倍，可在缩短扫描时间的同时提升空间分辨率，支持更精细的软骨分层显示与定量参数测量，是目前临床精准评估的首选场强；
7.0T超高场强：SNR进一步提升，能实现亚毫米级空间分辨率，尤其适用于腕关节、踝关节等薄软骨结构成像及糖胺聚糖化学交换饱和转移（gagCEST）、钠成像等高端定量技术，但受限于设备成本高、线圈设计要求严格、患者舒适度不足等因素，目前仅用于科研场景。
图1 不同场强的膝关节成像效果对比图
序列选择直接影响软骨评估效果，临床与科研常用序列各有侧重：
2D快速自旋回波（FSE）序列：脂肪抑制中间加权序列是临床形态学评估的金标准，能清晰区分软骨与滑膜液、软骨下骨的边界，同时兼顾半月板、韧带损伤及骨髓水肿的检出；
3D序列：双回波稳态（DESS）序列是软骨形态测量的参考标准，可生成各向同性数据集支持多平面重建，但对局部软骨损伤的检出敏感性低于2D FSE序列；3D FSE序列诊断性能良好，但传统方案扫描时间长、存在轻微模糊，需结合深度学习重建技术优化；
定量序列：T2 mapping、T1ρ、延迟钆增强软骨MRI（dGEMRIC）等序列可评估软骨生化成分，超短回波时间（UTE）序列能捕获软骨深层钙化带信号，为早期退变提供量化依据。
图2 不同序列评估局灶性软骨缺损（DESS vs FS-TSE）（二）核心评估体系：半定量与定量形态测量1. 半定量评估
通过标准化评分系统对软骨损伤的范围、深度进行分级，同时涵盖软骨下骨、半月板等关节结构评估，是临床研究与药物临床试验的常用工具。主流评分系统包括：
WORMS评分：最全面的全关节评分系统，将软骨信号与形态分为0-6级，精准描述损伤深度（部分厚度/全厚度）与范围（<1cm/1-75%/≥75%区域）；
MOAKS评分：针对骨关节炎设计，按软骨丢失面积占比与全厚度丢失比例分级，适配临床试验中结构进展的动态监测；
CROAKS评分：采用双位数评分（第一位为损伤面积，第二位为全厚度损伤比例），适用于软骨修复术后评估。 半定量评估的核心价值在于揭示软骨损伤与临床症状、疾病进展的关联，例如STARR试验证实，关节镜部分半月板切除术组的软骨损伤评分恶化率（40%）显著高于物理治疗组（22%），为治疗方案选择提供依据。2. 定量形态测量
基于3D序列的软骨分割技术，提取软骨厚度、体积、裸露骨面积等参数，具有极高的时间敏感性，是评估疾病进展与治疗效果的理想生物标志物。该技术已广泛应用于骨关节炎风险因素研究与干预试验：
药物试验：ROCCELLA试验（ADAMTS-5抑制剂）通过形态测量证实，该药物虽未显示软骨保护作用，但技术层面实现了1年内疾病相关变化的高灵敏度检测；
再生治疗：FGF18（Sprifermin）治疗2年后，患者软骨厚度较安慰剂组显著增加，且该效果可持续至治疗后3年；
手术干预：膝关节 distraction治疗后1年软骨厚度增加，且临床获益与结构改善可持续10年以上。二、突破性技术：成分MRI的原理与临床价值
成分MRI技术能在软骨表面出现形态学改变前，检测其微观结构与生化成分异常，是早期诊断与预后预测的核心工具，各类技术的原理与应用场景各有侧重：（一）T2 mapping
通过测量横向弛豫时间，反映软骨胶原纤维排列完整性与水合状态。健康软骨的胶原纤维呈有序排列，T2值较低；早期退变时胶原网络紊乱、水分增加，导致T2值升高。该技术临床验证充分，多场强兼容，能预测骨关节炎进展——OAI队列研究显示，胫股关节T2值处于前25%四分位的人群，2年后 radiographic骨关节炎发生率升高5倍，同时可通过T2值变化监测减重等干预措施的效果。（二）T1ρ
在旋转坐标系中测量自旋晶格弛豫时间，通过探测受限水分子与大分子的相互作用，量化软骨蛋白多糖（PG）含量。早期退变时蛋白多糖流失，T1ρ值升高，该技术已通过关节置换术后软骨样本验证，与蛋白多糖含量及Mankin评分显著相关。T1ρ是创伤后骨关节炎的潜在预测标志物，前交叉韧带重建术后患者的基线T1ρ值可预测髌股关节软骨损伤进展，同时能监测黏弹性补充治疗、间充质干细胞治疗的效果。（三）dGEMRIC
利用带负电的钆剂与软骨糖胺聚糖（GAG）的电荷排斥作用，间接评估GAG含量。患者静脉注射钆剂（0.2 mmol/kg）并运动90分钟后，GAG含量越高的区域钆剂聚集越少，T1值越高。该技术 reproducibility良好，已成功应用于股骨髋臼撞击症、软骨修复术后评估，但存在扫描时间长、需使用造影剂、不适用于肾功能不全患者等局限性。（四）UTE成像
回波时间（TE）<100μs，能同时捕获软骨快速弛豫与慢速弛豫质子信号，实现软骨全层（包括深层钙化带）的全面评估。基于UTE的磁化转移率（MTR）、大分子分数等参数，可量化软骨基质成分，其中大分子分数对早期骨关节炎的诊断敏感性与特异性最高，能反映骨软骨交界区的微观变化，为理解疾病早期机制提供依据。此外，UTE定量磁化率成像（QSM）可同时评估软骨与皮质骨，进一步拓展了应用场景。（五）扩散成像
包括扩散加权成像（DWI）与扩散张量成像（DTI），通过测量水分子扩散运动反映软骨微观结构完整性。健康软骨的胶原网络与蛋白多糖限制水分子运动，扩散系数较低；退变时胶原紊乱、蛋白多糖流失，水分子扩散增加。DTI提取的平均扩散系数（MD）与部分各向异性（FA）参数，分别反映蛋白多糖含量与胶原排列状态，在体外研究中已证实与组织学结果相关，体内研究能区分健康人与骨关节炎患者，特异性与敏感性均达80%以上。（六）其他成分技术
gagCEST：利用GAG中氨基与水分子的质子交换效应，无需造影剂即可量化GAG含量，7.0T场强下效果最佳，3.0T场强通过B0/B1校正与快速3D序列优化，已提升临床可行性，但受磁场不均匀性影响，目前研究样本量有限；
钠成像：直接量化与GAG含量成正比的钠离子浓度，需高场强设备支持（7.0T最优），3.0T场强下需延长扫描时间，可用于监测软骨移植术后修复效果，但空间分辨率较低是主要局限。三、多模态成像补充：CT、PET与超声的独特价值（一）CT与CT关节造影
CT凭借高空间分辨率与快速采集优势，在特定场景中不可或缺：
CT关节造影：通过关节内注射造影剂，实现软骨表面损伤的精准显示，是体内评估软骨厚度的参考标准，尤其适用于MRI禁忌（如体内有电子植入物）或无法配合MRI检查的患者，同时能清晰显示韧带止点、钙化结晶沉积等结构；
技术革新：光谱CT、光子计数CT（PCCT）与负重CT拓展了应用边界，PCCT实现多能量采集，提升物质鉴别能力与空间分辨率（可达0.11mm），负重CT能在生理负荷状态下评估关节结构，更贴合临床实际功能场景；
局限性：存在电离辐射，软组织对比度不足，无法评估软骨生化成分。
图3 CT 关节造影与 MRI 的对比（二）PET与PET-MRI
PET聚焦软骨代谢与分子过程，目前应用虽有限但潜力巨大：
细胞衰老成像：开发的[18F]FPyGal PET示踪剂与β-半乳糖苷酶响应型MRI造影剂，可检测骨关节炎中的衰老软骨细胞，为疾病修饰药物（DMOADs）研发提供工具；
骨-软骨相互作用评估：18F-氟化钠（NaF）PET能反映软骨下骨矿化活性，与MRI T2/T1ρ参数结合，可揭示软骨功能障碍与骨负荷异常的关联，在创伤后骨关节炎中已证实软骨T2值与邻近骨的PET摄取正相关。（三）超声成像
超声因便捷、无辐射优势，适用于浅表软骨评估：
膝关节90°屈曲时，可评估股骨内侧髁2/3区域与滑车软骨，对晚期软骨损伤的检出灵敏度超90%；
能测量软骨厚度，虽较MRI存在轻微低估，但一致性良好，可用于动态监测；
定量超声参数（如回声强度）能反映软骨生化成分变化，体外研究已证实与胶原、蛋白多糖流失相关，但需标准化成像设置与操作者培训。四、人工智能：软骨成像的革命性驱动力
人工智能（AI）已从科研逐步走向临床，在加速采集、自动化分析、优化诊断等方面发挥核心作用，成为软骨成像技术转化的关键推手。（一）图像加速与重建
基于深度学习的重建算法能在6-8倍加速采集的同时，降低噪声、校正伪影，将膝关节MRI扫描时间压缩至5分钟内，且图像质量与诊断性能不劣于传统方案。AI驱动的合成MRI技术可通过单次采集生成多对比度图像与定量图谱，进一步缩短检查时间，提升患者舒适度，已成为临床常规应用的标准配置。（二）自动化分割与量化
软骨手动分割耗时且主观性强，AI技术实现了分割流程的自动化与标准化：
主流模型基于U-Net及其变体，在OAI等大型队列数据上训练后，全关节软骨分割的Dice相似系数（DSC）可达0.89-0.92，接近专家水平；
混合CNN-Transformer模型能捕获长距离上下文信息（如半月板损伤对软骨的影响），在多中心数据评估中表现优于单纯CNN模型，有望成为未来主流架构；
自动化分割可快速提取软骨厚度、体积等形态参数，以及T2/T1ρ等定量指标，支持大规模临床研究与精准治疗监测。（三）病变检测与分级
AI模型能自动识别软骨损伤并进行分级，核心进展包括：
级联CNN模型通过先分割软骨再分类病变的两步法，实现高灵敏度与特异性的损伤检测；
半监督教师-学生框架减少标注需求，同时维持可靠的损伤分级性能；
多模态融合（整合T1、T2、质子密度加权图像）进一步提升分级准确性，与人类专家一致性达90%。（四）当前挑战
AI临床转化仍面临多重障碍：区域分割准确性不均（胫骨软骨DSC仅0.75-0.80）、病变区域易出现欠分割、训练数据与临床实际数据存在“域偏移”（如陈旧队列与现代序列差异）、缺乏 arthroscopic或组织学金标准验证等，需通过多中心数据训练、优化模型架构、建立标准化验证流程逐步解决。五、临床与科研应用：从诊断到个性化管理（一）临床诊断与分期
软骨成像技术为疾病精准诊断提供客观依据：
早期诊断：成分MRI技术（如T1ρ、gagCEST）能在形态学改变前3-5年检测软骨生化异常，为骨关节炎高危人群（如肥胖、创伤史）提供筛查工具；
鉴别诊断：CT关节造影可区分软骨损伤与钙化结晶沉积，PET-MRI能揭示软骨代谢异常与炎症关联，助力风湿性疾病的亚型区分；
分期评估：结合形态学与成分评估，可精准判断疾病严重程度，为治疗方案选择提供指导。（二）治疗监测与预后预测
成像技术是评估治疗效果、预测疾病进展的核心工具：
药物治疗：通过定量参数（如T2值、软骨体积）监测DMOADs、抗炎药物的疗效，半定量评分可用于临床试验的疗效终点；
再生治疗：评估基质相关干细胞移植、PRP注射等治疗后的软骨修复效果，钠成像、dGEMRIC能量化修复组织的生化完整性；
手术干预：术前评估软骨损伤范围指导手术方案，术后通过形态测量与成分分析监测修复效果，预测翻修风险。（三）科研应用
成像技术推动骨关节炎机制研究与精准医学发展：
疾病表型分型：基于半定量MRI评分，可区分软骨-半月板型、炎症型、肥大型等骨关节炎亚型，为个体化治疗提供依据；
生物标志物开发：OAI等大型队列通过成分MRI参数建立骨关节炎进展预测模型，为新药研发提供靶点；
多中心研究：标准化成像协议与AI自动化分析，解决多中心数据异质性问题，助力大规模临床研究开展。六、当前挑战与未来展望（一）核心挑战
标准化缺失：不同厂商设备的定量参数参考范围差异达30%，魔角效应导致T2/T1ρ测量偏差超40%，缺乏统一的参数转换公式与临床解读阈值；
技术适配性不足：金属植入物患者的软骨评估受伪影干扰，低场强设备难以开展高端定量技术，特殊人群（儿童、孕妇、肾功能不全者）缺乏专属成像方案；
临床转化滞后：成分MRI技术多停留在科研阶段，缺乏足够的大规模临床验证，临床指南认可度低，且缺乏有效的软骨再生治疗手段支撑其广泛应用；
成本与可及性：高场强设备、专用线圈与定量分析软件价格昂贵，基层医院难以负担，限制了先进技术的普及。（二）未来方向
技术优化：开发魔角效应不敏感序列、金属伪影抑制技术，优化低场强设备的定量成像方案，提升技术的普适性；
标准化推进：依托定量成像生物标志物联盟（QIBA）等机构，建立T2/T1ρ等技术的标准化协议，推广体模校准，构建多中心参考数据库；
AI深度融合：发展跨厂商、跨序列的稳健AI模型，实现从图像重建、分割到病变分级、预后预测的全流程自动化，提升诊断效率与一致性；
多模态整合：PET-MRI、CT-MRI合成技术将解剖结构与代谢、功能信息结合，为疾病机制研究与精准治疗提供更全面的依据；
临床价值落地：随着DMOADs的研发进展，成分MRI技术将成为患者分层与治疗反应监测的关键工具，推动骨关节炎从对症治疗向精准靶向治疗转型。参考文献
[1] Guermazi A, Eckstein F, Gold G, et al. Advances in cartilage imaging techniques[J]. Nature Reviews Rheumatology, 2026, https://doi.org/10.1038/s41584-026-01353-x.欢迎关注
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