0 引言

       骨关节炎（osteoarthritis, OA）作为骨科最常见的退行性疾病之一，其核心病理表现为关节软骨的进行性退变与丢失，常伴随软骨下骨重塑、滑膜炎症及关节周围软组织改变，最终导致关节疼痛、活动受限甚至功能障碍^[1]，严重影响患者社会活动^[2]。OA主要好发于下肢承重关节，其中膝关节受累最为常见^[3]。根据2024年《中国骨关节炎诊疗指南》定义，膝骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）并非单纯的“关节老化”，而是由机械负荷、遗传、炎症等多因素共同介导的，以“关节软骨基质降解与合成失衡”为核心的慢性病理过程，属于“退行性与炎症性并存”的复杂关节疾病^[4]。

       从临床诊疗角度看，KOA一旦进展至中晚期，常出现软骨全层缺损及软骨下骨重塑^[5]，即使采取药物或手术干预，也难以完全恢复关节功能，患者往往面临长期疼痛。因此，在疾病早期阶段及时识别并干预潜在病理改变，对于延缓疾病进展、改善患者生活质量具有重要意义^[6]。然而，目前对KOA的影像学评估仍主要依赖X线及基于形态学的磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）检查^[3]。但二者对早期病变敏感性不足，当出现明显异常征象时，疾病多已进入中晚期，导致部分早期KOA患者未能得到及时诊断而错过最佳干预时机。

       在此背景下，寻找能精准反映KOA早期病理改变的影像标志物成为当前研究热点^[7]。值得注意的是，KOA病理改变涉及关节内多种组织结构，其中位于关节腔内、兼具机械缓冲与炎症调节功能的髌下脂肪垫（infrapatellar fat pad, IPFP）逐渐受到关注，其影像学改变被认为可能反映KOA相关的炎症及结构重塑过程^[8]，被认为是具有潜力的影像标志物。多项研究也表明，IPFP病变状态与KOA进展紧密关联，且其体积或密度改变与KOA存在相关性^{[9, 10]}。然而，现有研究在成像序列选择、定量参数应用及其与KOA疾病进展关系的认识上仍存在一定差异，不同MRI技术在IPFP评估中的优势与局限尚缺乏系统梳理。因此，本文围绕KOA中IPFP的多模态MRI表现，系统性综述常规及功能磁共振序列在IPFP形态、成分及微观结构评估中的研究进展，重点评述其与KOA影像学及临床表型之间的关联证据，以期为IPFP相关影像学指标的合理应用及未来研究方向提供参考。

1 文献检索策略

       为系统梳理多模态MRI在KOA中IPFP损伤的研究进展，本文按照预先制订的检索策略进行文献检索。

       检索数据库包括中文数据库万方数据知识服务平台、中国知网及英文数据库PubMed、Web of Science。文献检索时间范围主要限定为近3~5年（2021年1月1日至2025年12月31日），同时补充检索近5~10年（2016年1月1日至2020年12月31日）的高影响力文献及更早的经典奠基文献。中文检索词为：“骨关节炎”“膝骨关节炎”“髌下脂肪垫”“磁共振成像”；英文检索词为：“Osteoarthritis”“infrapatellar fat pad”“Hoffa’s fat pad”“knee osteoarthritis”“magnetic resonance imaging”“MRI”。采用布尔逻辑运算符AND/OR/NOT构建检索式，进行主题词与自由词结合检索。纳入标准：（1）研究内容涉及IPFP的MRI影像学评估；（2）研究对象为KOA群体或与KOA相关的队列；（3）文献类型为临床研究、基础研究、综述；（4）可获取的中文或英文全文文献。排除标准：（1）重复发表的文献；（2）仅有摘要而无法获取全文的文献；（3）未涉及MRI评估或未明确报告IPFP影像学特征的研究；（4）会议摘要、病例报告、述评等非研究型文献。

       依据上述检索策略，通过阅读标题、摘要及全文，剔除不符合纳入标准、资料不详、研究重复及未涉及MRI评估的文献后，最终纳入文献63篇。

2 IPFP解剖及功能

       IPFP作为膝关节腔内前部的关键软组织，其结构特征与生理功能高度协同，共同维系膝关节稳态并参与KOA病理进程^[8]。从解剖定位来看，IPFP嵌于髌骨下方与髌韧带后方之间，上缘附着髌骨下极、下缘延续至胫骨近端前方，两侧毗邻内外侧半月板前角^[11]。这种空间分布使其天然具备机械调节优势，可直接维持髌骨在屈伸运动中的正常轨迹，防止髌骨脱位或偏移^{[12, 13]}，同时在日常动作中缓冲骨骼间的撞击力，减少关节软骨的直接磨损^[13]；从组织构成而言，IPFP以脂肪组织为核心，表面由滑膜组织包裹，内部富含血管网及神经末梢^[8]，已有研究明确，IPFP可通过与滑膜的相互作用促进炎症进展，是导致膝前疼痛的重要病理因素^[14]；此外，IPFP的脂肪成分兼具类似皮下白色脂肪与内脏脂肪的特性^{[13, 15]}，这种组织学特点使其具备代谢及炎症调节功能，可通过自分泌、旁分泌等途径释放白细胞介素-6、瘦素等可溶性促炎因子，进而参与到KOA炎症进展中^[16]。

       上述解剖结构与生物学特性使IPFP在KOA中既可能作为炎症与机械负荷的受累结构，也可能通过局部炎症因子释放参与疾病进展，这为其影像学改变与KOA病程之间的关联研究提供了理论基础。

3 IPFP的MRI评估

       MRI凭借其优异的软组织分辨率及多序列成像能力，能够从形态、信号及定量参数等多个层面评估IPFP的病理改变，已成为KOA中IPFP评估的主要影像学手段。根据成像原理及应用特点，相关MRI技术分为常规成像序列及功能成像序列。

3.1 常规序列

3.1.1 T1WI序列​

       在该序列上，正常IPFP因富含脂肪成分，表现为均匀高信号，同时其内部还可见散在分布的低信号纤维间隔^{[7, 17]}。而在KOA病程中，反复微损伤、创伤等相关炎症反应，多引起IPFP脂肪成分减少、纤维增生等改变，此时T1WI信号多表现为均匀性降低或局部低信号增多、范围扩大。因此，根据IPFP信号异常可为评估其纤维化程度提供初步影像学线索^{[7, 17, 18]}。此外，T1WI序列还可清晰显示IPFP与周围髌骨、胫骨等骨性结构的毗邻关系^[19]，为KOA的病情评估提供解剖学依据。但需要注意的是，T1WI对炎症及代谢改变的敏感性较低，评估IPFP早期病变，如水肿、急性出血等仍需结合其他序列。

3.1.2 T2WI及T2WI压脂序列​

       T2WI序列对组织内水分变化敏感，是评估水肿及炎症的重要序列^[20]。正常IPFP在T2WI序列上呈中等偏高信号；当炎症反应明显时，可观察到IPFP内高信号区域范围相对增大^[21]。同时，T2WI序列还可清晰显示IPFP周围的滑膜增厚、关节积液等伴随改变^[22]。但IPFP在T2WI序列上固有的高信号与炎症所致的高信号易相互混淆，单纯依靠该序列难以精准区分二者。

       T2WI压脂序列则通过抑制脂肪信号，有助于区分脂肪组织与炎症成分^{[23, 24]}。田宁等^[24]学者基于5.0 T超高场MRI，对93例受检者IPFP进行形态学定量分析，研究发现在5T-T2WI-快速自旋回波序列下可清晰显示IPFP内是否存在高信号，为IPFP相关病变提供影像参考。此外，HAN等^[25]的研究发现，T2WI压脂序列中IPFP的异常低信号区与膝关节软骨缺损（OR=2.27，95% CI：1.61~3.21）、骨髓水肿（OR=1.91，95% CI：1.39~2.62）等存在一定相关性，这也提示IPFP低信号改变可能与KOA疾病进展​存在关联。

3.1.3 T2*WI序列​

       T2^*WI序列对磁场不均匀性敏感，已被报道可用于检测出血、铁沉积及组织微结构变化^{[26, 27]}。在KOA中，长期的关节磨损、炎症刺激可能导致IPFP内微小血管破裂出血，含铁血黄素沉积，在T2^*WI序列上表现为低信号灶，且其沉积量可间接反映IPFP慢性损伤程度^[17]。此外，T2^*WI序列还可评估IPFP内脂肪和纤维结构的完整性。当IPFP出现明显纤维化或脂肪组织坏死时，局部组织磁敏感性改变，可表现为信号不均匀降低，为判断IPFP退变的严重程度提供依据。张新茹等^[28]研究发现，IPFP的T2^*值与KOA严重程度（Kellgren-Lawrence分级，K-L分级）呈显著负相关（r=-0.505，P<0.001），提示T2^*值降低与IPFP退变程度加重相关，为评估IPFP内慢性损伤提供了新的依据。​

3.1.4 PDWI及PDWI压脂序列​

       质子密度加权成像（proton density weighted imaging, PDWI）序列在软骨、韧带等软组织结构显示方面具有一定优势^[29]。在KOA患者中，IPFP常因炎症浸润、纤维化重塑导致局部质子密度分布异常，表现为信号不均匀；而PDWI压脂序列通过抑制脂肪信号干扰，可更清晰地显示IPFP内异常信号灶，尤其对IPFP与滑膜交界区的炎症改变具有较高的显示效能，有助于鉴别IPFP本身病变与周围滑膜病变^[23]。DRAGOO等^[17]的综述证实，PDWI-脂肪抑制（fat suppression, FS）序列可特异性识别IPFP内炎症水肿相关的高信号区及纤维化相关的低信号区，其对脂肪信号的抑制作用显著提高了异常信号灶的辨识度。但基于IPFP自身病变与骨化、含铁血黄素的鉴别诊断，仍需借助X线与梯度回波序列。总之，PDWI及压脂序列能精准捕捉炎症、水肿等异常信号区，可作为评估IPFP退变的重要补充序列。

3.2 功能序列

3.2.1 Dixon序列​

       KOA病程中常伴随IPFP损伤，常规磁共振成像对脂肪成分的量化能力有限^[30]，因此磁共振脂肪定量技术成为评估IPFP病理改变的核心工具。

       化学位移成像（chemical shift imaging, CSI）序列是利用水与脂肪的氢质子在磁场中存在约3.5 ppm的化学位移差异，通过施加特定频率的饱和脉冲选择性抑制脂肪组织的信号^[31]，这一过程可高效剔除IPFP内正常脂肪成分的高信号干扰，使炎症相关的水信号更加突出。与常规FS序列相比，CSI序列的FS特异性更强，不易出现“局部抑制不全”或“信号丢失”的问题^{[32, 33]}，尤其在显示脂肪与纤维组织交错的区域，如IPFP与髌腱交界区。

       与CSI序列原理相通，Dixon序列同样依靠化学位移效应，实现脂肪定量成像。该序列通过一次快速扫描，采集2个或多个不同回波时间的水像与脂像信号，利用水脂信号的相位差异进行分离，最终生成纯水图、纯脂肪图及脂肪分数图，其中FF值量化了IPFP内脂肪组织占总体组织的百分比，显著降低了常规影像凭肉眼判断信号高低所带来的主观性^{[34, 35]}。在KOA病理进程中，IPFP的退变以“脂肪浸润进行性减少、纤维组织增生”为典型特征^{[23, 30]}，这一过程恰好能通过FF值精准捕捉。赵保根等^[30]探究了mDIXON-Quant技术对KOA患者IPFP质子密度脂肪分数（proton-density fat fraction, PDFF）的定量评估价值，发现PDFF值与全器官磁共振成像评分（Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score, WORMS）、关节软骨完整性、边缘骨赘等十余项特征存在负相关（r=-0.94、-0.85、-0.83，P均<0.05）。CHEN等^[36]的研究进一步证实，IPFP的FF值在无OA组（82.6±3.7%）、轻度OA组（74.7%±5.4%）和重度OA组（60.5%±14.1%）之间存在显著差异，且FF值随KOA严重程度呈下降趋势。提示该序列在诊断IPFP退变的同时，可能具备预测KOA严重程度的能力。

       综上，Dixon序列在诊断KOA相关IPFP病变中具有一定临床价值。但需要指出的是，现有研究中感兴趣区域（region of interest, ROI）勾画策略及FS方式的选择仍存在差异。目前主流勾画策略主要包括两类，一是“全IPFP勾画”，即逐层手动描绘IPFP边界，实现全垫覆盖；二是“局部区域勾画”，即在IPFP信号均匀区域选取几层进行勾画。方法不统一可能对IPFP脂肪分数等定量参数的稳定性与可重复性产生影响，这在一定程度上限制了其结果在不同研究间的直接比较。未来，可通过多中心协作制定统一的FS参数与ROI勾画标准，进一步验证定量参数的跨设备、跨中心一致性，为其纳入KOA早期诊断的常规影像评估体系提供证据支撑。

3.2.2 弥散加权成像与弥散张量成像

       经细胞学证实，IPFP炎症和纤维化会直接导致组织间隙微环境改变，进而直接影响水分子运动和扩散情况^[37]。而常规序列难以直接反映组织内水分子的弥散特征^[38]。因此，凭借对水分子成像敏感的弥散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）和弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI），有望成为定量评估IPFP病理改变的重要补充序列。

       DWI技术通过改变b值并测量表观弥散系数（apparent diffusion coefficient, ADC），可实现对生物组织内水分子弥散受限程度的定量评估，目前已在全身多部位疾病检测、鉴别诊断及预后评估中展现出重要临床价值^{[39, 40, 41]}。在膝关节中，基于IPFP的结构特性，水分子弥散空间相对固定；而在KOA中，IPFP的病理改变多具有阶段特异性，受挤压、炎症因子刺激等因素影响，轻中期病理改变以脂肪细胞肿胀、血管扩张及间质液渗出为核心；而晚期炎症细胞大量浸润，局部细胞密度升高，水分子弥散空间被压缩，进而导致ADC值发生改变^[37]。近年来，随着成像技术不断革新，体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging, IVIM-DWI）模型通过双指数拟合，能够分离出反映纯水分子扩散的真弥散系数（D）和与微循环灌注相关的假性弥散系数（D^*），相比单指数模型的ADC值，能更特异性地区分组织扩散与灌注贡献^{[42, 43]}。谭辉等^[44]基于IVIM-DWI技术探究IPFP信号改变与轻中度KOA的关系，研究发现，KOA患者IPFP的高信号区，其D值和D^*值显著高于自身正常信号区及健康对照组（P<0.05），这一结果也进一步证实了轻中期IPFP以血管扩张、组织液渗出为主。因此，该技术具备无创量化IPFP水分子弥散及微循环灌注变化的潜力，其核心参数D值更能敏感地反映KOA相关的炎症浸润、组织水肿，为KOA早期评估提供了新方向。

       DTI技术则通过ADC值和各向异性分数（fractional anisotropy, FA），综合反映水分子在纤维间隔中的弥散特征^[45]。多项研究证实，正常IPFP内纤维平行于髌腱有序分布；而在KOA进程中，IPFP受慢性炎症刺激引起胶原纤维异常增生，常与髌腱、滑膜发生粘连，导致纤维网络排列紊乱，减少了水分子的弥散空间^{[14, 46]}。目前，DTI技术在KOA软骨损伤评估中已展现出良好的诊断与分级效能^{[47, 48]}，然而基于DTI技术探究IPFP纤维化与KOA疾病进展的研究仍相对有限，未来仍需更多针对性的临床与基础研究予以阐明两者之间的相关性。

       DWI与DTI技术在KOA疾病诊断中已取得阶段性进展。但在IPFP中两序列的应用仍较少，关于ADC值、FA值与IPFP纤维化的程度分级、是否与KOA的K-L分级和临床症状存在明确关联，以及不同病程中IPFP参数的动态演变等关键问题，尚需要进一步充分研究，进而为KOA精准诊疗提供更多影像学支撑。

3.2.3 T1ρ mapping与T2 mapping

       近年来，随着对IPFP研究的不断深入，越来越多研究发现IPFP损伤多伴随脂肪细胞凋亡、蛋白多糖丢失、胶原纤维增生等成分改变^[10]。因此，对KOA中IPFP的评估应聚焦其成分分析，而定量磁共振成像序列T1ρ mapping与T2 mapping凭借对基质成分的高敏感性，成为精准评估IPFP的重要序列。

       其中，T1ρ mapping序列通过向组织施加自旋锁定脉冲，延长质子与基质中蛋白多糖大分子的相互作用时间，最终测量的T1ρ值可敏感反映组织中蛋白多糖含量与水分的动态变化^{[49, 50]}。在关节内，蛋白多糖作为IPFP与软骨细胞外基质的核心成分，在维持细胞周围渗透压平衡与组织弹性中起重要作用^[51]。值得注意的是，IPFP的早期退变会通过影响局部微环境，间接导致软骨T1ρ值发生改变，这一关联已经临床研究证实^[52]。同样地，HEILMEIER等^[53]的研究也得出类似结论，IPFP异常越严重，滑车软骨的T1ρ值越高（ρpartial=0.55, 95% CI：0.15~0.80），进一步提示IPFP异常是驱动软骨损伤的重要危险因素。

       T2 mapping序列则通过检测组织的横向弛豫时间，直接量化T2信号，并在组织结构评估、疾病分级等多种临床场景中展现出独特优势^{[54, 55]}。在KOA相关诊断中，该序列的应用价值也得到了充分验证。郝天琦等^[56]将研究对象分为无KOA组，轻度KOA组和重度KOA组，通过非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离（iteraterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation, IDEAL-IQ）和T2 mapping技术测量IPFP的FF值及T2值，研究发现随着KOA进展不断加重，IPFP的FF值不断降低（73.13%±3.98%、67.42%±2.25%、61.92%±3.24%），而T2值不断升高（81.04 ms、82.72 ms、86.79 ms），且两者联合应用时对KOA的诊断效能最优（AUC=0.944）。除此之外，SACHER等^[57]采用可减轻金属伪影的MAVRIC-based T2 mapping技术，针对全膝关节置换（total knee arthroplasty, TKA）术后IPFP瘢痕评估开展研究，结果显示IPFP纤维化程度与T2值呈显著负相关[无瘢痕组T2值（119.75±21.3）ms vs. 严重瘢痕组T2值（72.3±19.8）ms，P=0.001]。上述结果显示，T2 mapping技术不仅能为KOA分级提供量化指标，更能定量检测IPFP纤维化程度，为术后并发症的早期干预提供支持。

       T1ρ mapping与T2 mapping技术在揭示IPFP相关的KOA诊断中已展现出显著潜力。但现有序列仍存在对轻微运动、磁场不均匀敏感、单一序列特异性不足等缺陷。未来可通过进一步优化成像序列，并尝试与多模态MRI联合应用，全面揭示KOA病理生理进程。

3.2.4 动态对比增强MRI

       IPFP表面由滑膜组织紧密包被，且滑膜层富含毛细血管网，二者功能与病理状态高度关联^{[58, 59]}。在KOA进程中，当IPFP出现炎症时，炎症因子易传导至滑膜，诱发滑膜充血、水肿及炎性细胞浸润，进而导致患者膝关节疼痛、屈伸功能受限^[60]。已有研究证实，滑膜炎会加速IPFP退变与软骨损伤，是KOA病情进展的独立危险因素，因此临床评估中也应重点关注IPFP相关的滑膜状态^{[1, 37]}。

       增强MRI（contrast-enhanced MRI, CE-MRI）是目前影像学评估滑膜炎症的核心技术^[61]；动态对比增强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）作为其功能的延伸，可定量揭示IPFP的血管化改变，成为反映IPFP病变的关键技术。DCE-MRI原理为经静脉团注钆基对比剂后，动态采集组织区域信号并生成时间-信号强度曲线（time-intensity curve, TIC），再通过量化参数容积转运常数（volume transport constant, K^trans）、血管外细胞外间隙容积分数（extravascular extracellular volume fraction, Ve）等反映组织血供与血管通透性^[62]。DE VRIES等^[63]的研究基于此技术，纳入了KOA患者、髌股疼痛（patellofemoral pain, PFP）患者及健康对照人群，分析IPFP的T2-FS高信号区域与正常信号区域的灌注参数差异。结果显示，仅KOA患者的高信号区域表现出升高的体积转移常数（K^trans：0.039 min^-1 vs. 0.025 min^-1，P=0.017）和血管外细胞外间隙分数（Ve：0.157 vs. 0.119，P=0.010），而PFP患者与健康对照人群上述参数差异无统计学意义；同时，该研究还发现KOA人群整体灌注参数均高于非KOA人群。这一结果进一步证实了DCE-MRI在识别KOA相关IPFP炎症中的独特价值。

       然而，对比剂的局限性限制了CE-MRI在部分临床场景中的广泛应用。目前对IPFP及相关滑膜炎症的临床评估，仍多依赖常规MRI序列进行。但传统序列多为定性或半定量评估，难以直接量化血管通透性、血供状态等功能信息。因此，未来应探索CE-MRI与其他定量序列的相关性，为诊断IPFP相关的滑膜炎症提供新方法。上述多模态MRI序列在IPFP评估中的成像特征、优势及局限性总结见表1。

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表1  多模态MRI序列特征对比
Tab. 1  Comparison of Multimodal MRI Sequence Features

4 总结与展望

       本文通过系统梳理多模态MRI在KOA患者IPFP损伤评估中的研究进展，发现不同的序列组合可能在KOA分级诊断中展现出不同价值。在临床分级层面，IPFP的PDFF值、T2值及T2^*值等定量参数与K-L分级、WORMS评分等影像学分级指标呈显著相关性，可辅助临床医师对KOA严重程度进行客观评估，尤其有助于识别早期患者。在扫描方案选择上，针对不同临床场景可推荐个体化的成像策略。对于KOA高危人群的早期筛查，初步研究提示Dixon序列联合T2 mapping序列可能敏感检测IPFP脂肪退变与基质改变；对于已确诊KOA的患者，IVIM-DWI或DCE-MRI在评估局部炎症活动度及微循环状态展现出潜在价值；对于TKA术后患者，T2 mapping有助于定量评估IPFP纤维化程度，指导康复干预。

       但相关领域仍面临一些挑战。首先，IPFP相关MRI定量评估尚缺乏统一的扫描及后处理标准，不同研究间参数可比性有限。此外，现有研究多为横断面设计，仅证实IPFP异常与KOA严重程度、临床症状相关，无法直接明确二者之间的因果关系，因此，仍有待大样本、多中心、前瞻性队列研究进一步证实。未来，随着多模态MRI技术及人工智能方法的发展，利用深度学习实现IPFP的自动分割与定量分析，结合影像组学方法挖掘多序列影像特征，构建融合影像、临床与生物标志物的多模态预测模型，推动IPFP评估向自动化、精准化发展，从而进一步促进IPFP影像学指标在KOA精准评估中的应用。