影像學檢查技術在膝關節疾病診斷與評價中的應用

曹欣地 孫愷昕 顧 非 莊月琴 劉鯤鵬 王 成 張 俊

1.上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院推拿科，上海 200437；2.上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院醫學影像科，上海 200437

膝關節是人體最大且構造最復雜，損傷機會亦較多的關節，其發生病變不僅可以產生疼痛、僵硬等不適，而且易影響膝關節功能進而降低患者生活質量。因此，提高膝關節疾病的診斷及治療水平是重要的，而影像學檢查對于膝關節疾病的診斷、療效評估地位重要，本文將綜述影像技術發展對膝關節疾病診斷與評估的影響。

1 X線片

X線片是膝關節疾病常用檢查手段，主要包括膝關節負重正側位、髕骨軸位、下肢全長片。常見的膝骨關節炎（KOA），其影像學表現為關節間隙狹窄、軟骨下骨硬化和骨贅形成等。眾多權威指南[1-3]將影像學變化程度作為KOA診斷標準的重要組成部分。通常采用Kellgren-Lawre分級來評價。

1.1 負重正側位片

由于非負重片易導致關節間隙表現為正常或輕度變窄，影響評估患者病情。而負重位片可直接還原出日常狀態下膝關節內的應力狀態，消除了關節腫脹帶來的影響，可直接觀察關節畸形相應關節間室的間隙狹窄程度，故臨床上主要使用負重正側位片。但是從下肢全長片拍攝所得經驗來看，髕骨的相對位置易受患者下肢畸形、雙腳擺放位置的影響，即內翻時髕骨靠近內側，外翻時靠近外側。因此，正側位片不一定能真實反映患者髕骨的正確位置。

1.2 髕骨軸位片

髕骨軸位片是評估髕股關節炎最簡單實用的方法[4]。由于下樓時髕股關節承受2倍體重的壓力，所以髕股軟骨的退變必然引起膝關節的癥狀，特點是在上下樓、上下坡時膝關節出現疼痛，下樓下坡時痛甚，平地時可無疼痛。髕股關節炎是KOA早期癥狀，因此，患者在出現以上癥狀時應當引起重視，積極進行檢查與治療。此外，髕骨骨折、髕骨（半）脫位常采用膝關節正側位和髕骨軸位片綜合診斷。

1.3 下肢全長片

隨著認識的加深，認為髖膝踝相互影響，膝關節與下肢力線相互影響，膝關節疾病會引起下肢力線的改變，下肢力線的改變會引起膝關節應力分布不均，進而加速病情進展。比如在KOA末期需要關節置換以糾正下肢力線改善患者生活質量。

傳統測量下肢力線的方法是分別以髖、膝、踝為中心拍攝3張正位片，手工拼接后再手工測量，這曾是較為常用的方法，有一定的可靠性[5]和局限性[6]，除了需多次曝光外，易受呼吸運動、體位變化等的影響導致影像失真。由于手工測量，其精度存在誤差且可重復性較差。隨著技術的發展，下肢全長片攝影從傳統的模擬數據照片逐漸向數字化影像轉變，如AGFA全下肢攝影技術，可通過一次曝光成像技術采用數字化成像，避免給患者帶來更多的電離輻射，盡可能保證影像的真實性，安全可靠。并且利用配套軟件可在電腦端進行力線和各角度的測量，具有較好的精確性和可重復性[7]。由于下肢力線對線不良與KOA的進展密切相關，且負重位下下肢全長片是目前測量下肢力線的金標準[8]，因此采用下肢全長片來評估患者的力線，以指導治療方案的選擇為保守治療、保膝治療或置換治療。同時，在膝關節手術（如脛骨高位截骨術和全膝關節置換術等）術前可指導術中截骨與假體安放[9-10]，術后則可根據下肢全長片評估矯正后的力線，判斷預后[11]。

盡管X線片可以診斷、評估部分膝關節疾病，但也存在局限性，主要是不能顯影軟組織及軟骨組織；部分X線表現遲于臨床癥狀發生；同樣X線征象可由不同的病理變化造成；影像易重疊，圖像分辨率不高[12]。在KOA早期僅有軟骨退行性改變時，X線片可無異常表現。隨著病情進展，X線片下顯示軟骨下骨硬化、關節面下囊性變和骨贅形成，但均已為中晚期。因此X線檢查對KOA早期缺乏診斷價值。對于癥狀復雜或X線呈陰性的病例仍需要行MRI或CT三維重建以進一步檢查診斷[13]。

2 CT

CT的密度分辨力比X線高，其圖像均勻能清楚顯示各骨結構，避免了解剖結構的重疊。但對于軟組織的顯像差，且射線量較大，故臨床不常用作膝關節疾病的診斷與評估。但隨著多層螺旋CT的廣泛應用，其密度分辨力提高，可對膝關節薄層原始圖像進行冠狀及矢狀面三維重建，并借助其他技術在全膝關節置換術中發揮了巨大作用。如在術前可根據CT采集的數據借助軟件[14]等對下肢力線進行任意角度、方向的觀察，可有效減少人為因素的干擾、手術誤差，提高手術精度[15]。

3 MRI

盡管膝關節軟骨的損傷診斷仍以關節鏡檢查為金標準，但眾多研究[16-18]表明，MRI關于軟骨損傷診斷與關節鏡的診斷符合度較高。王義剛等[16]以關節鏡或手術診斷結果為標準來評價MRI對不同分級膝關節軟骨損傷的診斷效能，表明常規T2WI序列診斷的敏感度為98.9%、特異度為89.6%、準確度為95.7%，對Ⅰ～Ⅳ級軟骨損傷的陽性預測值分別為80.1%、84.4%、94.6%、98.0%；STIR序列診斷的敏感度為98.2%、特異度為92.7%、準確度為96.3%，對Ⅰ～Ⅳ級軟骨損傷的陽性預測值分別為87.8%、88.2%、96.2%、98.0%。故MRI是評價關節軟骨病變最敏感、最特異、非侵入性的檢查方法之一。它可以在早期，甚至在出現臨床癥狀之前檢查出軟骨改變。

MRI設備有不同磁場強度之分，均可對KOA做出診斷[18-19]，但又有差異。一般來說，3.0T磁共振的信噪比比較好，圖像空間分辨率也更高一些，掃描時間可更短。但它也有明顯的缺點，譬如運動偽影、化學位移偽影更明顯。1.5T磁共振除了能做很多常規的磁共振檢查外，它的射頻脈沖發出的噪聲低，即患者在檢查孔內床上受到的干擾聲音小；因為磁場低，人體吸收的熱量少，運動偽影和化學位移偽影小。所以3.0T超導MRI與傳統低磁場檢查膝關節病相比，能提供更高的信噪比，更高的組織分辨率，薄層圖像，再配置獨特的膝關節專用線圈，使圖像顯示更佳，檢查時間縮短，診斷率更高，為診斷KOA與評估損傷程度提供影像依據。

KOA軟骨病變包括輪廓改變和信號改變。輪廓改變表現為軟骨表面毛糙征、軟骨局限性變薄、軟骨線中斷等；信號改變指病變區軟骨信號增高或降低，常與正常軟骨分界模糊。信號改變主要反映軟骨結構和含水量的變化，是關節透明軟骨的早期改變之一。但MRI常規序列對軟骨下骨病變，特別是骨性結構的病變不甚清晰。目前臨床上對KOA和軟骨損傷的診斷和評估仍需負重位X線和MRI相結合。

許多MR序列可用來評價軟骨的形態改變。如3D-SPACE序列可有效提高膝關節半月板損傷中半月板損傷的診斷準確性，具有一定的臨床診斷價值[20]。MRI不同軟骨成像序列對早期軟骨病變有診斷價值，有研究[21]將3D-Watsc、3D-Vista序列對比表明兩者對軟骨分級早期均有診斷價值，但后者更有優勢。

MRI諸多序列根據關節滑液的信號強度大致可分為兩大類：暗滑液序列和亮滑液序列。暗滑液序列中目前公認最好的軟骨成像核磁序列之一的三維抑脂擾相梯度回波序列（3D-SPGR序列）。在該序列中，軟骨是唯一顯現為高信號的組織，與周圍組織分界明顯，提高了透明軟骨和軟骨下骨的對比度，使軟骨顯示更加清楚。Disler的兩項研究[22-23]表明，脂肪抑制的3D-SPGR序列對診斷軟骨缺損病變的敏感度為75%～93%，特異度為94%～97%。但缺點是其掃描時間長，掃描時間越長，出現運動偽影的概率就越大。

在亮滑液序列中，高信號的關節滑液與低至中等信號的關節軟骨有較大的對比，可以產生類似關節造影的效果。其中三維穩態自由進動成像序列（3DSSFP序列）是一種可以獲得高信噪比圖像的快速成像序列。在本序列的MR圖像中，關節軟骨呈低至中等信號，與高信號的關節滑液產生關節造影樣效果，從而有利于軟骨細微病變的顯示。研究[24]表明，該序列對膝關節軟骨病變的診斷同樣良好。在未使用脂肪抑制的情況下，本序列對膝關節軟骨病變總的敏感度、特異度和準確度分別為76%～80%、94%、90%～92%。其不足之處是在采用長時間采集圖像時，對磁場的不均勻性很敏感，易出現條帶狀偽影。有研究[25]將3DSSFP序列與3D-SPGR在診斷膝關節軟骨病變方面做對比，表明兩者具有同等價值。但3D-SSFP序列圖像采集時間較短，更適合作為膝關節的MR掃描常規序列。

MR與膝關節相關的其他研究還有：在3.0T MRI中使用3D Space-DIR序列對膝關節滑膜炎時滑膜形態的顯示更有優勢[26]；GRE-T2對半月板撕裂的具有較高的價值[27]；對于膝關節隱匿性骨折采用MRI可比X線片、CT的診斷準確度高[28-29]。

4 超聲檢查

超聲檢查既往在骨科臨床應用相對較少。隨著超聲技術及設備的發展及能夠對人體肌肉、肌腱、韌帶以及周圍神經等軟組織病變情況進行清晰顯示的肌骨超聲在臨床上廣泛的運用，關于超聲對于膝關節疾病檢測的臨床價值正逐漸受到重視[30-31]。與其他影像學技術相比，超聲具有設備相對便宜、移動性強、無特殊場地要求、檢查時間短、費用相對低廉、無明顯檢查禁忌證、無需注射造影劑、無輻射損傷，同時可重復性高，可定期檢查以觀察治療效果、病情變化等優點易于患者接受。研究[32]表明，與X線片相比，在KOA早期超聲可以直接顯示股骨滑車及股骨髁的軟骨退變情況及嚴重程度。且高頻超聲對于膝關節以及周圍軟組織病變診斷的檢測準確率略低于核磁共振與手術結果[33]。但有3例（總病例120例）患者病情未被檢出。總之，超聲可實時、多平面、多角度、動態觀察膝關節情況，可為KOA相關變化提供可靠的評估。

5 關節造影

關節造影是在關節囊內注射空氣或非離子型造影劑后再掃描。CT和MR關節造影在顯示關節軟骨改變上比X線平片、普通MRI敏感。除顯示軟骨外，關節造影對軟組織的顯示也具有優勢。在膝關節中可用于評估交叉韌帶損傷情況。常規MRI只能顯示韌帶撕裂區增粗、模糊，不能顯示具體位置，對交叉韌帶損傷的診斷有局限性，診斷部分性撕裂仍比較困難。而MR關節造影，可清楚地顯示撕裂的位置、形態和大小。但因其創傷性穿刺，臨床應用受到限制。

綜上，X線片是膝關節疾病常用檢查手段，常聯合MRI，既能明確患者關節各組成相對位置、間隙、增生等情況，又可明確內在軟組織磨損程度，以便明確治療重點和指導健康宣教及進行治療前后對比。下肢全長片是測量下肢力線和脛股角等角度的最佳選擇，在膝關節手術時可為術前及術后進行指導、評估。CT可借助其三維重建功能為關節置換患者提供更精確的截骨角度、假體安放等。高頻超聲、肌骨超聲等的運用，使超聲正逐漸成為膝關節疾病臨床診斷的常用技術。在需要長期動態隨訪時，可選擇價廉重復性高的超聲。

熟悉各影像學技術在膝關節疾病診斷與評價的優缺點，醫師可結合實際選擇更合適的檢查，為臨床需要提供依據，避免過度檢查，為患者減輕經濟負擔等。