影像學檢查在膝關節單髁置換術中的研究進展

柴浩卜 朱 晨

隨著人口老齡化的加劇，膝關節骨關節炎（knee osteoarthritis， KOA）的發病率也逐漸增加，目前我國癥狀性KOA 的發病率約為8.1%［1］。KOA 的早期病變大多局限于單個間室，特別是內側間室，表現為膝關節內側疼痛和內翻畸形。單間室終末期KOA 的治療方式主要是手術治療，手術方式包括單髁置換術（unicompartmental arthroplasty，UKA）和全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA），其中UKA 因為其手術切口小、術后恢復快、并發癥少的優點，臨床應用越來越多［2-3］。UKA 若想取得良好的療效，影像學檢查至關重要，通常采用的影像學檢查包括X線、MRI、CT 等。術前的影像學檢查可以準確評估膝關節軟骨磨損情況和韌帶功能等，以便選擇合適的患者，并有助于規劃手術方案，術后的影像學檢查可以評價假體位置和界面，協助診斷相關的并發癥。

1 X線

UKA 術前常規需要拍攝膝關節X 線以進行評估，常用的包括膝關節負重正側位片、內外翻應力位片、髕骨軸位片和雙下肢全長片等。UKA 的最佳適應證是膝關節前內側骨關節炎（antero-medial osteoarthritis，AMOA）［4］。具體包括內側室骨對骨（全層軟骨缺損）、外側室軟骨完整、內側副韌帶（medial collateral ligament，MCL）和前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）功能正常、內翻畸形可矯正。除了臨床體格檢查外，應力位片是診斷AMOA 的主要影像學方法，既可以通過內側關節間隙和關節面夾角等判斷內側軟骨磨損程度，也可以通過間接征象提示ACL 功能和外側間室軟骨情況［5］。在一項MRI 與應力位片對于關節軟骨厚度評估的比較性研究中，作者證明MRI 不能代替X 線片對于關節軟骨厚度的測量［6］。

UKA 對下肢力線的要求很嚴格，術后力線不佳會增加翻修率。對于術前內翻的膝關節，若矯正過度，會導致外側間室應力負荷集中，加速外側間室軟骨磨損，引起外側間室骨關節炎［7］。但內翻矯正不足，會造成內側間室假體應力負荷增大，會增加聚乙烯襯墊磨損，導致早期翻修［8］。研究表明，可以通過外翻應力位片預測術后下肢力線情況［9］。術前外翻應力位片測量膝關節面角（femoro tibial facet angle，FTFA）的變化可以預測UKA 術后下肢力線變化，外翻應力位可以矯正的內翻畸形，UKA 術后的膝關節力線更好［10］。

評估關節軟骨厚度時，除了通常的冠狀面應力位片，還可以采用Rosenberg 視圖（45°屈曲前后投影）。研究表明，在確定骨關節炎患者的關節間隙狹窄時，Rosenberg 視圖比傳統的前后位X 線片更加具有敏感性和特異性［11］。Jacob 等［12］研究證明Rosenberg 視圖與20°冠狀外翻-內翻應力X 線攝影相似，可用于確定關節軟骨厚度。這兩種技術都可用于臨床環境，因此，僅使用Rosenberg 視圖就可以評估關節軟骨狀況，可取代應力位X線片。

外側間室軟骨退化是影響UKA 生存率最常見的并發癥，也可以通過術后X 線片來判斷。Yue 等［13］研究表明，負重前后位、仰臥前后位和仰臥外翻應力膝關節X 線片用于評估UKA 術后外側間室殘余軟骨厚度時沒有差異。

絕大多數的UKA 手術采用骨水泥固定，術后的X 線上經常會出現“生理性透亮線”（radiolucent lines，RLLs），現有的骨水泥UKA 術后5 年的RLLs 率高達62%，主要發生在脛骨側。Rohan等［14］研究發現，RLLs 在一年內會緩慢進展，但此后就沒有繼續進展了，而且RLLs 的出現與臨床結果無關。

2 MRI

X 線不能顯示軟骨和韌帶等軟組織情況，主要是通過間接表現來推斷。而MRI 可以更加直觀和精確地顯示膝關節軟骨和韌帶情況，并且可以顯示小的淺表軟骨磨損，有助于臨床醫師更好地做出決策。

ACL 功能缺陷被認為是UKA 的禁忌證之一，但目前仍缺乏標準化和可重復的方法來評估晚期AMOA 患者的ACL 功能完整性。前抽屜試驗等術前體檢用于ACL 完整性評估，通常對急性ACL 損傷患者有效，但對于因關節周圍結構僵硬而導致的退行性膝關節慢性ACL 損傷的診斷價值有限［15］。在退行性膝MRI 上直接觀察ACL 的紋理和連續性，可能會夸大ACL 損傷的程度［16］。此外，掃描和成像質量的不足，可能導致ACL 顯示欠佳，從而降低MRI 的診斷性能。雖然側位片上脛骨后骨侵蝕的存在是鑒別ACL 功能缺陷的一個指標，但這個參數很難量化，而且容易受到主觀性和膝關節錯位的影響［17］。Tao 等［18］研究發現，MRI 上1.2 mm 的軸向全局被動前脛骨半脫位（passive anterior tibial subluxation，PATS）對于診斷晚期AMOA 患者的ACL功能缺陷具有很強的特異性。

第三代牛津UKA 系統有5 種尺寸的股骨假體，以接近正常的膝關節幾何形狀，然而，這些不同的尺寸也可能引起問題，例如組件尺寸的錯誤選擇。Yang 等［19］開發出一種通過術前測量膝關節MRI，而不是基于性別和身高來預測股骨假體大小的方法：他們術前通過膝關節MRI 預測股骨假體大小，并在術后利用真實側位片驗證該方法的準確性，結果MRI 測量正確率為90.3%，這種MRI 測量方法可以準確預測UKA 股骨假體大小，并且這種方法可以不考慮不同的種族，個人的膝蓋幾何形狀，或軟組織張力帶來的影響。

UKA 術后由于假體植入物造成的各種成像偽影，對MRI 的成像評估提出了特殊的挑戰。但是隨著近年來MRI 消除金屬偽影技術（metal artifact reduction，MAR）的進步，金屬植入物周圍組織的橫斷面圖像評估經歷了顯著的發展，為評估假體周圍組織帶來了有意義的改進［20］。MRI 中金屬誘發偽影是由于靜磁場（B0）的不均勻性和射頻脈沖與金屬植入物的相互作用，經過精心選擇的序列參數調整的常規MRI 可以大大改善圖像質量。在臨床實踐中，優化的常規脈沖序列和多光譜成像的組合在臨床可行的采集時間內實現了顯著的MAR。

穩定的種植體固定和足夠的骨水泥滲透到底層骨對于預防骨水泥UKA 的失敗至關重要［21］。早期固定失敗會導致在中短期隨訪時發生無菌性松動和不明原因的疼痛［22］。但對這方面的檢測仍然具有挑戰性，X 線片可以幫助發現嚴重的假體錯位、放射透明度和骨折［23］。但在發現更常見但更細微的骨異常（如早期松動、輕微假體錯位、感染、應力性骨折或早期骨關節炎）時價值不大。常規X 線片在評估透光線方面的能力有限，在檢測無菌性松動方面只有一般的敏感性和特異性［24］。多采集可變共振圖像組合（multiacquisition variable-resonance image combination，MAVRIC）的MRI 序列已被證明可以大幅減少金屬植入物附近的敏感性偽影，通過減少通平面錯配，它可以識別早期和微妙的變化，如骨溶解和骨髓水腫。Laura 等［25］對有癥狀的UKA 術后患者進行MRI 檢查，絕大多數癥狀性UKA 患者MRI 表現為股骨和脛骨交界面處的骨髓水腫和纖維膜，影像學表現和癥狀有很高的一致性。因此，MRI 加上MAVRIC 序列可作為評估癥狀性UKA 和量化骨成分界面的補充工具，該技術對UKA 術后骨假體界面分析具有良好的再現性。在骨-假體界面附近，MRI 加上MAVRIC 可能是一個有價值的檢測手段，這種MRI 方案可能有助于發現UKA 假體周圍的變化，可以更深入地了解UKA 術后疼痛的病因，便于及時發現假體松動等情況，特別是在放射學檢查結果不顯著的情況下。

3 CT

CT 可以生成非常詳細的橫切面解剖圖像，在關節炎的成像中特別有價值，因為這些圖像比傳統X 線片提供更好的細節。此外，預先CT 模板在預測關節假體尺寸方面比2D 模板更精確，結果更好［26］。這些圖像還可以轉換為三維效果圖，然后可以進行虛擬操作，這是簡單的X 光片無法做到的。此外，CT 掃描產生的橫斷面成像在骨科手術中是一個至關重要的工具，術前3D 成像已被證明可以改善假體的定位和放置［27］。CT 掃描還可以提供區域骨密度的信息，這有助于優化植入物的計劃位置，使骨質量達到最佳。

有研究報道了X 線平片在骨贅檢測、髕股關節炎改變方面的不一致性［28］。由于圖像的2D 性質，關節病理特征可能被隱藏，而CT 掃描可以助克服這些限制。此外，關節成形術是一種外科手術，需要在3D 平面上進行規劃和執行，使得術前X 線片的規劃不太理想。隨著外科醫師逐漸認識到多平面假體定位的重要性，三維規劃的價值變得更加可取。

Segal 等［29］比較了3D 站立CT 和固定屈曲X 線攝影在檢測內側和外側邊緣骨贅和軟骨下囊腫方面的診斷性能，在20 例患者中，CT 發現了12 個軟骨下囊腫，其中11 個（92%）僅通過X線片未發現；該研究還發現，CT 在檢測骨贅方面比X 線檢查更敏感和準確。這些數據顯示了CT 在改善患者管理和決策方面的潛在優勢。僅X 線平片對疾病的低估可能導致適合手術的患者接受相對無效的非手術治療。Brandt 等［30］對92 例膝關節患者進行了前瞻性分析，該小組通過關節鏡和放射學評估對每個膝關節進行評估，以更好地根據Kellgren 和Lawrence （KL）分級標準對患者的慢性膝關節疼痛進行分類，他們發現，在17 例根據分級標準確定膝關節“正常”的患者中，X 線片上未見明顯關節間隙狹窄，但是7 例患者（41%）實際上在關節鏡檢查中發現了晚期髕股或脛股關節炎變化，作者得出結論，X 光片是評估早期OA 患者和開發更好的替代方法的高度不敏感的工具。

機械臂輔助人工全膝關節置換術（robotic arm-assisted total knee arthroplasty，RATKA）是為了提高人工TKA 的安全性和效率，提高假體置換術的準確性和精度而開發的。RATKA 利用基于CT 的3D 規劃，對每個患者進行個性化設計?；颊咝g前接受下肢CT 掃描，然后在機器人軟件中注冊，該軟件創建了肢體和關節的虛擬3D 渲染。根據患者獨特的骨骼和軟組織解剖結構，外科醫師可以在術前和術中對該渲染圖以及植入物定位進行虛擬操作和優化。據報道，將術前CT 掃描與這種先進的手術技術相結合的能力有幾個優點，包括更高的準確性和精度，更好的軟組織保護和減少組織創傷，并改善患者的短期預后［31］。

利用CT 的MAKO 機器臂系統可以幫助解決與UKA 失敗相關的技術錯誤，包括內外翻、力線偏移、假體尺寸不當、假體位置不良和間隙不平衡等［32-33］。Lonner 等［34］對31 例接受CT 規劃及機械臂輔助UKA 的患者與27 例接受手動UKA 的患者進行了放射學比較，研究組發現，手動組脛骨斜度的誤差更大，脛骨假體尺寸的誤差更大，冠狀面角度的誤差也更大。Bell 等［35］也發現利用CT 的機器人輔助UKA 具有更高的組件定位精度。

UKA 術中假體的尺寸非常重要，過大的假體會導致撞擊和疼痛，而過小的假體會導致屈曲不穩定。Marchand 等［36］評估了基于CT 的術前規劃軟件通過比較術前預測的尺寸與實際植入的尺寸來準確預測UKA 組件尺寸的能力，該小組對335 例患者進行了RATKA，發現97%的患者中，股骨假體大小可以在一個尺寸內預測。在一項多中心研究中，比較了151 例患者術前預測的植入物尺寸和實際植入物尺寸，研究發現，100%的股骨假體和98% 的脛骨假體尺寸與預測值相差不超過1 個型號?；谏鲜鼋Y果，基于CT 的計劃可以準確預測術前組件尺寸。這種預測能力在臨床結果、質量控制和庫存管理方面具有重大優勢。

CT 也可用于UKA 術后評價。Christian 等［37］開發了一種基于金屬偽影減少CT 掃描的測量技術，并證明其可以準確測量臨床條件下植入的脛骨UKA 假體下骨水泥穿透深度。傳統的平面X 線片被認為不足以可靠地測量骨水泥厚度，因為金屬植入物掩蓋了骨水泥的某些部分。此外，X 線片將復雜的3D 結構簡化為簡化的2D 投影，僅提供有限的再現性［38］。因此，許多作者使用CT 掃描來評估全髖關節［39］和全TKA 后［40］周圍的骨水泥。金屬偽影減少算法可以顯著提高大型金屬植入物的CT 圖像質量，但植入小型金屬植入物的患者圖像質量明顯較差，Liu 等［39］證明，這種基于CT 的無創骨水泥穿透深度測量技術在脛骨UKA 骨水泥穿透深度測量中同樣具有可靠的結果，因此，它使臨床醫生和研究人員能夠評估水泥滲透，用于臨床環境中的體內診斷，以及體外生物力學研究，以及隨后對植入物-水泥-骨-界面失效的負荷應用。

4 總結

膝關節UKA 是治療單間室KOA 的有效手段，具有創傷小、恢復快的優點。X 線、CT 和MRI 等影像學檢查在UKA 術前患者選擇、手術規劃、術后評價中具有重要作用。X 線是UKA 術前術后檢查的常規手段，除了正側位片，還可以選用應力位片和Rosenberg 視圖等特殊攝片。X 線在評估膝關節力線和軟骨磨損等方面具有重要作用。MRI 可以直觀顯示膝關節韌帶和軟骨的情況，有助于更好地做出臨床決策。CT 可以從3D 角度顯示膝關節的結構，并可以用于手術機器人導航規劃。隨著MAR 的發展，MRI 和CT 在UKA 術后的應用也越來越多，可以評價骨水泥的滲透情況，便于早期發現假體松動等問題。這些影像學技術的進步，可以更好地輔助醫師進行UKA 手術，提高患者滿意度。