影像学检查技术在膝关节疾病诊断与评价中的应用

曹欣地 孙恺昕 顾 非 庄月琴 刘鲲鹏 王 成 张 俊

1.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院推拿科，上海 200437；2.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院医学影像科，上海 200437

膝关节是人体最大且构造最复杂，损伤机会亦较多的关节，其发生病变不仅可以产生疼痛、僵硬等不适，而且易影响膝关节功能进而降低患者生活质量。因此，提高膝关节疾病的诊断及治疗水平是重要的，而影像学检查对于膝关节疾病的诊断、疗效评估地位重要，本文将综述影像技术发展对膝关节疾病诊断与评估的影响。

1 X线片

X线片是膝关节疾病常用检查手段，主要包括膝关节负重正侧位、髌骨轴位、下肢全长片。常见的膝骨关节炎（KOA），其影像学表现为关节间隙狭窄、软骨下骨硬化和骨赘形成等。众多权威指南[1-3]将影像学变化程度作为KOA诊断标准的重要组成部分。通常采用Kellgren-Lawre分级来评价。

1.1 负重正侧位片

由于非负重片易导致关节间隙表现为正常或轻度变窄，影响评估患者病情。而负重位片可直接还原出日常状态下膝关节内的应力状态，消除了关节肿胀带来的影响，可直接观察关节畸形相应关节间室的间隙狭窄程度，故临床上主要使用负重正侧位片。但是从下肢全长片拍摄所得经验来看，髌骨的相对位置易受患者下肢畸形、双脚摆放位置的影响，即内翻时髌骨靠近内侧，外翻时靠近外侧。因此，正侧位片不一定能真实反映患者髌骨的正确位置。

1.2 髌骨轴位片

髌骨轴位片是评估髌股关节炎最简单实用的方法[4]。由于下楼时髌股关节承受2倍体重的压力，所以髌股软骨的退变必然引起膝关节的症状，特点是在上下楼、上下坡时膝关节出现疼痛，下楼下坡时痛甚，平地时可无疼痛。髌股关节炎是KOA早期症状，因此，患者在出现以上症状时应当引起重视，积极进行检查与治疗。此外，髌骨骨折、髌骨（半）脱位常采用膝关节正侧位和髌骨轴位片综合诊断。

1.3 下肢全长片

随着认识的加深，认为髋膝踝相互影响，膝关节与下肢力线相互影响，膝关节疾病会引起下肢力线的改变，下肢力线的改变会引起膝关节应力分布不均，进而加速病情进展。比如在KOA末期需要关节置换以纠正下肢力线改善患者生活质量。

传统测量下肢力线的方法是分别以髋、膝、踝为中心拍摄3张正位片，手工拼接后再手工测量，这曾是较为常用的方法，有一定的可靠性[5]和局限性[6]，除了需多次曝光外，易受呼吸运动、体位变化等的影响导致影像失真。由于手工测量，其精度存在误差且可重复性较差。随着技术的发展，下肢全长片摄影从传统的模拟数据照片逐渐向数字化影像转变，如AGFA全下肢摄影技术，可通过一次曝光成像技术采用数字化成像，避免给患者带来更多的电离辐射，尽可能保证影像的真实性，安全可靠。并且利用配套软件可在电脑端进行力线和各角度的测量，具有较好的精确性和可重复性[7]。由于下肢力线对线不良与KOA的进展密切相关，且负重位下下肢全长片是目前测量下肢力线的金标准[8]，因此采用下肢全长片来评估患者的力线，以指导治疗方案的选择为保守治疗、保膝治疗或置换治疗。同时，在膝关节手术（如胫骨高位截骨术和全膝关节置换术等）术前可指导术中截骨与假体安放[9-10]，术后则可根据下肢全长片评估矫正后的力线，判断预后[11]。

尽管X线片可以诊断、评估部分膝关节疾病，但也存在局限性，主要是不能显影软组织及软骨组织；部分X线表现迟于临床症状发生；同样X线征象可由不同的病理变化造成；影像易重叠，图像分辨率不高[12]。在KOA早期仅有软骨退行性改变时，X线片可无异常表现。随着病情进展，X线片下显示软骨下骨硬化、关节面下囊性变和骨赘形成，但均已为中晚期。因此X线检查对KOA早期缺乏诊断价值。对于症状复杂或X线呈阴性的病例仍需要行MRI或CT三维重建以进一步检查诊断[13]。

2 CT

CT的密度分辨力比X线高，其图像均匀能清楚显示各骨结构，避免了解剖结构的重叠。但对于软组织的显像差，且射线量较大，故临床不常用作膝关节疾病的诊断与评估。但随着多层螺旋CT的广泛应用，其密度分辨力提高，可对膝关节薄层原始图像进行冠状及矢状面三维重建，并借助其他技术在全膝关节置换术中发挥了巨大作用。如在术前可根据CT采集的数据借助软件[14]等对下肢力线进行任意角度、方向的观察，可有效减少人为因素的干扰、手术误差，提高手术精度[15]。

3 MRI

尽管膝关节软骨的损伤诊断仍以关节镜检查为金标准，但众多研究[16-18]表明，MRI关于软骨损伤诊断与关节镜的诊断符合度较高。王义刚等[16]以关节镜或手术诊断结果为标准来评价MRI对不同分级膝关节软骨损伤的诊断效能，表明常规T2WI序列诊断的敏感度为98.9%、特异度为89.6%、准确度为95.7%，对Ⅰ～Ⅳ级软骨损伤的阳性预测值分别为80.1%、84.4%、94.6%、98.0%；STIR序列诊断的敏感度为98.2%、特异度为92.7%、准确度为96.3%，对Ⅰ～Ⅳ级软骨损伤的阳性预测值分别为87.8%、88.2%、96.2%、98.0%。故MRI是评价关节软骨病变最敏感、最特异、非侵入性的检查方法之一。它可以在早期，甚至在出现临床症状之前检查出软骨改变。

MRI设备有不同磁场强度之分，均可对KOA做出诊断[18-19]，但又有差异。一般来说，3.0T磁共振的信噪比比较好，图像空间分辨率也更高一些，扫描时间可更短。但它也有明显的缺点，譬如运动伪影、化学位移伪影更明显。1.5T磁共振除了能做很多常规的磁共振检查外，它的射频脉冲发出的噪声低，即患者在检查孔内床上受到的干扰声音小；因为磁场低，人体吸收的热量少，运动伪影和化学位移伪影小。所以3.0T超导MRI与传统低磁场检查膝关节病相比，能提供更高的信噪比，更高的组织分辨率，薄层图像，再配置独特的膝关节专用线圈，使图像显示更佳，检查时间缩短，诊断率更高，为诊断KOA与评估损伤程度提供影像依据。

KOA软骨病变包括轮廓改变和信号改变。轮廓改变表现为软骨表面毛糙征、软骨局限性变薄、软骨线中断等；信号改变指病变区软骨信号增高或降低，常与正常软骨分界模糊。信号改变主要反映软骨结构和含水量的变化，是关节透明软骨的早期改变之一。但MRI常规序列对软骨下骨病变，特别是骨性结构的病变不甚清晰。目前临床上对KOA和软骨损伤的诊断和评估仍需负重位X线和MRI相结合。

许多MR序列可用来评价软骨的形态改变。如3D-SPACE序列可有效提高膝关节半月板损伤中半月板损伤的诊断准确性，具有一定的临床诊断价值[20]。MRI不同软骨成像序列对早期软骨病变有诊断价值，有研究[21]将3D-Watsc、3D-Vista序列对比表明两者对软骨分级早期均有诊断价值，但后者更有优势。

MRI诸多序列根据关节滑液的信号强度大致可分为两大类：暗滑液序列和亮滑液序列。暗滑液序列中目前公认最好的软骨成像核磁序列之一的三维抑脂扰相梯度回波序列（3D-SPGR序列）。在该序列中，软骨是唯一显现为高信号的组织，与周围组织分界明显，提高了透明软骨和软骨下骨的对比度，使软骨显示更加清楚。Disler的两项研究[22-23]表明，脂肪抑制的3D-SPGR序列对诊断软骨缺损病变的敏感度为75%～93%，特异度为94%～97%。但缺点是其扫描时间长，扫描时间越长，出现运动伪影的概率就越大。

在亮滑液序列中，高信号的关节滑液与低至中等信号的关节软骨有较大的对比，可以产生类似关节造影的效果。其中三维稳态自由进动成像序列（3DSSFP序列）是一种可以获得高信噪比图像的快速成像序列。在本序列的MR图像中，关节软骨呈低至中等信号，与高信号的关节滑液产生关节造影样效果，从而有利于软骨细微病变的显示。研究[24]表明，该序列对膝关节软骨病变的诊断同样良好。在未使用脂肪抑制的情况下，本序列对膝关节软骨病变总的敏感度、特异度和准确度分别为76%～80%、94%、90%～92%。其不足之处是在采用长时间采集图像时，对磁场的不均匀性很敏感，易出现条带状伪影。有研究[25]将3DSSFP序列与3D-SPGR在诊断膝关节软骨病变方面做对比，表明两者具有同等价值。但3D-SSFP序列图像采集时间较短，更适合作为膝关节的MR扫描常规序列。

MR与膝关节相关的其他研究还有：在3.0T MRI中使用3D Space-DIR序列对膝关节滑膜炎时滑膜形态的显示更有优势[26]；GRE-T2对半月板撕裂的具有较高的价值[27]；对于膝关节隐匿性骨折采用MRI可比X线片、CT的诊断准确度高[28-29]。

4 超声检查

超声检查既往在骨科临床应用相对较少。随着超声技术及设备的发展及能够对人体肌肉、肌腱、韧带以及周围神经等软组织病变情况进行清晰显示的肌骨超声在临床上广泛的运用，关于超声对于膝关节疾病检测的临床价值正逐渐受到重视[30-31]。与其他影像学技术相比，超声具有设备相对便宜、移动性强、无特殊场地要求、检查时间短、费用相对低廉、无明显检查禁忌证、无需注射造影剂、无辐射损伤，同时可重复性高，可定期检查以观察治疗效果、病情变化等优点易于患者接受。研究[32]表明，与X线片相比，在KOA早期超声可以直接显示股骨滑车及股骨髁的软骨退变情况及严重程度。且高频超声对于膝关节以及周围软组织病变诊断的检测准确率略低于核磁共振与手术结果[33]。但有3例（总病例120例）患者病情未被检出。总之，超声可实时、多平面、多角度、动态观察膝关节情况，可为KOA相关变化提供可靠的评估。

5 关节造影

关节造影是在关节囊内注射空气或非离子型造影剂后再扫描。CT和MR关节造影在显示关节软骨改变上比X线平片、普通MRI敏感。除显示软骨外，关节造影对软组织的显示也具有优势。在膝关节中可用于评估交叉韧带损伤情况。常规MRI只能显示韧带撕裂区增粗、模糊，不能显示具体位置，对交叉韧带损伤的诊断有局限性，诊断部分性撕裂仍比较困难。而MR关节造影，可清楚地显示撕裂的位置、形态和大小。但因其创伤性穿刺，临床应用受到限制。

综上，X线片是膝关节疾病常用检查手段，常联合MRI，既能明确患者关节各组成相对位置、间隙、增生等情况，又可明确内在软组织磨损程度，以便明确治疗重点和指导健康宣教及进行治疗前后对比。下肢全长片是测量下肢力线和胫股角等角度的最佳选择，在膝关节手术时可为术前及术后进行指导、评估。CT可借助其三维重建功能为关节置换患者提供更精确的截骨角度、假体安放等。高频超声、肌骨超声等的运用，使超声正逐渐成为膝关节疾病临床诊断的常用技术。在需要长期动态随访时，可选择价廉重复性高的超声。

熟悉各影像学技术在膝关节疾病诊断与评价的优缺点，医师可结合实际选择更合适的检查，为临床需要提供依据，避免过度检查，为患者减轻经济负担等。