超声检查在儿童膝关节骨折诊断中的初步应用

徐刚 郭稳 程克斌 陈涛 周达飞 王丹丹 吕学敏

儿童膝关节骨折包括关节内骨折(如胫骨髁间嵴骨折、髌骨骨折和膝关节骨软骨骨折)和关节外骨折(如股骨远端骨折、胫骨近端骨折)。虽然儿童膝关节骨折发病率较低，但是如果不能得到及时正确的诊断和治疗，往往会导致严重的不良后果。膝关节结构复杂，且儿童膝关节周围有大量软骨存在，在儿童膝关节骨折的诊断中常用的影像学检查方法如X线、CT和MRI等各有其局限性。X线检查可发现其中绝大部分骨折，但是难以发现隐匿骨折、单纯软骨损伤和细小关节内骨折等；CT在显示隐匿骨折和关节内骨折方面优于MRI，但无法发现软骨损伤且射线剂量较大；MRI具有无辐射和敏感性高等优点，在显示骨挫伤、软骨损伤和软组织损伤等方面优于X线和CT，但检查时间较长，幼儿患者需使用镇静药，不便于反复检查，对设备和技术要求较高且价格昂贵。超声检查具有无辐射、可反复多次检查、可在床旁进行、可动态检查和价格低廉等优点，近年来在儿童创伤领域逐渐得到广泛应用，目前较多用于颅面骨折、长骨骨折、上肢关节损伤以及髋关节和踝关节的检查。关于超声在儿童膝关节骨折诊断中的应用，目前尚无专门的临床病例研究[1-4]。本研究对超声检查在儿童膝关节周围骨软骨损伤诊断中的应用价值进行了初步研究，以探索综合应用影像学检查手段提高儿童膝关节骨折的诊断准确率。

资料与方法

一、资料

1.一般临床资料：纳入2015年9月至2019年3月北京大学第四临床医学院北京积水潭医院小儿骨科收治的膝关节骨折患儿27例。其中男18例，女9例；平均年龄7岁4个月(9个月～13岁5个月)。

2.病例纳入与排除标准：(1)病例纳入标准：①年龄≤14周岁； ②单侧膝关节外伤，外伤史明确；③诊断为膝关节骨折，包括股骨远端骨折(干骺端骨折和骺损伤)、胫骨近端骨折(干骺端骨折和骺损伤)、髌骨骨折、胫骨髁间嵴骨折以及膝关节骨软骨骨折等。(2)病例排除标准：①双侧膝关节外伤；②患侧膝关节有既往异常。

3.仪器与设备：锐柯DR7500 X线机；Philips EPIQ5超声诊断仪，12-5MHz探头；Philips Ingenia 3.0T MRI扫描机，膝关节专用线圈。

二、方法

对所有患儿在伤后2周内行患侧膝关节X线和MRI检查以及双侧膝关节超声检查。将MRI结果作为诊断标准，将X线和超声检查结果分别与MRI结果进行比较，计算X线、超声以及二者联合应用的诊断准确率；总结儿童膝关节骨折的超声影像特点。

1.X线检查：摄膝关节标准正、侧位像。对怀疑为膝关节骨软骨骨折患儿加摄髌骨切线位像。

2.超声检查：对所有患儿均按照以下方法行双侧膝关节检查：(1)屈膝30°位。从膝关节内侧扫查股胫关节冠状面，截取股骨远端和胫骨近端骺软骨最接近且股骨远端和胫骨近端二次骨化中心均可见的层面。(2)膝关节伸直位。从膝关节前方扫查膝关节矢状面，沿正中线截取层面，观察股骨远端、髌骨和胫骨近端软骨。(3)膝关节屈曲90°位。探头置于前方，于髌骨上缘水平扫查并测量股骨远端髁间窝的软骨厚度。患儿可能因外伤无法屈膝至90°，根据患儿具体情况决定是否行此体位扫查。(4)膝关节动态扫查。观察股骨远端、胫骨近端和髌骨等骨性结构以及肌和肌腱、滑囊滑膜、内外侧副韧带、前后交叉韧带与半月板等软组织结构[5-8]。骨折的超声检查特异性表现为皮质骨连续性中断，此外还可有皮质骨表面不规则、皮质骨表面“台阶形成”、“双线征”和出现骨软骨骨折块等其他征象。对于撕脱骨折，超声可探及相应肌腱或韧带回缩变形及其末端的撕脱骨片[9-11]。

3.MRI检查：患者取仰卧位。膝关节自然伸直，行矢状位T1加权像(T1 weighted image，T1WI)，横断位、冠状位和矢状位脂肪抑制质子密度加权像(fat suppression proton density weighted image，FS-PDWI )以及矢状位3D T1加权快速场回波(3D T1 weighting fast field echo，3D T1 FFE)序列扫描。矢状位T1WI扫描参数：视场16.0 cm×16.0 cm，重复时间595 ms，回波时间20 ms，层厚3.0 mm，层间距1.0 mm，激励次数2次，矩阵384×306。矢状位FS-PDWI扫描参数：视场16.0 cm×16.0 cm，重复时间3 600 ms，回波时间40 ms，层厚3.0 mm，层间距1.0 mm，激励次数2次，矩阵268×209。冠状位FS-PDWI矩阵为292×230，横断位FS-PDWI矩阵为292×209，其余扫描参数与矢状位FS-PDWI扫描参数相同。矢状位3D T1 FFE扫描参数：视场15.0 cm×15.0 cm×10.4 cm，重复时间20 ms，回波时间4.4 ms，体素0.8 mm×0.8 mm×1.6 mm，矩阵188×188，层数130层，间隔0 mm，激励次数1次。MRI阅片标准：正常关节软骨在FS-PDWI序列和3D T1 FFE序列上表现为高信号，形态连续、完整；正常皮质骨在T1WI和FS-PDWI序列上表现为低信号，形态连续、完整；正常松质骨在T1WI上表现为高信号，在FS-PDWI序列上表现为低信号；关节软骨损伤表现为关节软骨的连续性中断或不完整，伴或不伴移位；骨折表现为骨皮质断裂、褶皱；骨软骨骨折表现为关节软骨与骨质连续性中断或不完整，伴或不伴移位；骨髓挫伤在T1WI表现为低信号，在FS-PDWI序列上为高信号。由2位具有10年以上肌骨MRI阅片经验的放射科医生共同阅片，当存在异议时通过协商达成一致。

结 果

患儿接受超声检查距受伤时间平均为3.7(0～13)d，接受MRI检查距受伤时间平均为7.8(0～13)d。

MRI诊断结果：关节内骨折14例，包括胫骨髁间嵴骨折8例、髌骨骨折4例和膝关节骨软骨骨折2例；关节外骨折13例，包括股骨远端骺损伤6例、胫骨近端骺损伤6例和股骨远端骺损伤合并胫骨近端骨折1例。见表1。

表1 27例膝关节骨折患儿MRI、X线和超声诊断结果(例)

X线检查结果:漏诊1例膝关节骨软骨骨折，其余26例与MRI结果相符。见表1。

超声检查结果：8例胫骨髁间嵴骨折病例中，4例超声未见到骨折征象，1例误诊为胫骨近端骨折，3例观察到前交叉韧带结构不清伴髁间嵴撕脱骨折骨片(图1，2)。在6例股骨远端骺损伤和1例股骨远端骺损伤合并胫骨近端骨折病例均发现骨皮质连续性中断征象；6例胫骨近端骺损伤病例中，5例发现骨皮质连续性中断或骨皮质局部隆起，1例未见骨折征象。在4例髌骨骨折病例均观察到髌骨骨皮质连续性中断征象，其中1例合并髌腱增厚。在2例膝关节骨软骨骨折病例中均见关节内大量积液(血)，其中1例未发现骨折征象。超声检查对7例病例未能获得正确诊断，其中6例为关节内骨折，包括5例胫骨髁间嵴骨折(5/8)和1例膝关节骨软骨骨折(1/2)，另外1例为胫骨近端骺损伤。对关节内骨折和关节外骨折的诊断准确率分别为57%(8/14)和92%(12/13)。14例关节内骨折均发现关节积液(血)，而在13例关节外骨折中仅1例股骨远端骺损伤有少许髌上囊积液，其余病例均未见积液(血)。见表1。

在本研究组27例病例中，X线诊断准确率为96%(26/27)，超声诊断准确率为74%(20/27)。1例X线检查漏诊病例(膝关节骨软骨骨折)行超声检查发现骨软骨骨折块，超声和X线联合诊断准确率为100%。

图1 患儿男，7岁6个月。右胫骨髁间嵴骨折 A 膝关节侧位X线示胫骨髁间嵴骨折(箭头所示) B MRI矢状位脂肪抑制质子加权像示胫骨髁间嵴撕脱骨折(白箭头所示)及软骨断裂(空心箭头所示) C 右膝关节超声矢状位扫查示前交叉韧带结构不清，远端可见骨片强回声(箭头所示) D 左膝关节超声矢状位扫查示正常前交叉韧带(箭头所示) 图2 患儿，女，6岁5个月。左胫骨髁间嵴骨折 A 膝关节侧位X线示胫骨髁间嵴骨折(箭头所示) B MRI矢状位脂肪抑制质子加权像示胫骨髁间嵴撕脱骨折(箭头所示)及软骨断裂 C 左膝关节超声矢状位扫查示胫骨二次骨化中心遮挡(箭头所示)，未能发现胫骨髁间嵴骨折

讨 论

儿童骨折常见。在整个儿童和青少年期间(0～16岁)，男孩和女孩发生骨折的概率分别为42%和27%[12]。X线检查是对儿童创伤病例首选的最常用的影像学检查手段。但是，X线无法显示软骨，而且二次骨化中心的形态在发育期间呈现进行性变化并存在大量变异，因此容易发生漏诊和误诊。此外，X线亦无法直接显示重要软组织结构的损伤。CT在显示隐匿骨折方面优于MRI，常用于关节内骨折和解剖形态复杂部位骨折的检查，但同样无法显示软骨损伤且X线剂量较大。MRI可清晰显示各种组织结构，在显示骨挫伤、软骨损伤和软组织损伤等方面优于X线和CT，但检查时间较长，幼儿接受检查时需使用镇静药，不便于反复检查，对设备和技术要求较高且价格昂贵。

与其他影像学检查方法相比，超声检查具有无创、无射线、患儿无需镇静、可反复多次检查、可在床旁进行、可动态检查、可双侧对比和价格低廉等优点。此外，儿童的软组织较薄，无论是长骨还是中轴骨均含有大量软骨成分，超声检查对肌肉、肌腱、韧带、关节囊以及软骨等组织结构均有良好的分辨率，可作为其他影像学检查方式的有益补充，在某些疾病中甚至可替代其他影像学检查方法成为首选。近年来，超声检查在儿童骨科已得到广泛应用，多用于髋关节疼痛性疾患(如髋关节一过性滑膜炎、髋关节化脓性关节炎和股骨头骨骺骨软骨病)、发育性髋关节发育不良、骨软骨病、创伤性关节炎和幼年型类风湿关节炎等骨病以及颅面骨折、长骨骨折、上肢关节及髋和踝关节损伤等创伤的检查与诊断。Herren等[13]的研究结果显示，对儿童骨科最常见的前臂远端骨折，超声与标准的腕关节正侧位X线相比，其敏感性和特异性均为99.5%。而对于儿童肘关节骨折，Rabiner等[14]的研究结果显示超声与标准X线相比敏感性为98%，特异性仅为70%。

儿童膝关节骨折少见。儿童下肢生长潜力的绝大部分位于膝关节周围。膝关节骨折如果不能得到及时正确的诊断和治疗，往往会导致严重的不良后果。利用X线检查可以准确诊断膝关节关节外骨折和髌骨骨折，但是对胫骨髁间嵴骨折和膝关节骨软骨骨折等关节内骨折则容易漏诊或低估伤情[15]。近年来一些学者对超声检查在儿童和青少年膝关节损伤的诊断应用进行了研究，内容主要集中在肌肉损伤、肌腱损伤(如髌腱腱围炎)、韧带(前后交叉韧带和内外侧副韧带)损伤、半月板损伤和滑囊滑膜损伤等疾患，而关于超声在儿童膝关节骨折诊断中的应用，目前尚无专门的临床病例研究[16-18]。

Hübner等[19]对163例儿童的224处怀疑存在骨折部位进行了超声检查，并将结果与X线检查进行了比较。全部病例按照损伤部位被分为桡骨、尺骨、胫骨、肱骨、股骨和其他共6组，其他组包括手、足、肘关节和膝关节。结果显示超声检查的诊断准确率在四肢长骨各组为84.2%～94.4%，而在其他组仅为67.8%。因此该研究者认为超声检查对儿童四肢长骨骨折的诊断可靠，对复合伤、关节周围骨折、手足骨折、无移位Salter-HarrisⅠ型骨折以及骨折线<1 mm的骨折的诊断欠可靠。本研究纳入了27例儿童膝关节骨折，包括14例关节内骨折和13例关节外骨折，超声诊断的准确率为74%，与Hübner 等的研究结果相符。超声检查未能获得正确诊断的病例主要为关节内骨折，其超声诊断的准确率(57%)显著低于关节外骨折(92%)，且漏诊的关节内骨折病例主要为胫骨髁间嵴骨折。Cho等[20]对25例儿童隐匿骨折病例进行了总结，对所有患儿均在伤后2周内行超声检查。25例中7例(年龄0.4～14岁)为膝关节骨折，包括2例股骨远端骨折、2例髌骨骨折、1例胫骨外侧平台骨折和2例胫骨近端骨折。7例膝关节骨折中6例超声检查可见皮质骨连续性中断，1例为皮质骨连续性可疑中断。本研究结果与Cho等的研究结果相同，均提示通过超声检查可以直接观察到股骨远端、胫骨近端及髌骨皮质骨连续性中断的征象。超声检查对股骨远端骨折、胫骨近端骨折及髌骨骨折诊断的准确率较高，对胫骨髁间嵴骨折和膝关节骨软骨骨折的诊断准确率较低。胫骨髁间嵴骨折和膝关节骨软骨骨折均为关节内骨折，胫骨髁间嵴位于关节面中央，而骨软骨骨折块则可位于关节内任何位置。膝关节各骨性结构的形态轮廓对声波的遮挡导致超声检查观察关节面和关节间隙的声窗狭小，无法对膝关节内部进行完整扫查，这可能是超声检查对膝关节内骨折不易获得正确诊断的主要原因。对于移位较大的胫骨髁间嵴骨折，超声检查可以通过观察前交叉韧带的断裂回缩与末端撕脱骨片做出撕脱骨折的诊断。该类型骨折的超声图像特点有待进一步研究。此外，熟练掌握儿童肌肉骨骼系统的超声检查方法需要反复多次的实践。

本研究中X线检查漏诊1例，利用超声检查该病例发现了骨软骨骨折块，因此超声和X线联合诊断的准确率为100%。Windschall等[21]对435例1～18岁健康儿童和青少年的双侧膝关节进行了超声测量，发现4岁以上儿童和青少年中64%以上存在髌上隐窝积液。虽然关节积液(血)并非关节内骨折的特异性表现，但是本研究组有14例关节内骨折超声检查见关节积液(血)，而13例关节外骨折中仅1例股骨远端骺损伤有少许髌上囊积液。关节积液(血)应被视为膝关节内骨折重要的间接征象。当X线和超声检查均未发现骨折而超声提示有关节积液(血)时，应进一步行CT或MRI检查，以避免漏诊。

本研究存在不足之处：病例数较少；患儿年龄和病种分散；未设对照组，无法对数据进行统计学分析。相信未来随着病例数量和经验的增加，对超声检查在儿童膝关节骨折诊断的应用价值将会有更为准确客观的评价。

综上所述，超声检查可准确诊断儿童股骨远端骨折、胫骨近端骨折和髌骨骨折，但是对于胫骨髁间嵴骨折和膝关节骨软骨骨折等关节内骨折的诊断准确率较低；超声检查可作为X线检查的有益补充，提高对儿童膝关节骨折诊断的准确率；当X线和超声检查均未发现骨折而超声提示存在关节积液(血)时，应进一步行CT或MRI检查，以免漏诊儿童膝关节内骨折。