【綜述】膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎影像學(xué)診斷與步態(tài)評估進(jìn)展

【綜述】膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎影像學(xué)診斷與步態(tài)評估進(jìn)展摘要膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎（KOA）是中老年人群中最常見的慢性關(guān)節(jié)退行性疾病，可以引起膝關(guān)節(jié)疼痛，及關(guān)節(jié)活動功能障礙，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，其發(fā)病率逐年上升。本文主要介紹Ｘ線、CT、MRI、超聲等影像診斷方法以及步態(tài)分析方法在該疾病評估方面的進(jìn)展。通過文獻(xiàn)整理分析發(fā)現(xiàn)：常規(guī)X線是目前基本的和首選的輔助診斷方法，CT、MRI和超聲則在KOA輔助檢查方法中發(fā)揮著重要的作用，借助三維參數(shù)測量系統(tǒng)，步態(tài)分析技術(shù)將有望用于KOA患者快速輔助診斷和康復(fù)指導(dǎo)，甚至結(jié)合影像學(xué)，為患者制定個體化評估和治療措施。膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(KOA)是一種以膝關(guān)節(jié)軟骨變形和丟失、關(guān)節(jié)緣和軟骨下骨骨質(zhì)再生為特征的慢性關(guān)節(jié)炎疾病，是中老年人群中最常見的慢性關(guān)節(jié)退行性疾病；40歲以上人群中男性患病率達(dá)23.5%，女性患病率達(dá)32.8%，女性發(fā)病率高于男性，而且總發(fā)病率逐年增加。KOA可以引起膝關(guān)節(jié)疼痛，使關(guān)節(jié)活動受限和功能部分喪失。隨著老齡化時代的到來，而且患者對于生活質(zhì)量的要求越來越高，對該疾病及早發(fā)現(xiàn)并治療顯得越發(fā)重要。本文將對X線、CT、MRI、超聲傳統(tǒng)評估方法以及步態(tài)分析技術(shù)在臨床中的研究與應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的介紹。一、X線、CT常規(guī)X線攝影是KOA臨床診斷中最基本和首選的方法，同時也被用于了解病變進(jìn)展情況和療效評估。KOA的在X線下可表現(xiàn)為：(1)局部關(guān)節(jié)間隙狹窄；(2)軟骨下硬化；(3)骨質(zhì)增生形成骨贅；(4)關(guān)節(jié)面下囊腫；(5)關(guān)節(jié)內(nèi)游離體；(6)晚期可出現(xiàn)關(guān)節(jié)半脫位。早在1957年，Kellgren和Lawrence就提出骨關(guān)節(jié)炎(OA)的X線的診斷標(biāo)準(zhǔn)(K/L分級)，并得到普遍認(rèn)可，如今廣泛應(yīng)用于該病的診斷。該分類標(biāo)準(zhǔn)分為4級，其分級為：Ⅰ級是疑似OA，有輕度的關(guān)節(jié)邊緣骨質(zhì)增生；Ⅱ級是輕度OA，有明確的骨質(zhì)增生，但是關(guān)節(jié)間隙未變窄或者未明顯變窄；Ⅲ級是中度OA，有骨質(zhì)增生，關(guān)節(jié)間隙中度變窄；Ⅳ級是重度OA，關(guān)節(jié)間隙明顯變窄，并伴有軟骨下骨硬化。Schiphof等提出，由于影像學(xué)工作者采用K/L分級法描述圖像過程中會使用不同的詞匯描述，導(dǎo)致形成多個不同版本的“K/L分級”，甚至對同一個患者會有不同的K/L分級等級，未來需要在K/L分級法的描述用詞上達(dá)成共識，即形成單一有效可行的分級方法。Ahlbck等按膝關(guān)節(jié)X線片的表現(xiàn)將KOA依其嚴(yán)重程度分為5級：Ⅰ級為關(guān)節(jié)間隙變窄(50%關(guān)節(jié)軟骨磨損)；Ⅱ級為關(guān)節(jié)線消失；Ⅲ級為輕度骨磨損；Ⅳ級為中度骨磨損(磨損0．5～1CM)；Ⅴ級為嚴(yán)重骨磨損及存在關(guān)節(jié)半脫位。但是，有相關(guān)研究表明Ahlbck分期法觀察者間信度低，提示Ahlbck分期法不適用于術(shù)前評價，其可能原因在于對關(guān)節(jié)間隙的尺度把握上難以統(tǒng)一。上述這兩種方法在目前應(yīng)用中比較多，尤其是K/L分級法，除此之外，還有幾種比較流行的KOA分期方法。如Brandt等根據(jù)關(guān)節(jié)間隙狹窄程度以及關(guān)節(jié)鏡下軟骨退化情況把KOA嚴(yán)重程度分為五個等級。國際膝關(guān)節(jié)評分委員會主觀膝部評分表(IKDC評分)根據(jù)關(guān)節(jié)間隙的狹窄程度，把KOA嚴(yán)重程度分為4個等級。Jger等根據(jù)關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)有無退行性變，把KOA嚴(yán)重程度分為5個等級。以上分級法中，K/L分級法是目前使用最多的KOA分級方法，它的觀察者信度相對比較高，但是不同文章的觀察者間信度波動范圍比較廣(0.51～0.89)。相關(guān)系數(shù)波動范圍比較大的可能原因是受到設(shè)備條件、年齡，還有操作的影響。Ahlbck分期法強(qiáng)調(diào)骨磨損，對于早期的患者的適用性比較小。除了診斷和分期方法，不同拍攝手段也對KOA的診斷和評估有著重要的意義，例如，負(fù)重位X線片可以直接反映出膝關(guān)節(jié)內(nèi)部在負(fù)重狀態(tài)下的關(guān)節(jié)間隙狹窄的程度，消除了關(guān)節(jié)腫脹帶來的干擾，在KOA診斷和治療中有重要的意義。CT成像具有分辨率高，掃描快速的特點，是骨關(guān)節(jié)與軟組織疾病的一種常用輔助檢查方法。KOA在CT影像中可見關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨變化、骨贅、軟骨下囊腫和軟骨下骨硬化等；同時，CT影像還能夠分析骨密度和軟骨下骨硬化程度，可以了解KOA病理生理進(jìn)展，但在量化評價KOA病理生理進(jìn)展還需要一種良好的評價系統(tǒng)。有研究發(fā)現(xiàn)，站立位CT(SCT)在評價骨贅和軟骨下囊腫方面比X線更加敏感和精確，而且CT能夠?qū)線由于位置限制而產(chǎn)生的盲區(qū)進(jìn)行顯影。另外，CT成像技術(shù)可以輔助下肢扭轉(zhuǎn)角度測量，是客觀評價KOA患者膝關(guān)節(jié)活動度的一種有效方法。但是到目前為止，CT成像在KOA診斷的研究與應(yīng)用報道比較少，可能與其費(fèi)用較高，輻射量較大有關(guān)。二、MRIMRI對軟組織的分辨能力強(qiáng)，可以在臨床癥狀出現(xiàn)前顯示軟組織改變，如軟骨丟失、半月板變性、韌帶損傷等，從而能對早期KOA進(jìn)行診斷評估，其在KOA的診斷評價上的獨(dú)特作用已經(jīng)被廣泛認(rèn)識和接受。與X線成像相比，MRI能夠?qū)浌莵G失、骨髓腫脹以及關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)構(gòu)紊亂等病理特征進(jìn)行顯像；另外，MR能夠在患者出現(xiàn)臨床癥狀前根據(jù)顯像提早發(fā)現(xiàn)KOA。也有研究發(fā)現(xiàn)，KOA在MRI中表現(xiàn)出的軟骨損傷程度、骨贅、軟骨下硬化等特征與K/L分級及患者的疼痛癥狀有一定程度的相關(guān)性，如：用MRI分析KOA患者脛股內(nèi)側(cè)間室軟骨，隨著K/L分級等級的增高M(jìn)R顯像的軟骨損傷程度越來越嚴(yán)重。目前MRI已經(jīng)成為除常規(guī)X線以外的重要輔助檢查手段，能夠更深入的了解患者病情。目前MRI診斷KOA的關(guān)節(jié)軟骨缺損可依照Recht分級法進(jìn)行，國際修復(fù)委員會(ICRS)分級標(biāo)準(zhǔn)也是基于該分級法制定的。Recht分級法共五級：Ⅰ級－關(guān)節(jié)軟骨完整，但厚度減少，表面光滑；Ⅱ級－軟骨分層消失，出現(xiàn)局部低信號，軟骨表面仍光滑；Ⅲ級－軟骨表面輕度或中度不規(guī)則，關(guān)節(jié)軟骨有缺損，但小于正常厚度的一半；Ⅳ級－軟骨表面有重度缺損，關(guān)節(jié)軟骨缺損超過正常厚度的一半，但未完全剝脫；Ⅴ級－軟骨完全剝脫，嚴(yán)重缺損，軟骨下骨裸露，可有軟骨下骨質(zhì)信號改變。Recht分級法著重強(qiáng)調(diào)軟骨缺損情況，忽略了KOA其他病變組織，如骨贅、軟骨下囊腫、軟骨下骨髓水腫等。也有研究關(guān)于KOA在內(nèi)鏡Noyes分級法的基礎(chǔ)提出了新的MRI分級法———Park分級法，具有不錯的觀察者間信度(0.914～0.938)和組內(nèi)信度(0.829～0.840)。該分級法把KOA在MR上分為5個等級：0級－沒有發(fā)現(xiàn)軟骨損傷或者極少量骨贅(＜5mm)；Ⅰ級－NoyesⅠ級軟骨損傷伴至少一項(骨贅＞5mm，BME＞10mm，軟骨下囊腫＞10mm)；Ⅱ級－NoyesⅡ級至少伴一項(骨贅＞5mm，BME＞10mm，軟骨下囊腫＞10mm)；Ⅲ級－NoyesⅢ級軟骨損傷至少伴一項(骨贅＞5mm，BME＞10mm，軟骨下囊腫＞10mm)；Ⅳ級－NoyesⅢ軟骨損傷伴半月板三度裂傷。Park分級法根據(jù)KOA的病變組織特點進(jìn)行分級，能夠較為有效準(zhǔn)確的診斷KOA，但是Park分級法是最近提出的分級系統(tǒng)，其可行性和有效性需要時間檢驗。此外，也有其他對KOA的分類方法的研究，但涉及評分項目較多，流程復(fù)雜且耗費(fèi)時間。三、超聲超聲用于探測肌肉骨骼異常歷史已久，經(jīng)過多年的發(fā)展，尤其是近年來高頻超聲的逐步應(yīng)用，超聲檢測已經(jīng)能夠觀察軟骨表面結(jié)構(gòu)，厚度和軟骨下骨的病變、性質(zhì)和范圍，使其在KOA評估具有很高的價值。早在20世紀(jì)80年代，已經(jīng)有學(xué)者通過超聲探查測量人體關(guān)節(jié)軟骨的厚度并觀察KOA早期病變。有研究發(fā)現(xiàn)，超聲對軟骨變化較敏感，結(jié)果可信度高，對KOA早期軟骨退化的診斷具有重要的診斷價值。除了軟骨退行性病變程度之外，超聲在評價KOA滑膜炎等軟組織病變有著不錯的表現(xiàn)。有研究發(fā)現(xiàn)，超聲能夠量化評估KOA退行性病變，并與K/L分級一定程度上相關(guān)聯(lián)。近來已有學(xué)者根據(jù)KOA在超聲下的特點探究KOA新的分期標(biāo)準(zhǔn)。有研究根據(jù)Shahriaree標(biāo)準(zhǔn)對股骨關(guān)節(jié)面退行性變及其軟骨情況分期，總結(jié)出膝關(guān)節(jié)軟骨不同分期退行性病變的聲像學(xué)表現(xiàn)，并進(jìn)行分期，Ⅰ期：退變通常改變很不明顯；Ⅱ期：退變軟骨表面毛糙，病變區(qū)回聲增高，軟骨輕度變薄或局部隆起；Ⅲ期：退變軟骨局部明顯變薄；Ⅳ期：退變軟骨層完全缺失，軟骨下骨暴露。但是，超聲所能觀察的界面較有限，難以全面反映關(guān)節(jié)內(nèi)的變化，而所獲圖像的質(zhì)量及對觀察結(jié)果的判斷比較依賴于操作人員的操作技術(shù)和臨床經(jīng)驗，并且目前尚未有成熟的量化評價標(biāo)準(zhǔn)，因此將超聲探測作為KOA獨(dú)立的診斷手法在目前條件下并不現(xiàn)實，但超聲探測作為一種簡單快速的檢查方法，可以作為KOA臨床輔助評估。此外，由于該檢查的無創(chuàng)性，而且對患者不會產(chǎn)生輻射傷害，該方法尤其適合對KOA患者進(jìn)行長期的隨訪跟蹤，在評估病情發(fā)展以及治療效果方面有較大的發(fā)展前景。四、步態(tài)分析步態(tài)分析(GA)是研究步行特點的方法，研究者通過采用相關(guān)儀器和設(shè)備檢測來揭示步態(tài)異常的原因及影響因素，從生物力學(xué)和運(yùn)動學(xué)層面上輔助醫(yī)師進(jìn)行疾病診斷、治療和康復(fù)評估。三維運(yùn)動參數(shù)測量系統(tǒng)是現(xiàn)代GA的主流研究趨勢，包括運(yùn)動學(xué)分析，動力學(xué)分析以及步行過程中各肌肉肌電活動等。KOA除了會有疼痛、關(guān)節(jié)功能障礙及影像學(xué)上的改變之外，還會引起步態(tài)異常。通過對KOA患者膝關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析，結(jié)合影像學(xué)情況和患者癥狀，可以較全面把握KOA病情發(fā)展情況以及指導(dǎo)治療方案的選擇，目前步態(tài)分析已經(jīng)成為了KOA臨床研究中的一項新熱點。（一）運(yùn)動學(xué)研究

運(yùn)動學(xué)分析主要研究肢體行走過程中相關(guān)運(yùn)動參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。通過三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)可以獲得相關(guān)運(yùn)動學(xué)參數(shù)，包括：步幅、步速、步頻、步寬、步長、足偏角、步行周期等變化規(guī)律。目前已經(jīng)有許多學(xué)者應(yīng)用該系統(tǒng)研究了不同嚴(yán)重程度KOA患者的運(yùn)動學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，KOA患者步態(tài)的基本特點是“逃避疼痛步態(tài)”，即步速、步長、患肢單支撐相、步頻的降低。Tanaka等研究發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)KOA患者步行時軀干擺動向一側(cè)傾斜，使膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)的應(yīng)力提高，加重內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)磨損。Onley，Mattsson等發(fā)現(xiàn)KOA步速進(jìn)行性減慢。近來有學(xué)者研究內(nèi)側(cè)間室KOA和外側(cè)間室KOA步態(tài)特點的異同，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)間室KOA膝內(nèi)翻角度增加，外側(cè)間室KOA膝外翻角度增加，但是兩種類型的KOA患者都會出現(xiàn)髕骨傾斜和紊亂的特點。三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)以其構(gòu)造簡單、獲取數(shù)據(jù)方便等優(yōu)勢在KOA基礎(chǔ)與臨床研究中發(fā)揮越來越廣泛的作用，同時在許多評價康復(fù)治療或者藥物療效的研究中有著較廣泛應(yīng)用，如指導(dǎo)患者加強(qiáng)股四頭肌的鍛煉既可以有效緩解疼痛和改善步態(tài)參數(shù)又可以對患者術(shù)后效果進(jìn)行評估，同時還可以研究KOA進(jìn)展因素來制定策略延緩KOA進(jìn)展。偶有關(guān)于應(yīng)用三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)量化診斷和評估KOA的報道。有學(xué)者采用三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)量化評價KOA進(jìn)展因素，并發(fā)現(xiàn)在內(nèi)側(cè)間室KOA患者中膝負(fù)重軸隨著KOA病情的進(jìn)展而向內(nèi)側(cè)移動。然而，目前該類系統(tǒng)在實際操作中仍需要克服不少問題，其中最關(guān)鍵的就是誤差問題。有研究發(fā)現(xiàn)，紅外運(yùn)動捕捉系統(tǒng)由于受皮膚變形的影響，在旋轉(zhuǎn)角度以及位移量的三維測量上存在一定的誤差。有研究者使用多點標(biāo)記技術(shù)或者X線/CT/MRI等輔助配準(zhǔn)等方法減少操作過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差，獲得較理想的效果，對三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)在KOA相關(guān)研究中深入應(yīng)用有較大的參考價值。也有研究發(fā)現(xiàn)，相對于讓患者在正常步速下測量參數(shù)，應(yīng)用三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)讓患者在快速步態(tài)下測量的參數(shù)相對可靠，其中的測得最可靠的參數(shù)是步長。（二）動力學(xué)研究動力學(xué)(kinetics)分析是對步行時作用力、反作用力強(qiáng)度、方向及時間等因素的研究。步行相關(guān)動力學(xué)特征包括地面反作用力(GRF)，剪力(shearforce)，力矩(torque)等。其中，力矩是力與關(guān)節(jié)活動范圍的乘積，是動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)的結(jié)合點，受肌肉力量、關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和運(yùn)動方向的影響。KOA患者的膝關(guān)節(jié)的應(yīng)力和力矩均會出現(xiàn)異常改變。有研究發(fā)現(xiàn)，正常的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力均勻分布，正常步行時GRF呈雙峰型；KOA患者關(guān)節(jié)內(nèi)部應(yīng)力分布不均，高應(yīng)力點或者高應(yīng)力區(qū)的軟骨就可能發(fā)生裂紋、剝脫及潰瘍等一系列病變，從而導(dǎo)致下肢承重能力減低或者步行速度降低，在該狀態(tài)下，GRF雙峰曲線降低或者消失，前、后剪力表現(xiàn)為反向尖峰圖形，左、右剪力形態(tài)相似，且幅度較小。支撐中期膝內(nèi)翻力矩(KAM)是一個評價KOA患者嚴(yán)重程度的理想指標(biāo)，其不被步行速度所影響。有學(xué)者針對如何減小支撐中期膝內(nèi)翻力矩開展了一系列研究，如KAM增高可以加劇關(guān)節(jié)骨髓病變，如果降低KAM會延緩KOA病情的進(jìn)展。五、小結(jié)和展望X線仍是目前首選的輔助診斷方法，MR依靠其獨(dú)特優(yōu)勢有希望成為重要的影像學(xué)輔助診斷方法，超聲則