膝關(guān)節骨關(guān)節炎影像學(xué)診斷與步態(tài)評估進(jìn)展

　　膝關(guān)節骨關(guān)節炎(osteoarthritis of the knee，KOA )是一種以膝關(guān)節軟骨變形和丟失、關(guān)節緣和軟骨下骨骨質(zhì)再生為特征的慢性關(guān)節炎疾病，是中老年人群中最常見(jiàn)的慢性關(guān)節退行性疾??；40歲以上人群中男性患病率達23.5%，女性患病率達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)節疼痛，使關(guān)節活動(dòng)受限和功能部分喪失。隨著(zhù)老齡化時(shí)代的到來(lái)，而且患者對于生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對該疾病及早發(fā)現并治療顯得越發(fā)重要。本文將對X線(xiàn)、CT、MRI、超聲傳統評估方法以及步態(tài)分析技術(shù)在臨床中的研究與應用進(jìn)行相關(guān)的介紹。

　　一、X線(xiàn)、CT

　　常規X線(xiàn)攝影是KOA臨床診斷中最基本和首選的方法，同時(shí)也被用于了解病變進(jìn)展情況和療效評估。KOA的在X線(xiàn)下可表現為：(1)局部關(guān)節間隙狹窄；(2)軟骨下硬化；(3)骨質(zhì)增生形成骨贅；(4)關(guān)節面下囊腫；(5)關(guān)節內游離體；(6)晚期可出現關(guān)節半脫位。

　　早在1957年，骨關(guān)節炎(osteoarthritis，OA)的X線(xiàn)的診斷標準(Kellgren - Lawrence classification，K/L分級)，并得到普遍認可，如今廣泛應用于該病的診斷。該分類(lèi)標準分為4級，其分級為：Ⅰ級是疑似OA，有輕度的關(guān)節邊緣骨質(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)節間隙中度變窄；Ⅳ級是重度OA，關(guān)節間隙明顯變窄，并伴有軟骨下骨硬化。Sclnphof等提出，由于影像學(xué)工作者采用K/L分級法描述圖像過(guò)程中會(huì )使用不同的詞匯描述，導致形成多個(gè)不同版本的“K/L分級”，甚至對同一個(gè)患者會(huì )有不同的K/L分級等級，未來(lái)需要在K/L分級法的描述用詞上達成共識，即形成單一有效可行的分級方法。Ahlback等按膝關(guān)節X線(xiàn)片的表現將KOA依其嚴重程度分為5級：Ⅰ級為關(guān)節間隙變窄(50%關(guān)節軟骨磨損)；Ⅱ級為關(guān)節線(xiàn)消失；Ⅲ級為輕度骨磨損；Ⅳ級為中度骨磨損(磨損0.5 ~ lcm)；Ⅴ級為嚴重骨磨損及存在關(guān)節半脫位。但是，有相關(guān)研究表明Ahlback分期法觀(guān)察者間信度低，提示Ahlback分期法不適用于術(shù)前評價(jià)，其可能原因在于對關(guān)節間隙的尺度把握上難以統一。上述這對法在目前應用中比較多，尤其是K/L分級法，除此之外，還有幾種比較流行的K0A分期方法。如Bmndt等根據關(guān)節間隙狹窄程度以及關(guān)節鏡下軟骨退化情況把K0A程度分為五個(gè)等級。國際膝關(guān)節評分委員會(huì )主觀(guān)膝部評分表(International Knee Documentation Committee Score，IKDC評分)根據關(guān)節間隙的狹窄程度，把K0A嚴重程度分為4個(gè)等級。J?ger根據關(guān)節鏡下關(guān)節有無(wú)退行性變，把K0A嚴重程度分為5個(gè)等級。

　　以上分級法中，K/L分級法是目前使用最多的K0A分級方法，它的觀(guān)察者信度相對比較高，但是不同文觀(guān)察者間信度波動(dòng)范圍比較廣(0.51-0.89)。相關(guān)系波動(dòng)范圍比較大的可能原因是受到設備條件、年齡，還有操作的影響。Ahlb?ck分期法強調骨磨損，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K0A的診斷和評估有著(zhù)重要的意義，例如，負重位X線(xiàn)片可以直接反映出膝關(guān)節內部在負?狀態(tài)下的關(guān)隙狹窄的程度，消除了關(guān)節腫脹帶來(lái)的干在K0A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(diǎn)，是骨關(guān)節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(jiàn)關(guān)節內軟骨變化、骨贅、軟骨下囊腫和軟骨下骨硬化等；同時(shí)，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(jià)KOA病理生理進(jìn)展還需要一種良好的評價(jià)系統。有研究發(fā)現，站立位CT(standing CT,SCT)在評價(jià)骨贅和軟骨下囊腫方面比X線(xiàn)更加敏感和精確，而且CT能夠對X線(xiàn)由于位置限制而產(chǎn)生的盲區進(jìn)行顯影。另外，CT成像技術(shù)可以輔助下肢扭轉角度測量，是客觀(guān)評價(jià)KOA患者膝關(guān)節活動(dòng)度的一種有效方法。但是到目前為止，CT成像在KOA診斷的研究與應用報道比較少，可能與其費用較高，輻射量較大有關(guān)。

　　二、MRI

　　MRI對軟組織的分辨能力強，可以在臨床癥狀出現前顯示軟組織改變，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(jià)上的獨特作用已經(jīng)被廣泛認識和接受。與X線(xiàn)成像相比，MRI能夠對軟骨丟失、骨髓腫脹以及關(guān)節內結構紊亂等病理特征進(jìn)行顯像；另外，MR能夠在患者出現臨床癥狀前根據顯像提早發(fā)現KOA。也有研究發(fā)現，KOA在MRI中表現出的軟骨損傷程度、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患者脛股內側間室軟骨，隨著(zhù)KL分級等級的增高M(jìn)R顯像的軟骨損傷程度越來(lái)越嚴重。目前MRI已經(jīng)成為除常規X線(xiàn)以外的重要輔助檢查手段，能夠更深人的了解患者病情。

　　目前MRI診斷KOA的關(guān)節軟骨缺損可依照Reht分級法進(jìn)行，國際修復委員會(huì )(International Cartilage Repair Society, ICRS )分級標準也是基于該分級法制定的。Recht分級法共五級：Ⅰ級-關(guān)節軟骨完整，但厚度減少，表面光滑；Ⅱ級-軟骨分層消失，出現局部低信號，軟骨表面仍光滑；Ⅲ級-軟骨表面輕度或中度不規則，關(guān)節軟骨有缺損，但小于正常厚度的一半；Ⅳ級-軟骨表面有重度缺損，關(guān)節軟骨缺損超過(guò)度的一半，但未完全剝脫；Ⅴ級-軟骨完全剝脫，嚴重缺損，軟骨下骨裸露，可有軟骨下骨質(zhì)信號改變。Recht分級法著(zhù)重強調軟骨缺損情況，忽略了K0A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K0A在內鏡NoyeS分級法的基礎提出了新的MRI分級法——Park分級法，具有不錯的觀(guān)察者間信度(0.914 ~0.938)和組內信度( 0.829 ~ 0.840)。該分級法把 K0A在MR上分為5個(gè)等級：0級-沒(méi)有發(fā)現軟骨損傷或者極少量骨贅(＜5 mm)；Ⅰ級-NoyesⅠ級軟骨損傷伴至少一項(骨贅＞5 mm，BME＞10 mm，軟骨下囊腫＞10 mm)；Ⅱ級-NoyesⅡ級至少伴一項(骨贅＞5 mm, BME＞10 mm，軟骨下囊腫＞10 mm)；Ⅲ級-NoyesⅢ級軟骨損傷至少伴一項(骨贅＞5 mm,BME＞10 mm，軟骨下囊腫＞10 mm ) ；Ⅳ級-NoyesⅣ軟骨損傷伴半月板三度裂傷。Park分級法根據K0A的病變組織特點(diǎn)進(jìn)行分級，能夠較為有效準確的診斷K0A，但是Park分級法是最近提出的分級系統，其可行性和有效性需要時(shí)間檢驗。此外，也有其他對K0A的分類(lèi)方法的研究，但涉及評分項目較多，流程復雜且耗費時(shí)間。

　　三、超聲

　　超聲用于探測肌肉骨骼異常歷史已久，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，尤其是近年來(lái)高頻超聲的逐步應用，超聲檢測已經(jīng)能夠觀(guān)察軟骨表面結構，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(jià)值。早在20世紀80年代，已經(jīng)有學(xué)者通過(guò)超聲探查測量人體關(guān)節軟骨的厚度并觀(guān)察KOA早期病變。有研究發(fā)現，超聲對軟骨變化較敏感，j結果可信度高，對KOA早期軟骨退化的診斷具有重要的診斷價(jià)值。除了軟骨退行性病變程度之外，超聲在評價(jià)KOA滑膜炎等軟組織病變有著(zhù)不錯的表現。有研究發(fā)現，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(lái)已有學(xué)者根據KOA在超聲下的特點(diǎn)探究KOA新的分期標準。有研究根據Shahriaree標準對股骨關(guān)節面退行性變及其軟骨情況分期，總結出膝關(guān)節軟骨不同分期退行性病變的聲像學(xué)表現，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，病變區回聲增高，軟骨輕度變薄或局部??；Ⅲ期：退變軟骨局部明顯變??；Ⅳ期：退變軟骨層完全缺失，軟骨下骨暴露。

　　但是，超聲所能觀(guān)察的界面較有限，難以全面反映關(guān)節內的變化，而所獲圖像的質(zhì)量及對觀(guān)察結果的判斷比較依賴(lài)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(jià)標準，因此將超聲探測作為K0A獨立的診斷手法在目前條件下并不現實(shí)，但超聲探測作為一種簡(jiǎn)單快速的檢查方法，可以作為K0A臨床輔助評估。此外，由于該檢查的無(wú)創(chuàng )性，而且對患者不會(huì )產(chǎn)生輻射傷害，該方法尤其適合對K0A患者進(jìn)行長(cháng)期的隨訪(fǎng)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(gait analysis，GA)是研究步行特點(diǎn)法，研究者通過(guò)采用相關(guān)儀器和設備檢測來(lái)揭示步態(tài)異常的_及影響因素，從生物力學(xué)和運動(dòng)學(xué)層面上輔助醫師進(jìn)行疾病診斷、治療和康復評估。三維運動(dòng)參數測量系統是現代GA的主流研究趨勢，包括運動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析以及步行過(guò)程中各肌肉肌電活動(dòng)等。K0A除了會(huì )有疼痛、關(guān)節功能障礙及影像學(xué)上的改變之外，還會(huì )引起步態(tài)異常。通過(guò)對K0A患者膝關(guān)節運動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，結合影像學(xué)情況和患者癥狀，可以較全面把握K0A病情發(fā)展以及指導治療方案的選擇，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(diǎn)。

　　(一)運動(dòng)學(xué)研究

　　運動(dòng)學(xué)分析主要研究肢體行走過(guò)程中相關(guān)運動(dòng)參數隨時(shí)間的變化規律。通過(guò)三維運動(dòng)捕捉系統可以獲得相關(guān)運動(dòng)學(xué)參數，包括：步幅、步速、步頻、步寬、步長(cháng)、足偏角、步行周期等變化規律。目前已經(jīng)有許多學(xué)者應用該系統研究了不同嚴重程度K0A患者的運動(dòng)學(xué)特征。研究發(fā)現，K0A患者步態(tài)的基本特點(diǎn)是“逃避疼痛步態(tài)” (antalgic type of gait)，即步速、步長(cháng)、患肢單支撐相降低。Tanaka等研究發(fā)現，雙側K0A患者步行時(shí)軀干擺動(dòng)向一側傾斜，使膝關(guān)節內側關(guān)節的應力提高，加重內側關(guān)節磨損。Onley，Mattsson等發(fā)現K0A步速進(jìn)行性減慢。近來(lái)有學(xué)者研究?jì)葌乳g室K0A和外側間室K0A步態(tài)特點(diǎn)的異同，發(fā)現內側間室K0A膝內翻角度增加，外側間室K0A膝外翻角度增加，但是兩種類(lèi)型的K0A患者都會(huì )出現髕骨傾斜和紊亂的特點(diǎn)。

　　三維運動(dòng)捕捉系統以其構造簡(jiǎn)單、獲取數據方便等優(yōu)勢在K0A基礎與臨床研究中發(fā)揮越來(lái)越廣泛的作用，同時(shí)在許多評價(jià)康復治療或者藥物療效的研究中有著(zhù)較廣泛應用，如指導患者加強股四頭肌的鍛煉既可以有效緩解疼痛和改善步態(tài)參數，又可以對患者術(shù)后效果進(jìn)行評估，同時(shí)還可以研究K0A進(jìn)展因素來(lái)制定策略延緩K0A進(jìn)展。偶有關(guān)于應用三維運動(dòng)捕捉系統量化診斷和評估K0A的報道。有學(xué)者采用三維運動(dòng)捕捉系統量化評價(jià)K0A進(jìn)展因素，并發(fā)現在內側間室K0A患者中膝負重軸隨著(zhù)K0A病情的進(jìn)展而向內側移動(dòng)。

　　然而，目前該類(lèi)系統在實(shí)際操作中仍需要克服不少問(wèn)題，其中最關(guān)鍵的就是誤差問(wèn)題。有研究發(fā)現，紅外運動(dòng)捕捉系統由于受皮膚變形的影響，在旋轉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(diǎn)標記技術(shù)或者X線(xiàn)/CT/MRI等輔助配準等方法減少操作過(guò)程中系統產(chǎn)生的誤差，獲得較理想的效果，對三維運動(dòng)捕捉系統在K0A相關(guān)研究中深人應用有較大的參考價(jià)值。也有研究發(fā)現，相對于讓患者在正常步速下測量參數，應用三維運動(dòng)捕捉系統讓患者在快速步態(tài)下測量的參數相對可靠，其中的測得最可靠的參數是步長(cháng)。

　　(二)動(dòng)力學(xué)研究

　　動(dòng)力學(xué)（kinetics)分析是對步行時(shí)作用力、反作用力強度、方向及時(shí)間等因素的研究。步行相關(guān)動(dòng)力學(xué)特征包括地面反作恩ground reaction force, GRF)，剪力（shear force),力矩（torque)等。其中，力矩是力與關(guān)節活動(dòng)范圍的乘積，是動(dòng)力學(xué)與運動(dòng)學(xué)的結合點(diǎn)，受肌肉力量、關(guān)節穩定性和運動(dòng)方向的影響。KOA患者的膝關(guān)節的應力和力矩均會(huì )出現異常改變。有研究發(fā)現，正常的膝關(guān)節結構內部應力均勻分布，正常步行時(shí)GRF呈雙峰型；K0A患者關(guān)節內部應力分布不均，高應力點(diǎn)或者高應力區的軟骨就可能發(fā)生裂紋、剝脫及潰瘍等—系列病變，從而導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(xiàn)降低或者消失，前、后剪力表現為反向尖峰圖形，左、右剪力形態(tài)相似，且幅度較小。支撐中期膝內翻力矩（knee adduction moment，KAM）是—個(gè)評價(jià)K0A患者嚴重程度的理想指標，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翻力矩開(kāi)展了一系列研究，如KAM增高可以加劇關(guān)節骨髓病變，如果降低KAM會(huì )延緩K0A病情的進(jìn)展。

　　五、小結和展望

　　X線(xiàn)仍是目前首選的輔助診斷方法，MR依靠其獨特優(yōu)勢有希望成為重要的影像學(xué)輔助診斷方法，超聲則在臨床隨訪(fǎng)中有著(zhù)不錯效果。同時(shí)，也有許多學(xué)者應用步態(tài)分析技術(shù)對K0A開(kāi)展一系列關(guān)于患者膝關(guān)節生物力學(xué)及運動(dòng)功能評估的研究。借助三維運動(dòng)參數測量系統，步態(tài)分析技術(shù)將有望用于K0A患者臨床快速診斷和康復指導，在治療的選擇和療效評估中發(fā)揮重要的作用。通過(guò)對比與綜合發(fā)現，步態(tài)分析除了能夠診斷和評估K0A外，還能在生物力學(xué)和運動(dòng)學(xué)的層面上評價(jià)和指導K0A患者的康復，甚至在未來(lái)有望結合影像學(xué)，根據患者步態(tài)特點(diǎn)制定個(gè)體化評估和治療措施。