膝关节骨性关节炎（膝关节病）的 X 光诊断

膝关节由于其结构复杂、活动范围广，是最难进行X线检查的关节之一。膝关节病的病变部位可能仅限于关节的某个特定部位，这也使得膝关节骨关节炎（膝关节病）的关节病变诊断更加复杂。

膝关节的解剖和生物力学特征最初提示，不仅骨骼结构，韧带-半月板复合体（LMC）也存在显著的损伤。因此，X光片分析中原发性诊断错误率高，可能是因为主要关注点仅仅在于骨骼结构的变化。通过多种功能测试和体位，我们可以分析LMC在X光片检查中存在损伤，并基于某些体征，以较高的概率推断LMC存在损伤。考虑到已发现的变化，X光检查可以与其他可视化方法（例如超声、MRI等）相结合。

膝关节X线检查的主要原则是多发性关节病。

膝关节X线摄影的标准投影方式包括正位（前后位）和侧位，必要时可辅以左、右斜位、轴向及其他投影方式。

膝关节病变X射线诊断的有效性很大程度上取决于X射线图像的质量。

在直接投影中，关节间隙的内外轮廓具有不同的曲率和方向，因此无法在同一图像上获得理想的单线。当中心 X 射线束垂直于桌面时，其内部部分看得更清楚，而当射线束向头足方向移动 5-7° 时，外部部分看得更清楚。根据感兴趣的区域，可以实现折衷。膝关节的旋转轴穿过关节的内侧区域，因此与外部相比，内侧区域更容易发生变化。因此，在直接投影中拍摄膝关节图像时，首选位置是关节处于最大伸展状态时，中心射线束垂直于研究对象，以膝关节中点为中心，略微向内移动。

射线照片的质量标准

在直接投影中	股骨两侧髁轴向对称 髁间结节在髁间窝中心的位置 胫骨干骨骺部分遮盖腓骨头（约占其横向尺寸的 1/3） 股骨干骺端中央区域的髌骨轮廓叠加图
在横向投影中	检查 PFO 关节和胫骨结节的可能性
在所有预测中	关节间隙在 X 光片中心的位置 清晰的海绵骨结构图像

在膝关节最大伸展位置拍摄的图像是标准的前后投影。它允许检查放射线关节间隙的前部。

通过在膝关节屈曲 30°（Schuss 体位）或 45°（Fick 体位）时拍摄的直接图像来评估关节间隙后部的状况，在该水平最常检测到骨骼的软骨下部分（骨坏死）和软骨结构（骨软骨炎）的损伤。

这些位置便于研究髁间隙，在该位置可以最大程度地观察，还可以检测由于关节软骨损伤而形成的关节腔内的游离异物。

患者可于平卧或站立时拍摄膝关节的直接投影图像。当病变为机械性病变且怀疑韧带装置受损时，建议在负重和放松状态下分别拍摄站立位X光片，以检查X光片上的关节间隙和关节轴。

膝关节的直接投影 X 射线检查必须通过侧向投影图像进行补充。

在侧位X线摄影中，中心射线沿关节间隙以10°的倾斜度向头尾方向穿过。此时，股骨髁的边缘相互重叠，其关节面在其后下方发生移位。这可以清晰地辨别其轮廓，并评估关节PFO的状况。

膝关节侧位检查时，患者可采取侧卧位，关节完全放松；或站立位，待检查关节不负重。轻微屈曲膝关节（30° 或 15°）可确定关节内髌骨未闭合（PFO）的状况。屈曲的目的是观察髌骨进入髁间区域时的形态。

通过侧位投影的射线照相，我们可以识别暂时性的不稳定性（髌骨进入髁间窝的延迟），这种不稳定性可能在屈曲 30° 时消失，或者在最小屈曲 30° 时在轴向图像上检测不到，还可以评估髌骨的高度及其关节面的状况。

膝关节面不同区域在侧位片上具有独特的特征。这些差异与各区域的功能特征相关。股骨髁的形状是相应胫骨平台前部的镜像，在膝关节极度伸展时，胫骨平台与股骨平台前部接触。

如果存在暂时性髌骨不稳定或疑似十字韧带损伤，则需要进行额外的压力测试。

侧面图像对于研究 PFO 关节尤其重要。

在评估髌骨的形态时，会使用各种测量系数，其中最常用的是卡托指数。测量该指数需要拍摄膝关节屈曲30°的图像。

卡托指数是髌骨下缘至胫骨前上角的距离（a）与髌骨关节面长度（b）的比值。正常情况下，该比值通常等于1.0±0.3。

髌骨位置过高（高位髌骨）会导致其延迟进入滑车口，这可能是髌股关节不稳定的原因。髌骨指数可用于诊断此类不稳定。

在侧位片上，髌骨轮廓有两条后线，其中一条对应于髌骨嵴，另一条密度更高的后线对应于其外缘。这两条线之间的距离 (aa) 为髌骨指数（通常为 5 毫米）。值小于 2 毫米表示不稳定，但这种不稳定可能是暂时的，当屈曲角度超过 15-30° 时会消失。

滑车指数是从髁间窝底部到髌骨关节面（即髌骨顶）的距离，测量点距离髁间面上缘1厘米，该点对应于髌骨刚开始屈曲时进入髌骨的区域。正常情况下，滑车指数应等于1厘米。小于1厘米的数值提示髌骨发育不良，常伴有髌骨关节面发育不良。滑车指数过高时，应考虑髁间窝深度过深，这会增加罹患髌骨软骨病的风险。

髌股轴向投影在膝关节病变的诊断中具有一定的作用。

屈曲 30° 时的 X 线摄影对于研究 PFO 的 X 线关节间隙最有帮助。屈曲角度较小时，射线穿过的软组织厚度较大，会对图像质量产生负面影响。此轴向投影与其他屈曲角度较大的投影不同，其滑车切迹边缘的可视化程度不同。髁间窝的内缘很短，内外缘呈棱角状，比滑车下段和中段的棱角明显尖锐。关节 PFO 外部比内部承受更大的负荷。因此，外部水平的软骨下骨更致密，骨小梁向外排列。

30° 轴向图像最方便检测髌骨不稳定（髌骨外部暂时性半脱位仅在屈曲开始时发生）和外侧 PFO 关节的早期骨关节病。

传统上，膝关节骨关节炎的X线分期采用I. Kellgren和I. Lawrence（1957年）的分类法，该分类法经M. Lequesne于1982年改进。该分类法基于对X线片上关节间隙狭窄程度、软骨下骨硬化程度以及边缘骨质增生大小的评估，分为4个阶段。

骨关节炎的分期（根据 Kellgren I. 和 Lawrence L，1957 年）

• 0 - 无放射影像学征象
• 我-怀疑
• II - 最低限度
• III - 平均值
• IV-表达

尽管将骨关节病按放射学分期进行分级有一定的惯例，但该方法在现代放射学中已被成功应用于多种情况。特别是，为了及时发现膝关节病，需要从前侧、外侧和轴向三个方向检查关节，从而评估关节的内侧、外侧、PFO 和 TFO。

为了更准确地评估骨关节炎的放射学变化，A. Larsen（1987）提出了一种更复杂的技术，可以定量评估骨关节炎的严重程度。

骨关节炎标准（Larsen A.，1987）

• 0 - 无放射影像学征象
• I - X 线显示的关节间隙缩小少于 50%
• II - X 线显示的关节间隙缩小超过 50%
• III - 弱再调节
• IV - 平均再调制
• V - 表达再调节

早期放射学症状（根据 Kellgren 的说法，对应于关节炎的 I-II 期）：

• 拉伸和锐化胫骨髁间隆起的边缘（在十字韧带的附着部位）；
• 关节间隙略微变窄（通常位于关节内侧）；
• 股骨和胫骨髁关节面边缘的锐化，更常见于关节的内侧部分（与关节这部分负荷较大有关），特别是在存在内翻畸形的情况下；较少见 - 在外侧部分或同时在关节面的两半。

膝关节病进展的放射学征象（根据 Kellgren 的说法，相当于膝关节病的 III-IV 期）：

• 放射线关节间隙变窄增加；
• 关节负荷最大的部位出现软骨下骨硬化；
• 关节面外侧、前、后缘出现多个大型骨赘；
• 软骨下囊肿（很少见）；
• 继发性滑膜炎，伴有髌下或腘窝贝克囊肿的发展；
• 股骨和胫骨关节面变得扁平和不平整，失去解剖和功能分化；
• 籽骨（豆骨）的多面体不规则形状；
• 可以检测到钙化的软骨；
• 可能发生骨髁无菌性坏死（罕见）。

膝关节骨关节炎通常表现为关节病

PFO（几乎总是外部的，有时是外部和内部的，很少只有内部的）。

膝关节外部骨关节病通常在其发展初期就表现在髁间沟上软骨区和髌骨下软骨区的水平，与此投影中显示的膝关节部分相对应。在膝关节屈曲初期，即髌骨开始进入髁间窝时，骨骼的软骨下部分承受的最大负荷。因此，关节的 PFO 变化相当常见，但通常很少能及时诊断。诊断不及时的主要原因是实践中没有充分利用 X 线轴向投影。因此，膝关节直接 X 线摄影必须辅以髌骨侧位或轴向投影的针对性图像。

膝关节骨关节炎的侧位和轴向放射学征象包括：

• 髌骨和股骨之间的放射线空间变窄；
• 位于髌骨和股骨髁的后角；
• 髌骨软骨下骨硬化症；
• 单个软骨下囊肿，边缘硬化。需要注意的是，从放射学角度来看，骨关节炎可分为三个阶段

髌骨外缘承受最大外部负荷（“高压综合征”）时，其软骨下骨质增生和骨小梁结构增多，这符合膝关节病I期的特征。II期膝关节病即使没有髌骨半脱位征象，也会出现关节间隙受压（局部狭窄）。III期膝关节病的特征是：X线显示的关节间隙几乎完全消失，软骨下皮质层压缩，皮质层厚度内形成疏松区——皮质囊肿，以及软骨膜骨赘喙状结构。检测到髌骨边缘骨赘，我们可以高度肯定地推断关节软骨受损。如果它们沿着股骨和胫骨内外髁的轮廓出现，则提示相应侧半月板受损。严重的关节炎最常发生在髌骨轴因外部半脱位而移位时，而外部半脱位是由于 PFO 关节的关节关系发育不良或中断造成的。

使用30°轴向图像还可以计算Bernageau指数——胫骨前结节与髁间窝之间的距离，正常值为10至15毫米。该距离的减小或增大通常提示股骨髁或髌骨发育不良，表现为股骨髁间窝关节不稳定。

通过膝关节屈曲60°和90°时对髌骨未闭（PFO）的X线关节间隙进行研究，可以详细观察髁间间隙的中下部和髌骨上部，这些区域的病理改变通常比髁间窝上部发现得晚。

Kellgren 和 Lawrence 提出的关节 X 光片标准评估主要适用于日常临床实践。临床和流行病学研究通常需要对骨关节炎的严重程度进行更详细的分类。为此，通常使用刻度为 0.5 毫米的薄塑料尺或卡尺测量膝关节间隙的高度。如果使用专门的 X 光片处理计算机程序，这种定量评估将更加准确。

JC Buckland-Wright 等人 (1995) 提出在膝关节宏观 X 线片上测量 TFO 内外三分之一处的 X 线关节间隙高度（以毫米为单位）。

显然，在评估骨关节病患者的关节X线片时，不可能局限于研究关节间隙高度，因此，在大规模临床和流行病学研究中广泛使用的半定量评估方法更为可取。所有这些方法都有一个共同的原则——以点数或程度（通常为0至3级）评估骨关节病最重要的X线症状（关节间隙高度、骨赘增生、软骨下硬化、软骨下囊肿）。

S. Аbаск (1968) 是最早提出膝关节 X 光片半定量评估的人之一。根据该方法，上述四项骨关节炎的 X 光片标准在 PFO 和 TFO 中以 0 至 3 的分数进行评估。该量表的主要缺点是：缺乏对膝关节 PFO 的评估，以及不同专家对 X 光片症状的解释很可能不明确。RD Altaian 等人 (1987) 开发了类似的系统。考虑到这两个系统的主要缺点（仅评估膝关节 TFO），TD. Spector 等人 (1992) 提出了一种在“日出”投影中对膝关节 X 光片进行半定量评估的方法，该方法可以对 PFO 进行最佳检查。在 S. Barnett 等人的《骨关节炎 X 光图谱》中。 （1994），在“日出”投影中对关节 PFO 的评估中添加了标准侧向投影中的评估。

我们提出了自己的半定量评估膝关节病进展的方法：

1. 关节间隙高度减少：

• 0 - 不存在，
• 1 - 轻微，
• 2 - 中等，
• 3-骨间隙完全闭塞;

2.骨赘：

• 0 - 不存在，
• 1 - 1-2个小骨赘，
• 2 - 1个大骨赘或3个小骨赘或更多，
• 3—2个以上大的骨赘；

3.软骨下囊肿：

• 0 - 不存在，
• 1 - 1-2个小囊肿，
• 2-1个大囊肿或3个小囊肿及以上，3-2个大囊肿及以上；

4.软骨下硬化：

• 0 - 不存在，
• 1 - 轻微，局部（位于TFO或PFO关节的内侧或外侧部分），
• 2 - 中等，
• 3-明显、广泛。

RD Altman 等人（1995 年）将膝关节两侧的半定量评估合并为一个系统，并发表了《骨关节炎个体放射影像学症状图谱》，也称为“ORS 图谱”。该系统的优点还包括包含骨关节炎膝关节的真实 X 光片。与此同时，“ORS 图谱”也存在一些缺点。其中，值得一提的是：

• 关节间隙变窄和骨赘增大的程度不等，
• 一些膝盖X光片显示罕见类型的骨赘，
• X射线图像的质量各不相同，难以进行比较，
• 一张 X 射线图像上同时存在几种放射学症状（关节间隙变窄、骨赘增生等），这会使 Atlas 的使用变得复杂，并可能导致对真实 X 射线图像的评估出现偏差，
• Atlas 的体积很大，使用起来很困难。

Y Nagaosa 等人（2000 年）考虑到先前膝关节 X 线片半定量评估系统的不足，并开发了其图谱，其说明材料是直接投影（TFO 关节）和“日出”投影（PFO 关节）中膝关节各组成部分轮廓的图形图像。Y Nagaosa 等人的系统的一个重要优势在于，他们不仅分别考虑了膝关节 TFO 和 PFO 的内侧和外侧部分，而且还分别呈现了男性和女性骨关节炎的 X 线片症状。

在对 104 名确诊为膝关节骨关节炎的患者（根据 ACR 标准，1990 年）的研究中，我们研究了骨赘生长的大小和方向，并评估了它们的大小与骨赘生长相关的其他放射数据之间的可能关系。

对双膝关节的标准X线片进行分析（接受髌骨切除术或关节置换术的患者除外）。膝关节病的放射学定义为放射性关节间隙均匀或不均匀狭窄，以及边缘骨赘形成（ACR标准，1990）。膝关节X线摄影采用标准投照位：前后位（下肢完全伸展）和轴向。

在评估 X 光片时，通常根据现代建议将膝关节分成几个部分：外侧和内侧 TFO、外侧和内侧 PFO。根据膝关节骨关节炎认证系统逻辑推导的线描图谱分级，以 0 至 3 的等级评估每个部分的放射性关节间隙变窄情况，以及股骨内外关节面（分别为 LB 和 MB）、胫骨（LBB 和 MBB）、髌骨（LN 和 MN）以及股骨内外髁（LM 和 MM）的骨赘大小。骨赘生长的方向在视觉上分为 5 类 - 向上（上升生长）、向上外侧、外侧、向下外侧或向下（下降生长）。

采用2分制对TFO和PFO中的皮质骨畸形（局部骨畸形或“磨损”）和软骨钙化进行分级（0=无，1=存在）。胫股角（内翻畸形的指标）在前后位投影中进行分级。在轴向膝关节影像学检查中，髌骨半脱位内侧分级为0-1级，外侧分级为0-3级。研究区域内关节间隙狭窄和外侧髌骨半脱位也分别分级为0-3级。

在 92 例患者中，发现右膝关节和左膝关节的 X 射线数据之间存在密切的相关性。

在所有研究区域都发现了骨赘，并注意到其生长的各种形式和方向。

左右膝关节部分X线参数的相关系数（r）

分析指标	相关系数（r）
	最低限度	最大限度
RSCh 的缩小	0.64	0.78
存在骨赘	0.50	0.72
局部骨骼变形	0.40	0.63
软骨钙质沉着症	0.79	0.88

骨赘的存在及其大小与其他射线数据之间的一些关系

OF 的本地化	OF 总数	OF 生长方向（OF 尺寸的 0-1 度和 2-3 度之间的差异）	OF 的生长方向（RSH 局部变窄的 0-1 度和 2-3 度之间的差异）
磅	四十二	P=0.011	P=0.006
左前臂	四十八	P>0.1	P<0.001
MB	53	P=0.003	P=0.001
移动宽带	49	P<0.05	P<0.05
液态氮	二十八	P=0.002	P>0.1
LM	三十	P>0.1	P<0.001
明尼苏达州	二十八	P>0.1	P>0.1
毫米	三十四	P=0.019	P>0.1

在分析骨赘生长方向与关节间隙局部狭窄程度的关系时，也观察到了类似的模式。在LB、MB、MBB和LM中，关节间隙局部狭窄的严重程度与大型骨赘的生长方向相关。在LBB中，骨赘的生长方向与骨赘的大小无关，而与外侧和内侧TFO关节间隙的局部狭窄有关；而在MN中，骨赘的生长方向与骨赘的大小或局部狭窄程度均无关。

除内侧PFO外，其余区域骨赘大小与局部关节间隙狭窄程度均呈正相关，其中内侧PFO髌骨及MM内骨赘大小与内侧TFO间隙狭窄呈正相关，外侧TFO的LB及LBB内骨赘大小与外侧PFO间隙狭窄程度呈正相关。

为了阐明一些放射学和一般临床数据与骨赘大小之间的关系，对后者进行了多变量分析。

在大多数分析部位，局部间隙狭窄与骨赘的存在相关。LBB 中的骨赘与内侧 TFO 和外侧 PFO 间隙狭窄相关。LN 和 LM 中的骨赘与髌骨外侧半脱位的相关性高于与局部狭窄的相关性。2-3 级内侧 PFO 骨赘与局部狭窄无关，但与内翻畸形和内侧 TFO 间隙狭窄相关。局部 TFO 畸形的程度与外侧和内侧 TFO 中 2-3 级骨赘的存在相关。

与骨赘存在相关的因素，取决于后者（上文）的大小，包括外侧TFO和外侧PFO（2-3度骨赘）。软骨钙化是由多处骨赘的生长引起的。外侧髌骨半脱位与外侧PFO骨赘的生长密切相关，而内翻畸形则与内侧TFO存在2-3度骨赘密切相关。骨赘的总数与MB和MM中的骨赘数量相关。

地区	因素
	骨赘0-1度	骨赘2-3度
磅	PFO局部变形	软骨钙质沉着症
	软骨钙质沉着症	TFO的局部变形
	外侧TFO关节间隙变窄
左前臂	软骨钙质沉着症	女性
	PFO局部变形	软骨钙质沉着症
	侧方PFO关节间隙变窄	TFO的局部变形
	内侧TFO关节间隙变窄
MB	髌骨侧向半脱位	TFO的局部变形
	内侧TFO关节间隙变窄	骨赘总数
	女性	女性
		内翻畸形
移动宽带	TFO的局部变形	软骨钙质沉着症
	内侧TFO关节间隙变窄	年龄
		内翻畸形
液态氮	PFO局部变形	PFO局部变形
	髌骨侧向半脱位	髌骨侧向半脱位
	软骨钙质沉着症	体重指数
	体重指数
LM	髌骨侧向半脱位	髌骨侧向半脱位
	PFO局限性软骨软化症	外侧FO关节间隙变窄
	软骨钙质沉着症	内翻畸形
	髌骨内侧半脱位
明尼苏达州	内侧PFO关节间隙变窄	内翻畸形
毫米	内侧TFO关节间隙变窄	内侧TFO关节间隙变窄
		OF 总数
		体重指数

在所有分析的切片中，在同一切片中相互生长的骨赘的大小都是相关的：外侧 TFO 的相关系数 r 为 0.64，内侧 TFO 的相关系数 r 为 0.72，外侧 PFO 的相关系数 r 为 0.49，内侧 PFO 的相关系数 r 为 0.42。

因此，在膝关节除左前束和主动脉瓣外的所有部位，骨赘的生长方向都会随着骨赘尺寸的增大和关节间隙的缩小而改变。所发现的相关性支持了关于全身和局部生物力学因素均影响骨赘形成的假设。我们发现的以下参数之间的相关性证实了局部因素的影响：

• 内侧 PFO 内骨赘的大小和内侧 TFO 间隙的缩小；
• LBB 骨赘的大小以及内侧 TFO 和外侧 PFO 间隙的变窄；
• 侧方PFO骨赘大小及髌骨侧方半脱位；
• 内侧TFO和PFO骨赘的大小及有无内翻畸形均与软骨钙化有关，而分析软骨钙化与骨赘总数的关系，则呈现多方向的变化。

可以假设局部不稳定性是骨赘形成的重要生物力学触发机制。骨关节病的实验模型表明，不稳定关节中的骨赘形成会随着关节活动而加速，而随着固定而减慢。正如 LA Pottenger 等人 (1990) 指出的那样，在骨关节病患者膝关节置换术中手术切除骨赘会导致关节不稳定性恶化，这让我们可以谈论骨赘在该病理中的稳定作用。我们观察到骨赘的侧向生长会促进受力关节面面积的增加，这得到了 JM Williams 和 KD Brandt (1984) 获得的数据的证实。对于小型骨赘，主要的生长方向是侧向（LBB 除外，如果内侧 TFO 间隙变窄且外侧 TFO 参与该过程的程度最低，则骨赘主要向上生长）。LA. Pottenger 等人(1990) 研究表明，即使是垂直骨赘也能稳定关节，其机制似乎是通过形成新形成的胫骨表面并限制过度外翻运动来实现的。与小型骨赘相比，大型骨赘主要向上或向下生长。这种现象可能反映了邻近关节周围结构对“侧向”生长的解剖学限制，或反映了骨赘基底为防止脱位而进行的代偿性扩张和机械强化过程。

在这些代偿性变化中，有必要提及所谓的潮线，即连接透明软骨和软骨下骨的钙化区。通常情况下，它们呈波浪状，因此能够有效抵消较大的负荷。在骨关节病中，由于软骨被破坏，并以骨赘形式形成新的软骨，该区域得以重建。因此，骨关节病的症状之一是出现多条潮线。由于骨关节面暴露，其代偿机制是形成致密硬化（骨化），通常伴有深沟（凹陷）。后者尤其常见于膝关节（PFO），它们可以被认为是稳定关节的一种手段，为关节提供“支撑”。在我们检查的患者PFO轴向图像中，这些深沟清晰可见。

骨赘大小与局部软骨变薄密切相关，尤其在内侧TFO和外侧PFO中更为明显，但外侧TFO中骨赘大小与内侧TFO和外侧PFO关节间隙变窄的相关性大于与自身关节间隙的变窄，内侧PFO中骨赘大小与局部间隙变窄无关，而与内侧TFO的变窄有关。显然，骨赘大小受邻近关节和关节局部改变的影响，而这种改变可能由生化或机械生长因素所介导，后者最有可能解释内侧TFO和PFO骨赘大小与内翻畸形之间的关系。GIvan Osch等(1996)认为软骨损伤和骨赘形成过程并无直接关联，而是由同一因素引起，且彼此独立发展。这种独立的发展在外侧 PFO 和内侧 TFO 中均有观察到，并且骨赘的大小与外侧髌骨半脱位和内翻畸形的相关性比与关节间隙局部狭窄的相关性更大。

骨赘的总数与其在多个部位的分布之间的关联支持了骨赘形成和“肥大性”骨反应的体质决定性概念。对某些生长因子的反应可能存在个体差异，例如 TGF-β 或骨形态发生蛋白 2，它们参与骨赘的生长。一个有趣的观察是软骨钙化症与骨赘数量之间的关联：临床研究表明焦磷酸钙晶体（软骨钙化症的常见原因）与骨关节炎的“肥大性”结果之间存在特定关系。TGF-β 除了刺激骨赘生长外，还会增加软骨细胞产生细胞外焦磷酸盐，而对软骨细胞进行机械刺激会增加 ATP 的产生，ATP 是细胞外焦磷酸盐的强大来源，从而易于形成后者晶体。

我们获得的数据表明，骨关节炎的发病机制涉及多种因素，包括局部生物力学、体质等，这些因素决定了疾病进展过程中形成的骨赘的大小和生长方向。