術前膝關節(jié)剝脫性骨軟骨炎分級及穩(wěn)定性的磁共振成像評估

任 翠，郎 寧，陳 雯，袁慧書

北京大學 第三醫(yī)院放射科，北京 100191

·論著·

術前膝關節(jié)剝脫性骨軟骨炎分級及穩(wěn)定性的磁共振成像評估

任 翠，郎 寧，陳 雯，袁慧書

北京大學 第三醫(yī)院放射科，北京 100191

目的評價磁共振(MR)成像檢查評估膝關節(jié)剝脫性骨軟骨炎(OCD)分級及穩(wěn)定性的能力。方法由2名放射診斷醫(yī)師獨立回顧性分析47例經(jīng)關節(jié)鏡證實的膝關節(jié)OCD患者的術前MR圖像，按照OCD國際軟骨修復協(xié)會分類標準將OCD病變分成4級，與關節(jié)鏡結果進行對照，計算MR評價OCD穩(wěn)定性的特異度、敏感度和準確度，計算Kappa值，評價2名醫(yī)師之間MR診斷OCD分級的一致性。計算提示膝關節(jié)OCD不穩(wěn)定的MR征象診斷不穩(wěn)定OCD的特異度、敏感度及準確度。結果47例患者中，48個OCD病灶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級OCD分別為4、8、16、20例，2名醫(yī)師MR術前診斷OCD穩(wěn)定性的特異度、敏感度、準確度分別為75.0%(83.3%)、88.9%(86.1%)、85.4%(85.4%)，2名醫(yī)師診斷OCD分級的一致性較好(Kappa=0.82)。提示膝關節(jié)OCD不穩(wěn)定的MR征象：病灶與母體骨交界面線狀高信號、病灶鄰近骨質多發(fā)囊變影或出現(xiàn)大囊變(直徑>5 mm)、累及全層的軟骨骨折線、累及全層的軟骨缺損診斷膝關節(jié)OCD穩(wěn)定性的特異度、敏感度、準確度分別為83.3%、80.6%、81.3%；75.0%、72.2%、72.9%；66.7%、69.4%、68.8%；100%、86.1%、89.6%。結論軟骨缺損是診斷不穩(wěn)定OCD最特異的MR征象，而軟骨骨折線的準確率最低。膝關節(jié)MR檢查是評價OCD穩(wěn)定性及分級比較可靠的方法。

剝脫性骨軟骨炎；分級；穩(wěn)定性；磁共振成像

剝脫性骨軟骨炎(osteochondritis dissecans，OCD)為關節(jié)軟骨及軟骨下骨的局灶性壞死，確切病因不明，軟骨覆蓋的關節(jié)面重復損傷被認為是剝脫性骨軟骨炎的主要病因，其他可能與缺血、骨骺異常骨化、遺傳、內(nèi)分泌等因素有關[1- 2]。OCD如不能早期診斷及合適治療可導致過早發(fā)生骨性關節(jié)病。OCD的治療方案主要取決于患者的生長板閉合情況、病灶位置、病灶大小及穩(wěn)定性[3- 4]。骨骺未閉合的青少年患者穩(wěn)定的、較小的OCD病灶，保守治療治愈的可能性最大，而骨骺閉合的成人、不穩(wěn)定或較大病變通常需要采取手術治療[5]。上述影響治療方案選擇的因素中，病變穩(wěn)定性的術前評估相對較難。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查直接評價軟骨下病變及關節(jié)軟骨的異常，可檢出關節(jié)內(nèi)游離體，是目前判斷病變是否穩(wěn)定的最佳成像方法。既往文獻報道常規(guī)MR診斷膝關節(jié)OCD分級、穩(wěn)定性的準確率在30%～92%[3，6- 8]，結果差異較大，并且絕大多數(shù)文獻僅是綜合OCD的所有MR征象判斷病變的穩(wěn)定程度，并未評價各個征象單獨判斷OCD是否穩(wěn)定的能力。因此，本研究通過回顧性分析膝關節(jié)OCD的術前MR圖像，與關節(jié)鏡結果對照，評價MR診斷膝關節(jié)OCD分級、穩(wěn)定性的能力，特別是各個征象獨立判斷病變是否穩(wěn)定的能力。

對象和方法

對象選取2011年1月至2016年1月本院就診的膝關節(jié)OCD患者，所有患者均在術前2個月內(nèi)行MRI檢查。所有患者仍需符合以下入組條件：(1) 既往無膝關節(jié)手術史；(2)不合并膝關節(jié)腫瘤、感染；(3)不合并結締組織病相關的膝關節(jié)病變。共51例患者符合入選標準，其中4例OCD病變受運動偽影干擾被剔除，最終被納入本研究的患者共47例，男性28例、女性19例，年齡11～38歲，平均(24.7±14.2)歲。

MR檢查方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀，8通道HD膝關節(jié)線圈?；颊呷〕Ｒ?guī)平臥位，患膝完全伸直，足先進。掃描序列包括矢狀位快速自旋回波T1加權像：重復時間(repetition time，TR)/回波時間(echo time，TE)=750/8 ms，層厚/間隔=3.5/0.5 mm，視野(field of view，F(xiàn)OV)16 cm×16 cm，矩陣256×256，激發(fā)次數(shù)(number of excitation，NEX)=2；矢狀位脂肪抑制質子密度加權像(proton density weighted imaging，PDWI)：TR/TE=2600/34 ms，層厚/間隔=3.5/0.5 mm，F(xiàn)OV 16 cm×16 cm，矩陣320×320，NEX=2；冠狀位脂肪抑制PDWI：TR/TE=2300/32 ms，層厚/間隔=3.5/0.5 mm，F(xiàn)OV 16 cm×16 cm，矩陣256×256，NEX=2；橫軸位脂肪抑制PDWI：TR/TE=2100/34 ms，層厚/間隔=4.0/0.8 mm，F(xiàn)OV 16 cm×16 cm，矩陣288×288，NEX=2。

MR診斷與分級標準由2名放射科醫(yī)師在未與手術結果對照前提下，獨立分析所有患者的 MRI圖像，同時記錄OCD病灶的位置、與相鄰母體骨交界面的信號、與相鄰軟骨交界面信號、病灶下軟骨的信號變化(無信號異常、低信號、未累及全層的高信號、全層高信號)、病灶下母體骨信號變化(無異常信號、骨髓水腫、囊變)、是否合并原位的骨碎片或關節(jié)游離體。

膝關節(jié)OCD分級標準：Ⅰ級：關節(jié)軟骨增厚、完整，可伴有軟骨信號異常；Ⅱ級：關節(jié)軟骨骨折線或軟骨缺損未累及全層，PDWI呈液體信號，無原位及關節(jié)腔游離體；Ⅲ級：關節(jié)軟骨骨折線或缺損累及全層，PDWI呈液體信號，無關節(jié)腔游離體；Ⅳ級：病變中心出現(xiàn)原位骨軟骨碎片和/或關節(jié)腔出現(xiàn)混雜或低信號游離體。Ⅰ、Ⅱ級OCD為穩(wěn)定性病變，Ⅲ、Ⅳ級為不穩(wěn)定性病變。

根據(jù)MR分級標準，2名醫(yī)師獨立診斷膝關節(jié)OCD分級。隨后2名醫(yī)師共同分析所有患者的上述MR征象，出現(xiàn)爭議時，與另外1名高年資醫(yī)師商議后達成共識，同時確定所有患者是否出現(xiàn)提示膝關節(jié)OCD不穩(wěn)定的MR征象：病灶與母體骨交界面線狀高信號、病灶鄰近骨質多發(fā)囊變影或出現(xiàn)大囊變(直徑>5 mm)、累及全層的軟骨骨折線、累及全層的軟骨缺損[9- 10]。將MR診斷結果與關節(jié)鏡手術記錄對照。

膝關節(jié)鏡OCD分級標準：Ⅰ級：關節(jié)軟骨軟化，但關節(jié)面尚完整；Ⅱ級：骨軟骨部分分離，部分與周圍骨相連；Ⅲ級：骨軟骨完全分離，但還位于缺損內(nèi)；Ⅳ級：骨軟骨分離脫落合并游離體形成。

統(tǒng)計學處理以膝關節(jié)鏡手術結果為金標準，計算2名醫(yī)師獨立評價剝脫性骨軟骨炎穩(wěn)定性的特異度、敏感度和準確度。分別以上述提示膝關節(jié)OCD不穩(wěn)定的MR征象診斷膝關節(jié)OCD穩(wěn)定性的敏感度、特異度和準確度。計算Kappa值，評價2名醫(yī)師之間MRI診斷OCD分級的一致性。0.75

結 果

膝關節(jié)OCDMR表現(xiàn)47例膝關節(jié)OCD患者共48個病灶(1例患者病變同時累及股骨內(nèi)側髁及股骨外側髁)，其中26個位于股骨外側髁、18個位于股骨內(nèi)側髁、4個位于股骨滑車。病灶均位于關節(jié)軟骨下，形態(tài)在冠狀位、矢狀位上均為半月形的占62.5%(30/48)，在冠狀位為半月形、矢狀位為楔形或條狀的占22.9%(11/48)，冠狀及矢狀位均為楔形或條狀的占14.6%(7/48)。所有病變的長軸方向與關節(jié)面近乎平行，短軸方向垂直于關節(jié)面。病變在T1加權像呈低信號的占83.3%(40/48)，呈等信號的占16.7%(8/48)；抑脂的PDWI呈等/以等信號為主的混雜信號、呈高/以高信號為主的混雜信號分別占60.4%(29/48)、39.6%(19/48)。病變與病變下母體骨均可見清晰銳利或部分模糊的分界面，抑脂的PDWI呈線狀或環(huán)形低或高信號，病變下母體骨均有不同程度的骨髓水腫，52.1%(25/48)病變下母體骨可見囊變影。部分病變與鄰近軟骨有交界面，可伴有關節(jié)軟骨厚度、信號異常。

膝關節(jié)OCD分級與關節(jié)鏡對照結果經(jīng)膝關節(jié)鏡證實的OCD，Ⅰ級4例、Ⅱ級8例、Ⅲ級16例、Ⅳ級20例(圖1～4)。醫(yī)師A、B術前MR分級結果分別為Ⅰ級4、5例，Ⅱ級10、12例，Ⅲ級14、11例，Ⅳ級20、20例(表1)。兩名醫(yī)師診斷OCD分級的一致性較好(Kappa=0.82)(表2)。醫(yī)師A(B)判斷膝關節(jié)OCD是否穩(wěn)定的特異度、敏感度、準確度分別為75.0%(83.3%)、88.9%(86.1%)、85.4%(85.4%)。

提示膝關節(jié)OCD不穩(wěn)定的MR征象與關節(jié)鏡對照結果4個MR征象診斷膝關節(jié)OCD穩(wěn)定性的特異度、敏感度、準確度顯示，累及全層的軟骨缺損判斷膝關節(jié)OCD的特異度、敏感度、準確度最高，而累及全層的軟骨骨折線最低(表3)。

OCD：剝脫性骨軟骨炎；PDWI：質子密度加權像

OCD：osteochondritis dissecans；PDWI：proton density weighted imaging

圖111歲男性左膝股骨內(nèi)側髁OCD Ⅰ級，脂肪抑制PDWI示OCD病變(白色箭頭)呈高信號，冠狀位(A)及矢狀位(B)圖像病變分別呈半圓形、條狀，病變與相鄰母體骨交界面可見線狀低信號，母體骨骨髓水腫，病變下軟骨增厚、信號增高

Fig1Stage Ⅰ OCD of the medial femoral condyle of the left knee in an 11-year-old boy; coronal (A) and sagittal (B) fat suppression PDWI of knee showed OCD lesion(white arrow)with high signal intensity，displayed as crescent-shape and stripe，respectively.OCD lesion was surrounded by a low-signal fragment-bone interface，with parent bone marrow edema.The thickened overlying cartilage showed increased signal

圖215歲男性左膝OCD Ⅱ級；冠狀位(A)、矢狀位(B)脂肪抑制 PDWI示股骨內(nèi)側髁軟骨下條狀長T2信號影(白色箭頭)，病變長軸與關節(jié)面平行，病變與相鄰母體骨間可見波浪狀低信號，母體骨可見大片骨髓水腫及圓形囊變影(黑色箭頭)，病變下軟骨信號增高

Fig2A 15-year-old boy with stage Ⅱ OCD of the left knee.Coronal (A) and sagittal (B) fat suppression PDWI showed subchondral，strip-shaped OCD lesion at lateral femoral condyle with long T2 signal intensity (white arrow).Its long axis parallelled to articular surface，and the interface with the host bone appears wavy hypointense on PDWI，with a small cyst-like lesion(black arrow)and large area of edema in the adjacent host bone.The overlying cartilage showed increased signal

圖3股骨外側髁OCD Ⅲ級，術前MR診斷為Ⅱ級。脂肪抑制PDWI示關節(jié)面下以高信號為主的混雜信號影(白色箭頭)，冠狀位(A)病變呈半圓形，矢狀位(B)呈楔形，病變與相鄰母體骨可見環(huán)形低信號影，母體骨骨髓水腫，病變下軟骨厚薄不均，呈低、略高混雜信號，該患者同時合并外側半月板撕裂(黑色箭頭)及脛骨平臺骨挫傷

Fig3A stage Ⅱ OCD lesion of lateral femoral condyle on MR imaging before surgery was found to be stage Ⅲ on arthroscopy.Coronal (A) and sagittal (B) fat suppression PDWI of knee showed OCD lesion with high signal dominated heterogeneous signals (white arrow)，displayed as crescent-shape and wedge，respectively.OCD lesion surrounded by a low-signal fragment-bone interface，with host bone marrow edema.The overlying cartilage became uneven，with low-slightly higher mixed intensity.The patient also had tear of lateral meniscus (black arrow) and tibia plateau contusion

圖414歲男性左膝關節(jié)OCD Ⅳ級；冠狀位(A)脂肪抑制PDWI示股骨外側髁關節(jié)軟骨缺損(白色箭頭)，局部被關節(jié)積液填充，相應軟骨下骨可見線狀低信號，鄰近母體骨骨髓水腫，矢狀位(B)脂肪抑制PDWI示股骨外側髁后緣可見移位的骨軟骨碎片(黑色箭頭)

Fig4A 14-year-old boy with stage Ⅳ OCD of the left knee.Coronal (A) fat suppression PDWI of knee showed osteochondral defect (white arrow) of lateral femoral condyle that filled with joint effusion.Subchondral bone showed linear hypointensity，with adjacent host bone marrow edema.Sagittal (B) fat suppression PDWI showed displaced osteochondral fragment (black arrow) behind lateral femoral condyle

表 1 膝關節(jié)OCD MR分級與關節(jié)鏡對照結果[nA(nB)]Table 1 MR staging results of OCD of the knee compared with arthroscopic findings [nA(nB)]

MR：磁共振；nA(nB)分別為醫(yī)師A、B的MR診斷結果

MR：magnetic resonance；nA(nB)：MR diagnostic results for doctor A and B，respectively

表 2 A、B兩位醫(yī)生對膝關節(jié)OCD MR分級的一致性評價Table 2 Agreement in MR staging for OCD between doctors A and B

Kappa=0.82，P<0.05

表 3 MR征象診斷膝關節(jié)OCD穩(wěn)定程度的特異度、敏感度、準確度(%)Table 3 Specificity，sensitivity，and accuracy of MR features for diagnosis of OCD stability in the knee (%)

討 論

剝脫性骨軟骨炎是兒童和青少年膝關節(jié)疼痛的常見原因之一，OCD的治療方案及預后與病灶的位置、大小、穩(wěn)定性及生長板的閉合情況密切相關，其中病灶的穩(wěn)定性是決定保守治療能否治愈的最重要的獨立預后因素[11- 12]。MRI是唯一能夠顯示關節(jié)軟骨的影像學方法，同時檢出骨內(nèi)病變的敏感性高，是目前早期診斷剝脫性骨軟骨炎和分期最有效的成像方法。

膝關節(jié)OCD的MR表現(xiàn)OCD最易累及膝關節(jié)，股骨內(nèi)側髁、股骨外側髁、股骨滑車、髕骨為常見的發(fā)病部位，發(fā)生率依次遞減。股骨內(nèi)側髁的后外側部被認為是膝關節(jié)OCD的經(jīng)典發(fā)病部位，發(fā)生率約69%，股骨外側髁的發(fā)生率約為10%，多累及股骨外側髁的中心承重區(qū)，單獨累及股骨滑車或髕骨的病例不足5%，并且絕大多數(shù)髕骨病變位于髕骨的內(nèi)下1/4象限[13]。與文獻報道結果不同，本研究膝關節(jié)OCD病變多位于股骨外側髁。

MR可直接顯示軟骨下OCD病灶，本研究在T1加權成像大部分呈不同強度的低信號，少數(shù)呈等信號；抑脂的PDWI上呈等和/或高信號，信號均勻或混雜，絕大部分病變長軸與關節(jié)面方向一致，邊界較清晰，鄰近骨質伴有不同程度的骨髓水腫，結果與文獻報道類似，有研究參照病變鄰近正常骨質信號及關節(jié)積液信號，將膝關節(jié)OCD病變信號采用半定量的分級標準進行比較，結果表明在T1加權成像上，信號強度低或等于鄰近正常骨質，在T2加權成像表現(xiàn)為不同程度的低、等、高信號[14]。

提示OCD不穩(wěn)定的MR征象病理基礎及誤診原因分析本研究OCD病灶與相鄰母體骨均可見清晰銳利或部分分界模糊的交界面，PDWI呈高或低信號。有文獻報道高信號(液體信號)是判斷骨軟骨碎片不穩(wěn)定的可靠征象之一[3，15]，然而本研究出現(xiàn)了假陽性、假陰性病例，這可能與以下因素有關。Zbojniewicz等[16]對國際軟骨修復協(xié)會分期(Ⅰ～Ⅱ級)的膝關節(jié)OCD術前MR征象與經(jīng)關節(jié)針芯活檢的組織病理學結果的對照研究表明，病灶-母體骨交界面及軟骨下鄰近骨小梁在病理學切片中見大量纖維血管組織，對應MR上纖維血管組織的表現(xiàn)有兩種形式，圓形囊變影或T2加權像、PDWI序列上線狀或相對彌漫的高信號影，這與進入骨軟骨碎片與母體骨間的關節(jié)積液很難鑒別，然而在梯度回波序列 T1加權像序列纖維血管組織呈高信號，關節(jié)積液呈低信號，有利于二者的鑒別[17]。此外，有研究表明經(jīng)關節(jié)鏡證實的青少年穩(wěn)定的膝關節(jié)OCD病變，在MR上病變與母體骨之間可出現(xiàn)線狀高信號[18]。對MR上膝關節(jié)OCD病變周圍出現(xiàn)囊變及線狀高信號的青少年患者成功進行保守治療后，這些鄰近骨質的異常信號可完全消失[19]。因此，OCD病變周圍的囊變及與母體骨間的高信號不是病變是否穩(wěn)定的特異性表現(xiàn)，需結合相鄰關節(jié)軟骨的信號變化及軟骨的連續(xù)性綜合評價。OCD病灶與母體骨交界面PDWI序列上出現(xiàn)線狀低信號的確切原因不明，可能代表高度組織化的纖維組織或交界面形成的硬化骨[10]。部分病例相鄰軟骨增厚，對應組織病理學的軟骨細胞增生，是軟骨損傷的非特異性表現(xiàn)，也常見于骨關節(jié)病[16]。當病灶下軟骨骨折線累及關節(jié)軟骨全層引起斷端錯位時，MR可準確診斷不穩(wěn)定OCD，然而，當無軟骨錯位時，PDWI序列上不易判斷軟骨骨折線的累及范圍，此外，與軟骨損傷引起的信號增高不易鑒別，這也是本研究鑒別Ⅱ、Ⅲ級OCD準確率不高的原因。

本研究的局限性包括：(1)Ⅰ、Ⅱ級病例均為合并半月板和/或韌帶撕裂經(jīng)關節(jié)鏡治療的患者，且占所有OCD病變的比例較低，造成樣本的選擇偏倚，進而影響研究結果。(2)以單個MR征象判斷病變穩(wěn)定性，不同觀察者的一致性尚未評價。(3)回顧性研究內(nèi)在的局限性，本研究MR檢查并未應用專門顯示軟骨的成像序列，然而膝關節(jié)軟骨相對較厚，常規(guī)序列能清晰顯示病變，但是功能及高分辨成像序列也許有助于判斷軟骨骨折線或裂隙的累及范圍。

綜上，MR多參數(shù)、多方位成像，直接顯示關節(jié)軟骨的優(yōu)點，是評價剝脫性骨軟骨炎穩(wěn)定性及分級比較可靠的成像方法。本研究軟骨缺損是診斷不穩(wěn)定OCD最特異的MR征象，而軟骨骨折線的準確率最低。

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PreoperativeEvaluationoftheGradeandStabilityofOsteochondritisDissecansoftheKneebyMagneticResonanceImaging

REN Cui，LANG Ning，CHEN Wen，YUAN Huishu

Department of Radiology，Peking University Third Hospital，Beijing 100191

YUAN Huishu Tel：010- 82264188，E-mail：huishuy@sina.com

ObjectiveTo assess the diagnostic performance of magnetic resonance imaging (MRI) in the grading of osteochondritis dissecans (OCD) of the knee.MethodsTotally 47 patients with OCD of the knee confirmed by arthroscopy were retrospectively enrolled in this study.The OCD lesions were classified into four stages according to classification system of the International Cartilage Repair Society.Two radiologists analyzed all MRI findings independently，and the results were compared with those of arthroscopy.Sensitivity，specificity，and accuracy were calculated.Kappa value were calculated to quantify inter-observer agreement of the diagnostic OCD grade between two doctors by MRI.Specificity，sensitivity，and accuracy of MRI criteria indicating instability for detection of OCD instability were calculated.ResultsOf these 47 patients with 48 OCD lesions，stages Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，and Ⅳ lesions were detected in 4，8，16，and 20 patients，respectively.The specificity，sensitivity，and accuracy for the diagnosis of OCD stability were 75.0% (83.3%)，88.9% (86.1%)，and 85.4% (85.4%) for observer l (2)，and the agreement of OCD grade between these two readers was substantial with a Kappa value of 0.82.The specificity，sensitivity，and accuracy of MRI criteria for the detection of OCD instability including high T2 signal intensity at the interface between the OCD and the underlying bone，multiple cysts or a single cyst of>5 mm in diameter surrounding OCD lesions，high T2 signal intensity cartilage fracture line traversing the articular cartilage，and osteochondral defect were 83.3%，80.6%，and 81.3%；75.0%，72.2%，and 72.9%；66.7%，69.4%，and 68.8%；100%，86.1%，and 89.6%，respectively.ConclusionsOsteochondral defect is the most specific MRI sign for diagnosing instable OCD of the knee，whereas osteochondral fracture line has the lowest accuracy.MRI is a useful method to evaluate the grade and stability of OCD of the knee.

osteochondritis dissecans；stage；stability；magnetic resonance imaging

ActaAcadMedSin，2017,39(6)：768-773

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袁慧書 電話：010- 82264188，電子郵件：huishuy@sina.com

R445.2；R684；R741

A

1000- 503X(2017)06- 0768- 06

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.06.006

2017- 06- 05)