超聲聯(lián)合紅外熱成像對(duì)膝骨性關(guān)節(jié)炎的評(píng)估

石奇琳　王琳　初曉　李鐵山　史小娟

[摘要]目的了解超聲聯(lián)合紅外熱成像評(píng)估膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎疼痛及功能障礙的價(jià)值。方法膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎病人42例，采用彩色超聲診斷儀檢測(cè)病人軟骨磨損程度，按照超聲檢查結(jié)果將研究對(duì)象分為輕度組（23例）和中重度組（19例）。使用視覺(jué)模擬評(píng)分（VAS）、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)對(duì)受試者的疼痛和功能障礙進(jìn)行評(píng)估。于就診當(dāng)天及4周后使用SP`-9000醫(yī)用紅外熱成像儀進(jìn)行紅外熱成像檢查。結(jié)果超聲檢測(cè)顯示的膝關(guān)節(jié)軟骨磨損程度與膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的疼痛呈強(qiáng)相關(guān)（r=0.817，P<0.01），與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈強(qiáng)相關(guān)（r=0.827，P<0.01）。膝關(guān)節(jié)髕骨溫度與超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度呈中度相關(guān)（r=0.442，P<0.01），上內(nèi)側(cè)溫度、下內(nèi)側(cè)溫度與軟骨磨損程度均呈弱相關(guān)（r=0.350、0.386，P<0.01）;上內(nèi)側(cè)溫度與疼痛及WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈中度相關(guān)（r=0.490、0.438，P<0.01）;膝關(guān)節(jié)髕骨溫度與疼痛、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈中度相關(guān)（r=0.431、0.397，P<0.01）;膝關(guān)節(jié)下內(nèi)側(cè)溫度與疼痛、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈弱相關(guān)（r=0.373、0.311，P<0.05）。受試當(dāng)天及4周后兩次膝關(guān)節(jié)紅外熱成像檢查提示紅外熱成像評(píng)估膝關(guān)節(jié)的可信度和可重復(fù)性均良好（ICC范圍為0.73～0.84）。結(jié)論紅外熱成像和超聲檢查在膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎評(píng)估過(guò)程中聯(lián)合應(yīng)用，可以一定程度上評(píng)定膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的疼痛和功能障礙。

[關(guān)鍵詞]骨關(guān)節(jié)炎，膝;膝關(guān)節(jié);溫度記錄法;超聲檢查

[ABSTRACT]ObjectiveTo investigate the value of musculoskeletal ultrasound combined with infrared thermal imaging in evaluating pain and dysfunction in patients with knee osteoarthritis. MethodsA total of 42 patients with knee osteoarthritis were enrolled in this study. Color Doppler echocardiography was used to evaluate the degree of cartilage wear， and according to the ultrasound findings， the patients were divided into mild group with 23 patients and moderate`-to`-severe group with 19 patients. Vi`-sual Analogue Scale （VAS） and Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index （WOMAC） were used to eva`-luate pain and dysfunction in these patients. The SP`-9000 medical infrared thermal imager was used for infrared thermal imaging on the day of the test and at 4 weeks after the test. ResultsUltrasound showed that the degree of knee cartilage wear was strongly correlated with the pain of knee osteoarthritis （r=0.817，P<0.01） and WOMAC （r=0.827，P<0.01）. There was a moderate correlation between patellar temperature and degree of cartilage wear on ultrasound （r=0.442，P<0.01）， and the upper medial temperature and the lower medial temperature were weakly correlated with the degree of cartilage wear on ultrasound （r=0.350 and 0.386，P<0.01）. The upper medial temperature was moderately correlated with pain （r=0.490，P<0.01） and WOMAC （r=0.438，P<0.01）. Patellar temperature was moderately correlated with pain and WOMAC （r=0.431 and 0.397，P<0.01）， and the lower medial temperature was weakly correlated with pain and WOMAC （r=0.373 and 0.311，P<0.05）. Infrared thermal imaging on the day of the test and at 4 weeks after the test confirmed the reliability and repeatability of infrared thermal imaging in evaluating the knee joint （ICC=0.73-0.84）. ConclusionInfrared thermal imaging combined with ultrasound can be used to assess the pain and dysfunction of knee osteoarthritis.

[KEY WORDS]osteoarthritis， knee; knee joint; thermography; ultrasonography

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（KOA）是老年人的常見(jiàn)疾病，隨著人口老齡化的加劇，到2020年KOA有可能成為殘疾的第四大主要原因，是導(dǎo)致老年人膝關(guān)節(jié)功能喪失、致殘的一個(gè)重要因素，它引起的疼痛和功能障礙嚴(yán)重影響人們的生活[1`-4]。目前KOA臨床常用影像學(xué)檢查包括X線、CT、MRI等。X線能夠檢測(cè)KOA的骨骼特征及關(guān)節(jié)間隙寬度，但對(duì)評(píng)估KOA關(guān)節(jié)組織損傷缺乏靈敏性和特異性，不能直接觀察關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)[5];CT可以用于判斷是否有骨折和骨贅，但CT輻射大，不宜多次檢查[6];MR可用于判定KOA合并半月板損傷及關(guān)節(jié)腔積液，但其價(jià)格昂貴，不能成為常規(guī)的檢查方式。近年來(lái)，隨著肌骨超聲檢查技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用超聲觀察解剖結(jié)構(gòu)病變和KOA疼痛之間關(guān)系的研究逐年增多。有研究使用超聲檢查發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)改變與疼痛之間存在關(guān)聯(lián)[3，7`-9];但MALAS等[5]研究未觀察到有癥狀組病人西安大略和麥克馬斯特大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)（WOMAC 骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)）與軟骨退化嚴(yán)重程度之間有正相關(guān)關(guān)系。KOA結(jié)構(gòu)病變與疼痛之間的關(guān)系尚無(wú)定論。紅外熱成像能夠?qū)Σ∽冞M(jìn)行生理和功能檢查[10`-12]。目前，膝關(guān)節(jié)紅外熱成像大多應(yīng)用于炎癥性關(guān)節(jié)炎所致的膝關(guān)節(jié)病變研究，用于評(píng)估KOA的研究較少[13`-14]。本研究聯(lián)合肌骨超聲和紅外熱成像方法，評(píng)估KOA病人的疼痛、功能障礙嚴(yán)重程度，探討聯(lián)合檢查對(duì)KOA臨床評(píng)估的價(jià)值。

1資料和方法

1.1研究對(duì)象

2017年11月—2018年6月，選取經(jīng)青島大學(xué)附屬醫(yī)院康復(fù)科確診的女性KOA病人42例，年齡（62.52±6.64）歲;BMI（23.71±1.90）kg/m2。診斷符合中華風(fēng)濕病學(xué)協(xié)會(huì)對(duì)于KOA的診斷標(biāo)準(zhǔn)[15]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①男性;②有膝關(guān)節(jié)手術(shù)病史者;③合并心血管、肝、腎、造血系統(tǒng)嚴(yán)重原發(fā)疾病及精神病病人;④其他疾病影響到膝關(guān)節(jié)者，如膝關(guān)節(jié)腫瘤、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)等;⑤妊娠或哺乳期婦女;⑥下肢動(dòng)脈嚴(yán)重狹窄者。

1.2膝關(guān)節(jié)超聲檢查及分組

采用GE LOGIQ E型彩色超聲診斷儀（6～12 MHz線性探頭）對(duì)受試者進(jìn)行膝關(guān)節(jié)軟骨檢查。受試者取仰臥位，膝關(guān)節(jié)完全屈曲，探頭橫向掃查髁間隙軟骨及內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁軟骨。軟骨磨損程度采用相關(guān)文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)[16]進(jìn)行判定：0級(jí)（正常），軟骨部位具有均勻的低回聲區(qū);1級(jí)（輕度），軟骨界面毛糙和（或）軟骨局部回聲增加; 2a級(jí)（中度），除上述變化外，還觀察到軟骨局部變?。ㄐ∮?0%）;2b級(jí)（中度），軟骨局部變薄50%～100%;3級(jí)，退行性變化（重度），軟骨局部變薄達(dá)到100%。根據(jù)超聲檢測(cè)到的軟骨磨損程度及分級(jí)，將研究對(duì)象分為輕度組和中重度組， 其中2a級(jí)、2b級(jí)及3級(jí)為中重度組，0級(jí)及1級(jí)為輕度組。本研究中雙側(cè)KOA病人共37例，將軟骨磨損程度較重側(cè)作為觀察側(cè);雙膝關(guān)節(jié)分級(jí)一致者選擇左側(cè)為觀察側(cè)。

1.3功能評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

1.3.1視覺(jué)模擬評(píng)分法（VAS）評(píng)分采用嚴(yán)廣斌[17]方法，分為10個(gè)等級(jí)，數(shù)字越大，表示疼痛的強(qiáng)度越大。

1.3.2WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分采用BELLYMA[18]提出的骨關(guān)節(jié)炎評(píng)分系統(tǒng)，評(píng)估過(guò)去1周受試者膝關(guān)節(jié)疼痛、僵硬和功能情況，并記錄總分。

1.4紅外熱成像檢查

1.4.1設(shè)備及環(huán)境要求紅外熱成像檢查采用醫(yī)用紅外熱成像儀（Spectrum 9000`-MB Series， Uni`-ted Integrated Service Co. Ltd， Taipei Hsien），溫度分辨率為0.05 K，測(cè)溫范圍10～40 ℃，最小解析溫差0.01 ℃。檢查在標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中進(jìn)行，其環(huán)境溫度與濕度分別為（25±1）℃、（50±10）%。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，以確保溫度計(jì)算的精確性，環(huán)境溫度不合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)舍棄。

1.4.2檢查方法分別于就診當(dāng)天及4周后行兩次紅外熱成像檢查。檢查前72 h受試者膝關(guān)節(jié)無(wú)外用藥物或貼敷物，檢查前病人在測(cè)試房間靜息裸露雙腿20 min，確保人體熱生理狀態(tài)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定平衡。受試者取站立位，調(diào)整相機(jī)與被試膝關(guān)節(jié)高度平行，焦距設(shè)置為72 cm。對(duì)病人的膝關(guān)節(jié)正面行兩次紅外成像采集，每幅圖像間隔為5 s。在受試側(cè)膝關(guān)節(jié)髕骨中央放置1元硬幣作為解剖學(xué)標(biāo)記，連續(xù)拍攝5次，第1次圖像舍棄，其余4次取平均溫度。采集完成后對(duì)所采集的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)、編輯、溫度測(cè)量及圖像分析。以超聲檢查側(cè)作為受試側(cè)。

1.4.3圖像分析使用紅外熱成像儀器自有程序進(jìn)行圖像分析。使用標(biāo)記圖像作為指導(dǎo)，提取整體膝關(guān)節(jié)和感興趣的5個(gè)區(qū)域（上內(nèi)側(cè)、上外側(cè)、髕骨、下內(nèi)側(cè)和下外側(cè)區(qū)域）的平均溫度。使用紅外熱成像獲得兩個(gè)圖像，一個(gè)未標(biāo)定髕骨位置（圖1A）;另一個(gè)使用1元硬幣標(biāo)定髕骨位置，該標(biāo)記物阻擋了溫度輻射，并且在紅外熱成像圖像表現(xiàn)為黑色圓圈（圖1B）。

1.5統(tǒng)計(jì)分析

使用 SPSS 23.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。應(yīng)用Spearman秩相關(guān)對(duì)超聲檢測(cè)到的軟骨磨損程度與5個(gè)區(qū)域的溫度、VAS評(píng)分、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，對(duì)5個(gè)區(qū)域的溫度與VAS評(píng)分、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。應(yīng)用獨(dú)立t檢驗(yàn)進(jìn)行組間年齡、BMI和膝關(guān)節(jié)溫度的比較。應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評(píng)價(jià)兩次紅外熱成像測(cè)量溫度的可信度以及可重復(fù)性。

2結(jié)果

2.1超聲檢測(cè)軟骨磨損程度及其與疼痛和骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)之間關(guān)系

超聲檢測(cè)顯示，軟骨磨損程度輕度組23例，其中0級(jí)11例，1級(jí)12例;中重度組19例，其中2a級(jí)7例，2b級(jí)8例，3級(jí)4例。兩組年齡和BMI比較差異無(wú)顯著意義（P>0.05）。見(jiàn)表1。VAS評(píng)分為5.36±1.99，WOMAC骨關(guān)炎指數(shù)為78.98±29.27。將超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度0級(jí)、1級(jí)、2a級(jí)、2b級(jí)、3級(jí)分別賦值為0、1、2、3、4，進(jìn)行Spearman秩相關(guān)分析，結(jié)果顯示超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度與膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的疼痛呈強(qiáng)相關(guān)（r=0.817，P<0.01），與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)也呈強(qiáng)相關(guān)（r=0.827，P<0.01）。

2.2紅外熱成像膝關(guān)節(jié)溫度

輕度組和中重度組比較，上內(nèi)側(cè)、髕骨、下內(nèi)側(cè)及整體膝關(guān)節(jié)溫度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.17～3.38，P<0.05），而兩組下外側(cè)和上外側(cè)溫度比較差異無(wú)顯著性（P>0.05）。見(jiàn)表2。

2.3紅外熱成像與超聲檢測(cè)顯示的軟骨磨損程度的相關(guān)性

兩次紅外熱成像檢查各個(gè)區(qū)域可靠性和可重復(fù)性均良好（ICC范圍為0.73～0.84）。膝關(guān)節(jié)髕骨溫度與超聲下軟骨磨損程度分級(jí)呈中度相關(guān)（r=0.442，P<0.01），上內(nèi)側(cè)溫度、下內(nèi)側(cè)溫度與超聲檢測(cè)顯示的軟骨磨損程度分級(jí)呈弱相關(guān)（r=0.350、0.386，P<0.05）。見(jiàn)表3。

2.4紅外熱成像與疼痛之間的相關(guān)性

膝關(guān)節(jié)上內(nèi)側(cè)區(qū)域平均溫度與疼痛呈中度相關(guān)（r=0.490，P<0.01），上內(nèi)側(cè)溫度與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈中度相關(guān)（r=0.438，P<0.01），髕骨溫度與疼痛呈中度相關(guān)（r=0.431，P<0.01），膝關(guān)節(jié)髕骨溫度與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈弱相關(guān)（r=0.397，P<0.01），下內(nèi)側(cè)溫度與疼痛呈弱相關(guān)（r=0.373，P<0.05），下內(nèi)側(cè)溫度與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈弱相關(guān)（r=0.311，P<0.05）。見(jiàn)表3。

3討論

目前，評(píng)估膝關(guān)節(jié)的影像學(xué)方法大致可分為結(jié)構(gòu)影像評(píng)估和功能影像評(píng)估。結(jié)構(gòu)影像評(píng)估是指對(duì)疾病涉及的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，檢查方法包括X線、CT、MRI和超聲等。功能影像評(píng)估可以提供疾病的生理變化和功能信息，如紅外熱成像、核素骨掃描等。本研究將功能影像評(píng)估和結(jié)構(gòu)影像評(píng)估相結(jié)合，探討其能否反映KOA病人的疼痛及功能障礙。

超聲是一種安全、無(wú)輻射和簡(jiǎn)易低價(jià)的檢查方式。SAARAKKALA等[16]分別使用關(guān)節(jié)鏡及超聲對(duì)KOA病人的軟骨磨損程度進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲檢測(cè)軟骨的改變與關(guān)節(jié)鏡下軟骨的退行性改變相關(guān)，并提出了一種可靠的軟骨磨損程度的劃分方法，此方法得到了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可[3]。本研究應(yīng)用超聲對(duì)軟骨磨損程度進(jìn)行評(píng)估，以判斷KOA的嚴(yán)重程度。結(jié)果顯示，超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度與疼痛及WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)呈強(qiáng)相關(guān)。國(guó)外研究亦顯示，超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)及疼痛相關(guān)[19]。說(shuō)明超聲檢測(cè)軟骨磨損程度可以間接反映病人的疼痛程度。其他研究顯示，軟骨磨損導(dǎo)致骨剝脫和骨傷害感受器的暴露是導(dǎo)致疼痛的機(jī)制之一[20`-22]。骨贅刺激神經(jīng)可能也是導(dǎo)致KOA疼痛的機(jī)制[5]，但是本研究并未進(jìn)行超聲骨贅檢測(cè)方面的研究，所以尚不能判斷骨贅與疼痛之間的關(guān)系。

本文病人就診當(dāng)天及4周后的ICC分析結(jié)果顯示，紅外熱成像評(píng)估KOA具有可重復(fù)性。本研究結(jié)果顯示，中重度KOA病人膝關(guān)節(jié)平均溫度較輕度KOA病人高，提示KOA可能存在炎性反應(yīng)過(guò)程。本研究結(jié)果還顯示，髕骨溫度與KOA的嚴(yán)重程度相關(guān)，與相關(guān)研究結(jié)果一致[13]。不同的是，X線只能用于評(píng)估中重度KOA[8]，因?yàn)橹挥熊浌墙Y(jié)構(gòu)損害很嚴(yán)重時(shí)X線才能顯示結(jié)構(gòu)上的變化;而使用超聲檢查則能夠早期發(fā)現(xiàn)軟骨的改變[9]，本文研究紅外熱成像與超聲所檢測(cè)到的KOA嚴(yán)重程度相關(guān)，說(shuō)明紅外熱成像不僅可以評(píng)估中重度KOA，也可以評(píng)估輕度KOA。本研究并未觀察到膝關(guān)節(jié)外側(cè)區(qū)域溫度與超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度相關(guān)，但膝關(guān)節(jié)上內(nèi)側(cè)溫度卻與超聲檢測(cè)的軟骨磨損程度呈弱相關(guān)，下內(nèi)側(cè)溫度與軟骨磨損程度也呈弱相關(guān)，說(shuō)明膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)區(qū)域?qū)τ谂袛郖OA嚴(yán)重程度具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

紅外熱成像對(duì)于疼痛的判斷存在一定的爭(zhēng)論。ARFAOUI等[14]觀察10例KOA病人和12例健康者皮膚溫度與疼痛的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)皮膚溫度隨疼痛程度的增加而升高，并可以用于評(píng)估疼痛程度。本文結(jié)果顯示，髕骨溫度與疼痛之間存在中等相關(guān)，與WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)存在弱相關(guān)。髕骨溫度與疼痛之間的關(guān)系可能是由于髕骨軟化引起滑膜血流量的改變，造成溫度變化[23`-24]。另外，本文結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)溫度與疼痛及WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)均呈中度相關(guān)，提示膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的紅外熱成像溫度的變化可用來(lái)判斷疼痛及功能障礙。膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)溫度變化與疼痛存在關(guān)聯(lián)性，可能與半月板擠壓及骨贅形成有關(guān)，KOA形成的新生血管和感覺(jué)神經(jīng)從半月板基部向尖端生長(zhǎng)，軟骨沉積形成的骨贅刺激這些感覺(jué)末梢神經(jīng)，造成膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的疼痛[24`-26]。神經(jīng)受到刺激后，局部血液循環(huán)的調(diào)控機(jī)制受到影響，因此導(dǎo)致溫度的變化。由于個(gè)體解剖結(jié)構(gòu)略有差異，為了更加精準(zhǔn)定位髕骨位置，本文使用1元硬幣以確定髕骨中心，這提高了溫度評(píng)估過(guò)程定位的準(zhǔn)確性。本文研究紅外熱成像圖像的采集和分析均是在膝關(guān)節(jié)站立靜態(tài)時(shí)進(jìn)行的，而許多疾病可能存在動(dòng)態(tài)的變化，因此，以后的研究應(yīng)進(jìn)一步在動(dòng)態(tài)情況下評(píng)估KOA病人的熱學(xué)變化。

既往有研究顯示，在糖尿病足病人感染的臨床癥狀發(fā)生前紅外熱成像能夠發(fā)現(xiàn)病人局部溫度的升高[27];在帶狀皰疹病人出現(xiàn)疼痛癥狀但未出現(xiàn)皰疹時(shí)，紅外熱成像能夠早期發(fā)現(xiàn)局部皮膚溫度的改變[28]。因此，紅外熱成像作為一種功能成像，可以早期發(fā)現(xiàn)疾病的變化。本文研究結(jié)果表明，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)及髕骨溫度變化與疼痛及功能障礙有關(guān)，提示紅外熱成像檢查能夠在結(jié)構(gòu)發(fā)生改變之前，顯示膝關(guān)節(jié)的生理改變，因此可以被用來(lái)進(jìn)行治療前評(píng)估。

綜上所述，KOA病人膝關(guān)節(jié)上內(nèi)側(cè)溫度與疼痛及功能障礙之間存在相關(guān)性，上內(nèi)側(cè)溫度可作為臨床評(píng)估KOA疼痛的指標(biāo)。由于本研究樣本量較小，紅外熱成像能否代表炎癥和疼痛客觀指標(biāo)還需要進(jìn)一步研究。超聲和紅外熱成像聯(lián)合檢查能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用，可在一定程度上作為KOA疼痛及功能障礙的評(píng)定手段，能夠一定程度上替代其他檢查方式。

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