术前膝关节剥脱性骨软骨炎分级及稳定性的磁共振成像评估

任 翠，郎 宁，陈 雯，袁慧书

北京大学 第三医院放射科，北京 100191

·论著·

术前膝关节剥脱性骨软骨炎分级及稳定性的磁共振成像评估

任 翠，郎 宁，陈 雯，袁慧书

北京大学 第三医院放射科，北京 100191

目的评价磁共振(MR)成像检查评估膝关节剥脱性骨软骨炎(OCD)分级及稳定性的能力。方法由2名放射诊断医师独立回顾性分析47例经关节镜证实的膝关节OCD患者的术前MR图像，按照OCD国际软骨修复协会分类标准将OCD病变分成4级，与关节镜结果进行对照，计算MR评价OCD稳定性的特异度、敏感度和准确度，计算Kappa值，评价2名医师之间MR诊断OCD分级的一致性。计算提示膝关节OCD不稳定的MR征象诊断不稳定OCD的特异度、敏感度及准确度。结果47例患者中，48个OCD病灶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级OCD分别为4、8、16、20例，2名医师MR术前诊断OCD稳定性的特异度、敏感度、准确度分别为75.0%(83.3%)、88.9%(86.1%)、85.4%(85.4%)，2名医师诊断OCD分级的一致性较好(Kappa=0.82)。提示膝关节OCD不稳定的MR征象：病灶与母体骨交界面线状高信号、病灶邻近骨质多发囊变影或出现大囊变(直径>5 mm)、累及全层的软骨骨折线、累及全层的软骨缺损诊断膝关节OCD稳定性的特异度、敏感度、准确度分别为83.3%、80.6%、81.3%；75.0%、72.2%、72.9%；66.7%、69.4%、68.8%；100%、86.1%、89.6%。结论软骨缺损是诊断不稳定OCD最特异的MR征象，而软骨骨折线的准确率最低。膝关节MR检查是评价OCD稳定性及分级比较可靠的方法。

剥脱性骨软骨炎；分级；稳定性；磁共振成像

剥脱性骨软骨炎(osteochondritis dissecans，OCD)为关节软骨及软骨下骨的局灶性坏死，确切病因不明，软骨覆盖的关节面重复损伤被认为是剥脱性骨软骨炎的主要病因，其他可能与缺血、骨骺异常骨化、遗传、内分泌等因素有关[1- 2]。OCD如不能早期诊断及合适治疗可导致过早发生骨性关节病。OCD的治疗方案主要取决于患者的生长板闭合情况、病灶位置、病灶大小及稳定性[3- 4]。骨骺未闭合的青少年患者稳定的、较小的OCD病灶，保守治疗治愈的可能性最大，而骨骺闭合的成人、不稳定或较大病变通常需要采取手术治疗[5]。上述影响治疗方案选择的因素中，病变稳定性的术前评估相对较难。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)检查直接评价软骨下病变及关节软骨的异常，可检出关节内游离体，是目前判断病变是否稳定的最佳成像方法。既往文献报道常规MR诊断膝关节OCD分级、稳定性的准确率在30%～92%[3，6- 8]，结果差异较大，并且绝大多数文献仅是综合OCD的所有MR征象判断病变的稳定程度，并未评价各个征象单独判断OCD是否稳定的能力。因此，本研究通过回顾性分析膝关节OCD的术前MR图像，与关节镜结果对照，评价MR诊断膝关节OCD分级、稳定性的能力，特别是各个征象独立判断病变是否稳定的能力。

对象和方法

对象选取2011年1月至2016年1月本院就诊的膝关节OCD患者，所有患者均在术前2个月内行MRI检查。所有患者仍需符合以下入组条件：(1) 既往无膝关节手术史；(2)不合并膝关节肿瘤、感染；(3)不合并结缔组织病相关的膝关节病变。共51例患者符合入选标准，其中4例OCD病变受运动伪影干扰被剔除，最终被纳入本研究的患者共47例，男性28例、女性19例，年龄11～38岁，平均(24.7±14.2)岁。

MR检查方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振扫描仪，8通道HD膝关节线圈。患者取常规平卧位，患膝完全伸直，足先进。扫描序列包括矢状位快速自旋回波T1加权像：重复时间(repetition time，TR)/回波时间(echo time，TE)=750/8 ms，层厚/间隔=3.5/0.5 mm，视野(field of view，FOV)16 cm×16 cm，矩阵256×256，激发次数(number of excitation，NEX)=2；矢状位脂肪抑制质子密度加权像(proton density weighted imaging，PDWI)：TR/TE=2600/34 ms，层厚/间隔=3.5/0.5 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩阵320×320，NEX=2；冠状位脂肪抑制PDWI：TR/TE=2300/32 ms，层厚/间隔=3.5/0.5 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩阵256×256，NEX=2；横轴位脂肪抑制PDWI：TR/TE=2100/34 ms，层厚/间隔=4.0/0.8 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩阵288×288，NEX=2。

MR诊断与分级标准由2名放射科医师在未与手术结果对照前提下，独立分析所有患者的 MRI图像，同时记录OCD病灶的位置、与相邻母体骨交界面的信号、与相邻软骨交界面信号、病灶下软骨的信号变化(无信号异常、低信号、未累及全层的高信号、全层高信号)、病灶下母体骨信号变化(无异常信号、骨髓水肿、囊变)、是否合并原位的骨碎片或关节游离体。

膝关节OCD分级标准：Ⅰ级：关节软骨增厚、完整，可伴有软骨信号异常；Ⅱ级：关节软骨骨折线或软骨缺损未累及全层，PDWI呈液体信号，无原位及关节腔游离体；Ⅲ级：关节软骨骨折线或缺损累及全层，PDWI呈液体信号，无关节腔游离体；Ⅳ级：病变中心出现原位骨软骨碎片和/或关节腔出现混杂或低信号游离体。Ⅰ、Ⅱ级OCD为稳定性病变，Ⅲ、Ⅳ级为不稳定性病变。

根据MR分级标准，2名医师独立诊断膝关节OCD分级。随后2名医师共同分析所有患者的上述MR征象，出现争议时，与另外1名高年资医师商议后达成共识，同时确定所有患者是否出现提示膝关节OCD不稳定的MR征象：病灶与母体骨交界面线状高信号、病灶邻近骨质多发囊变影或出现大囊变(直径>5 mm)、累及全层的软骨骨折线、累及全层的软骨缺损[9- 10]。将MR诊断结果与关节镜手术记录对照。

膝关节镜OCD分级标准：Ⅰ级：关节软骨软化，但关节面尚完整；Ⅱ级：骨软骨部分分离，部分与周围骨相连；Ⅲ级：骨软骨完全分离，但还位于缺损内；Ⅳ级：骨软骨分离脱落合并游离体形成。

统计学处理以膝关节镜手术结果为金标准，计算2名医师独立评价剥脱性骨软骨炎稳定性的特异度、敏感度和准确度。分别以上述提示膝关节OCD不稳定的MR征象诊断膝关节OCD稳定性的敏感度、特异度和准确度。计算Kappa值，评价2名医师之间MRI诊断OCD分级的一致性。0.75

结 果

膝关节OCDMR表现47例膝关节OCD患者共48个病灶(1例患者病变同时累及股骨内侧髁及股骨外侧髁)，其中26个位于股骨外侧髁、18个位于股骨内侧髁、4个位于股骨滑车。病灶均位于关节软骨下，形态在冠状位、矢状位上均为半月形的占62.5%(30/48)，在冠状位为半月形、矢状位为楔形或条状的占22.9%(11/48)，冠状及矢状位均为楔形或条状的占14.6%(7/48)。所有病变的长轴方向与关节面近乎平行，短轴方向垂直于关节面。病变在T1加权像呈低信号的占83.3%(40/48)，呈等信号的占16.7%(8/48)；抑脂的PDWI呈等/以等信号为主的混杂信号、呈高/以高信号为主的混杂信号分别占60.4%(29/48)、39.6%(19/48)。病变与病变下母体骨均可见清晰锐利或部分模糊的分界面，抑脂的PDWI呈线状或环形低或高信号，病变下母体骨均有不同程度的骨髓水肿，52.1%(25/48)病变下母体骨可见囊变影。部分病变与邻近软骨有交界面，可伴有关节软骨厚度、信号异常。

膝关节OCD分级与关节镜对照结果经膝关节镜证实的OCD，Ⅰ级4例、Ⅱ级8例、Ⅲ级16例、Ⅳ级20例(图1～4)。医师A、B术前MR分级结果分别为Ⅰ级4、5例，Ⅱ级10、12例，Ⅲ级14、11例，Ⅳ级20、20例(表1)。两名医师诊断OCD分级的一致性较好(Kappa=0.82)(表2)。医师A(B)判断膝关节OCD是否稳定的特异度、敏感度、准确度分别为75.0%(83.3%)、88.9%(86.1%)、85.4%(85.4%)。

提示膝关节OCD不稳定的MR征象与关节镜对照结果4个MR征象诊断膝关节OCD稳定性的特异度、敏感度、准确度显示，累及全层的软骨缺损判断膝关节OCD的特异度、敏感度、准确度最高，而累及全层的软骨骨折线最低(表3)。

OCD：剥脱性骨软骨炎；PDWI：质子密度加权像

OCD：osteochondritis dissecans；PDWI：proton density weighted imaging

图111岁男性左膝股骨内侧髁OCD Ⅰ级，脂肪抑制PDWI示OCD病变(白色箭头)呈高信号，冠状位(A)及矢状位(B)图像病变分别呈半圆形、条状，病变与相邻母体骨交界面可见线状低信号，母体骨骨髓水肿，病变下软骨增厚、信号增高

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

图215岁男性左膝OCD Ⅱ级；冠状位(A)、矢状位(B)脂肪抑制 PDWI示股骨内侧髁软骨下条状长T2信号影(白色箭头)，病变长轴与关节面平行，病变与相邻母体骨间可见波浪状低信号，母体骨可见大片骨髓水肿及圆形囊变影(黑色箭头)，病变下软骨信号增高

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

图3股骨外侧髁OCD Ⅲ级，术前MR诊断为Ⅱ级。脂肪抑制PDWI示关节面下以高信号为主的混杂信号影(白色箭头)，冠状位(A)病变呈半圆形，矢状位(B)呈楔形，病变与相邻母体骨可见环形低信号影，母体骨骨髓水肿，病变下软骨厚薄不均，呈低、略高混杂信号，该患者同时合并外侧半月板撕裂(黑色箭头)及胫骨平台骨挫伤

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

图414岁男性左膝关节OCD Ⅳ级；冠状位(A)脂肪抑制PDWI示股骨外侧髁关节软骨缺损(白色箭头)，局部被关节积液填充，相应软骨下骨可见线状低信号，邻近母体骨骨髓水肿，矢状位(B)脂肪抑制PDWI示股骨外侧髁后缘可见移位的骨软骨碎片(黑色箭头)

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 膝关节OCD MR分级与关节镜对照结果[nA(nB)]Table 1 MR staging results of OCD of the knee compared with arthroscopic findings [nA(nB)]

MR：磁共振；nA(nB)分别为医师A、B的MR诊断结果

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

表 2 A、B两位医生对膝关节OCD MR分级的一致性评价Table 2 Agreement in MR staging for OCD between doctors A and B

Kappa=0.82，P<0.05

表 3 MR征象诊断膝关节OCD稳定程度的特异度、敏感度、准确度(%)Table 3 Specificity，sensitivity，and accuracy of MR features for diagnosis of OCD stability in the knee (%)

讨 论

剥脱性骨软骨炎是儿童和青少年膝关节疼痛的常见原因之一，OCD的治疗方案及预后与病灶的位置、大小、稳定性及生长板的闭合情况密切相关，其中病灶的稳定性是决定保守治疗能否治愈的最重要的独立预后因素[11- 12]。MRI是唯一能够显示关节软骨的影像学方法，同时检出骨内病变的敏感性高，是目前早期诊断剥脱性骨软骨炎和分期最有效的成像方法。

膝关节OCD的MR表现OCD最易累及膝关节，股骨内侧髁、股骨外侧髁、股骨滑车、髌骨为常见的发病部位，发生率依次递减。股骨内侧髁的后外侧部被认为是膝关节OCD的经典发病部位，发生率约69%，股骨外侧髁的发生率约为10%，多累及股骨外侧髁的中心承重区，单独累及股骨滑车或髌骨的病例不足5%，并且绝大多数髌骨病变位于髌骨的内下1/4象限[13]。与文献报道结果不同，本研究膝关节OCD病变多位于股骨外侧髁。

MR可直接显示软骨下OCD病灶，本研究在T1加权成像大部分呈不同强度的低信号，少数呈等信号；抑脂的PDWI上呈等和/或高信号，信号均匀或混杂，绝大部分病变长轴与关节面方向一致，边界较清晰，邻近骨质伴有不同程度的骨髓水肿，结果与文献报道类似，有研究参照病变邻近正常骨质信号及关节积液信号，将膝关节OCD病变信号采用半定量的分级标准进行比较，结果表明在T1加权成像上，信号强度低或等于邻近正常骨质，在T2加权成像表现为不同程度的低、等、高信号[14]。

提示OCD不稳定的MR征象病理基础及误诊原因分析本研究OCD病灶与相邻母体骨均可见清晰锐利或部分分界模糊的交界面，PDWI呈高或低信号。有文献报道高信号(液体信号)是判断骨软骨碎片不稳定的可靠征象之一[3，15]，然而本研究出现了假阳性、假阴性病例，这可能与以下因素有关。Zbojniewicz等[16]对国际软骨修复协会分期(Ⅰ～Ⅱ级)的膝关节OCD术前MR征象与经关节针芯活检的组织病理学结果的对照研究表明，病灶-母体骨交界面及软骨下邻近骨小梁在病理学切片中见大量纤维血管组织，对应MR上纤维血管组织的表现有两种形式，圆形囊变影或T2加权像、PDWI序列上线状或相对弥漫的高信号影，这与进入骨软骨碎片与母体骨间的关节积液很难鉴别，然而在梯度回波序列 T1加权像序列纤维血管组织呈高信号，关节积液呈低信号，有利于二者的鉴别[17]。此外，有研究表明经关节镜证实的青少年稳定的膝关节OCD病变，在MR上病变与母体骨之间可出现线状高信号[18]。对MR上膝关节OCD病变周围出现囊变及线状高信号的青少年患者成功进行保守治疗后，这些邻近骨质的异常信号可完全消失[19]。因此，OCD病变周围的囊变及与母体骨间的高信号不是病变是否稳定的特异性表现，需结合相邻关节软骨的信号变化及软骨的连续性综合评价。OCD病灶与母体骨交界面PDWI序列上出现线状低信号的确切原因不明，可能代表高度组织化的纤维组织或交界面形成的硬化骨[10]。部分病例相邻软骨增厚，对应组织病理学的软骨细胞增生，是软骨损伤的非特异性表现，也常见于骨关节病[16]。当病灶下软骨骨折线累及关节软骨全层引起断端错位时，MR可准确诊断不稳定OCD，然而，当无软骨错位时，PDWI序列上不易判断软骨骨折线的累及范围，此外，与软骨损伤引起的信号增高不易鉴别，这也是本研究鉴别Ⅱ、Ⅲ级OCD准确率不高的原因。

本研究的局限性包括：(1)Ⅰ、Ⅱ级病例均为合并半月板和/或韧带撕裂经关节镜治疗的患者，且占所有OCD病变的比例较低，造成样本的选择偏倚，进而影响研究结果。(2)以单个MR征象判断病变稳定性，不同观察者的一致性尚未评价。(3)回顾性研究内在的局限性，本研究MR检查并未应用专门显示软骨的成像序列，然而膝关节软骨相对较厚，常规序列能清晰显示病变，但是功能及高分辨成像序列也许有助于判断软骨骨折线或裂隙的累及范围。

综上，MR多参数、多方位成像，直接显示关节软骨的优点，是评价剥脱性骨软骨炎稳定性及分级比较可靠的成像方法。本研究软骨缺损是诊断不稳定OCD最特异的MR征象，而软骨骨折线的准确率最低。

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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

北京市自然科学基金(7164309)和国家自然科学基金(81701648)Supported by the Beijing Natural Sciences Foundation(7164309)and National Natural Sciences Foundation of China(81701648)

袁慧书 电话：010- 82264188，电子邮件：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)