膝关节软骨下机能不全性骨折影像诊断

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膝关节软骨下机能不全性骨折（Subchondral insufficiency fracture，简称SIF） 是一种发生在承重关节（如膝关节）的骨折类型，其特点是在无明显外伤史的情况下，由于骨骼因素（如骨质疏松）、软骨因素（如软骨变薄导致的局部应力增高）或肌肉因素（如肌肉萎缩、肌肉量减少）等导致的微骨折。以下是对膝关节软骨下机能不全性骨折的详细解答：

一、定义与概述

• 定义 ： 膝关节软骨下机能不全性骨折是指 股骨远端 或 胫骨近端软骨下骨髓质 发生的 不完全性骨折 ，常 伴有周围骨髓水肿 。

• 好发人群 ： 多见于中老年女性，特别是60岁以上的女性，且通常无明显外伤史。

二、病因与发病机制

• 骨骼因素 ： 生理性应力作用于异常骨量（如骨质疏松）时，易发生骨折。

• 软骨因素 ： 关节软骨生物力学状态改变，引起关节下骨应力增加，骨性关节炎是最常见原因。

• 肌肉因素 ： 肌肉萎缩、肌肉量减少导致关节稳定性下降，易发生骨折。

• 其他因素 ： 包括低骨矿物质密度、半月板后根部撕裂、半月板突出、胫骨近端内翻畸形等。

三、临床表现

• 症状 ：主要表现为 膝关节急性非创伤性疼痛和肿胀 ， 关节活动受限 。

• 体征 ：压痛、叩击痛，关节活动受限等。

四、诊断方法

• 1、X线检查

• 早期表现 ：

• 早期X线检查往往呈阴性，即无明显异常发现。

• 随着病情的发展，可能逐渐出现软骨下透亮区或骨质硬化，这些变化反映了骨折后的骨坏死和关节面塌陷。

• Koshino分型 ：

• I期：正常X线表现，无异常发现。

• II期：软骨下负重区出现放射状透亮线，这是骨折线的早期表现。

• III期：放射状透亮线扩大，并伴有周围硬化，同时软骨下骨出现塌陷。

• IV期：受累股骨髁形成骨赘和骨硬化，关节间隙变窄，呈现骨关节炎（OA）样外观。

• 2、MRI检查

• MRI是目前普遍认可用于早期识别SIFK的手段，其优势在于能够清晰显示软骨、半月板及骨髓水肿等病变。

• 骨折线表现 ：

• 沿股骨髁关节面的软骨下髓质骨 ，所有序列均 呈锯齿状、匍匐走行的低信号骨折线。这是SIFK的典型MRI表现。

• 骨折线在T1WI图像上呈低信号，而在T2WI图像上可能因水肿而显示为高信号。

• 骨髓水肿 ：

• 质子压脂序列（如STIR或FS PDWI）显示 急性或亚急性期的邻近骨髓水肿，这是SIFK的重要征象之一。

• 早期MRI上，SIFK表现为软骨下骨板区域线样低信号带，伴周围广泛的骨髓水肿。

• 其他征象 ：

• 半月板病变：如半月板撕裂、半月板突出等，这些病变与SIFK的发生密切相关。

• 软骨损伤：早期关节软骨通常无破坏，但随着病情进展，可能出现关节面塌陷和骨关节炎等改变。

• 3、其他影像学检查

• SPECT/CT ：

• 在复杂结构的评估上，SPECT/CT的敏感性明显高于平面骨闪烁显像。

• SPECT/CT能进行三维的解剖学评估，有利于病灶定位及异常征象的显示。

• 深度卷积神经网络 ：

• 有学者利用深度卷积神经网络实现了SIFK和OA的鉴别，提高了诊断的准确性。

• 4、总结

• 膝关节软骨下机能不全性骨折的影像诊断主要依赖于X线和MRI检查。X线检查能够显示骨折的晚期变化，而MRI则能够早期发现骨折线和骨髓水肿等征象。此外，SPECT/CT和深度卷积神经网络等新技术也为SIFK的诊断提供了新的手段。综合多种影像学检查方法，可以更加准确地诊断膝关节软骨下机能不全性骨折。

• 
  

• 组织病理学检查 ：可通过手术切除的完整SIFK标本进行，以进一步确认诊断。

五、治疗方法

• 保守治疗 ：适用于不严重的骨折病例，包括休息、冷敷、止痛药物和物理治疗等。

• 手术治疗 ：一般用于较严重或复杂的骨折情况，包括关节镜下手术修复、骨块复位和内固定等。

六、预防措施

• 避免外力冲击和剧烈活动 ：减少因外伤导致的骨折风险。

• 适当进行肌肉锻炼 ：增强关节稳定性，降低骨折发生率。

• 保持健康的生活习惯和饮食 ：有助于维持骨骼健康，预防骨质疏松。

七、病例分析

临床病史：59岁女性，既往无手术史，膝关节内侧疼痛1个月。

(1a c）冠状面和（1b）矢状面脂肪抑制质子密度加权MR图像。

患者在4个月后进行了随访MR，并进行了间歇性髋关节手术。(1d)提供冠状脂肪抑制和（1 e）矢状非脂肪抑制质子密度加权图像，沿着（1f）AP射线照片。

1a

1b

1c

1d

1e

1f

Figure 1 图1

调查结果是什么？诊断结果是什么？

结果

2a

2b

2c

2d

2e

2f

Figure 2: 图二：

最初的研究（2a-c）显示新月形软骨下骨折（箭头），与软骨下骨板不可分离，周围有骨髓水肿（骨髓水肿），伴有内侧突出（短箭头）。内侧半月板后根也有放射状撕裂（箭头）。2个月后（2 d-f）的随访MR显示充满液体的软骨下骨折（箭头2d），以及在MRI和X线片（短箭头）上显示的蛇形皮质下“双线征”（箭头2 e）、皮质下囊肿和皮质塌陷。

诊断

Subchondral fracture with progression to osteonecrosis.
软骨下骨折进展为骨坏死。

介绍

索引病例显示软骨下骨折，进展为骨坏死和皮质塌陷。随着MR的广泛使用，在临床实践中观察到这种进展的发现并不罕见。因此，“膝关节自发性骨坏死”的诊断已被放弃，现在被认为是 软骨下骨折后发生的骨坏死 。这是一个重要的区别，因为软骨下骨折可能完全消退，而不会发生骨坏死。某些MRI结果与初始骨折后更有利或不利的结局有关，因此MRI可用于帮助指导治疗计划，范围从关节保留保守治疗到全关节置换术。

解剖学和病理学术语

股骨髁骨坏死的文献往往是混乱的，由于术语和试图分类病因。先前所称的膝关节自发性骨坏死（SONK）已被证明代表软骨下骨折，骨坏死的未来发展尚不确定。

软骨下骨折 是 指位于皮质和软骨下骨板下方的骨折 ，无皮质轮廓异常或破坏。骨软骨骨折涉及软骨和软骨下骨板，可能表现为皮质破坏、皮质凹陷、碎裂或这些表现的组合。皮质下或骨软骨骨折可能发生在急性创伤的情况下，通常发生在年轻的运动员患者中，具有可识别的损伤模式，例如与ACL撕裂相关的股骨外侧髁终末沟损伤。软骨下骨折也可能是由于慢性低强度应力。 应力性骨折可进一步分类为疲劳性骨折或功能不全性骨折。疲劳性骨折是由于对正常骨骼施加的不正常应力，例如马拉松训练。功能不全骨折是指正常的生理应力施加到骨上，使骨承受应力的能力受损，例如潜在的骨质疏松症。 尽管描述 膝关节和股骨头坏死的文献通常将初始骨折称为软骨下骨折，但骨质疏松症通常不能通过MRI可靠诊断，因此这些损伤在本讨论中称为软骨下骨折 。

骨坏死是一个广义的描述性术语，可用于任何因部分或完全失去血液供应而受损的骨区域。传统上，术语缺血性或缺血性坏死用于骨骺或软骨下部位发生的骨坏死，而骨梗死用于干骺端部位。骨坏死的病因是多种多样的，包括特发性、创伤后、类固醇、酒精中毒和胶原血管疾病。它也可以在手术后看到。在缺血性损伤后，一个过度血管化的肉芽组织区域形成，试图隔离和修复骨坏死段;这个过度血管化的区域被称为爬行替代区。在蠕动替代区与有活力的血管化骨的界面处，发生骨强化，其最终进展为硬化边缘，其通常在形态上是蛇形的。当该过程发生在承重骨（如股骨髁）的骨骺时，反应性血管化过度区上的撞击力可能导致上覆皮质和软骨裂开，导致软骨下骨折平面，这预示着关节塌陷和不可逆损伤。

骨骼由致密的皮质骨组成，其多孔性和弹性低于松质骨的松散小梁结构。皮质骨能够承受更多的应力，特别是长骨末端的轴向载荷，而松质骨更能够响应应力而变形。随着年龄的增长，皮质骨的孔隙率增加，降低了其承受压力的能力。同时，衰老/骨质疏松骨中矿化、晶体结构和骨结构的复杂变化导致松质骨的强度和弹性下降。

关节软骨包括四层：浅层、过渡层、深层和钙化层。钙化层是过渡区，软骨附着在骨骼上。在钙化软骨区的深处是一层密质骨，即软骨下骨板，它将软骨与下面的骨小梁分开。有人认为，软骨下骨板和直接下方的骨小梁吸收了关节上的大部分机械应力。

MRI表现

在MRI上，软骨下骨折在T1加权像上表现为线性皮质下低信号。T2加权像上可能看不清楚，除非有小梁嵌塞，这会导致T1和T2加权像上的低信号线。T2加权像上的“ 双线征 ”被认为是骨坏死的诊断。内部信号增强线代表血管化的肉芽组织，外部低信号线是由于骨附着的新骨。 [6 ]双线征在骨骺或干骺端病变中可见，对于既存骨坏死病例的最终结局本身没有预测价值，骨坏死可以消退、稳定或进展为皮质塌陷。然而，在先前不复杂的软骨下骨折的随访影像学中出现双线征可能预示着不可逆损伤的进展。只有在相对较新的股骨头和股骨髁骨坏死的文献中，软骨下骨折才被认为是一个单独的实体， 可能自发消退或进展为骨坏死 。软骨下骨板下方充满液体的骨折线预示着最终的皮质塌陷，类似于X线片上的新月征。

病例是膝关节软骨下骨折的典型表现，以前称为SONK。 典型的患者年龄至少为60岁，通常会突然出现持续的疼痛，几乎没有或没有先前的创伤。它更常发生在女性，股骨内侧髁是最常见的位置，因为骨内血液供应更有限，具有分水岭区域，而不是股骨外侧髁。股骨外侧髁或胫骨平台也会发生软骨下骨折。 在MRI上，软骨下骨折在软骨下区域表现为线性低信号，代表软骨下骨折骨痂和肉芽组织，周围有广泛的骨髓水肿。骨折可表现为髓腔内线状、细而常不连续、曲线状或平行于关节面，代表骨折骨痂和肉芽组织。 或者，它可能是厚的和新月形的，与关节面连续，导致低信号强度的软骨下骨板明显“增厚”，感觉是骨痂和肉芽组织，在骨折线和关节面之间有继发性骨坏死。骨折线形态和厚度的差异与初始骨折消退或进展为骨坏死的可能性有关。类似地，关于股骨头坏死的文献也描述了软骨下低信号线的形状作为区分软骨下骨折和骨坏死的有用工具。平行于股骨头关节面或凸向股骨头关节面的线性不连续线被认为是骨折的指示，而围绕新月形坏死节段的凹线则指示骨坏死。因此，低信号线和皮质之间剩余的活骨量似乎是病变是否消退或进展的关键因素。一项研究表明，软骨下骨折线横向深度大于4 mm和AP大于14 mm与预后不良相关。其他研究者证明，病变大于股骨髁横向宽度的50%与不良结局相关。最近的研究表明，骨折可能发展为不可逆性骨坏死的最重要的发现是骨折线的测量值大于26 mm，结合AP、横向和深度，单个测量值AP 16.5 mm和横向10.5 mm。虽然在早期研究中发现骨髓水肿的程度并不显著，但在另一项研究中，骨髓水肿累及75-100%的股骨内侧髁与不良结局相关。

软骨下骨折与半月板撕裂相关，特别是径向撕裂和内侧半月板后根撕裂，因为此类撕裂降低了半月板承受环向应力的能力，导致关节面轴向载荷增加。骨折间室的全层软骨缺损和内侧髁体的内侧挤压程度（从内侧胫骨皮质到内侧髁体中部测量5 mm）均与不太可能消退的软骨下骨折相关。.存在充满液体的软骨下骨折或发展为双线征伴囊性改变或皮质塌陷均提示不可逆或高度病变。基于髋关节缺血性坏死的改良Ficat和Arlet系统，提出了一种软骨下骨折的分期系统，但该系统基于对早期疾病不敏感的X线。最近的一项研究提供了一个基于MR的软骨下骨折分级系统，1级和2级为低度病变，保守治疗可逆转，而3级和4级为高度病变，需要手术。I级是有争议的，因为它被描述为骨髓水肿。2级是骨髓水肿伴低信号强度软骨下骨折线，3级表现包括充满液体的软骨下骨折线和囊性变化，4级是指软骨下塌陷伴皮质台阶。

索引病例有几个与骨坏死进展相关的结果。病变横向10 mm x AP 15 mm x深度5 mm，总计30，大于最大截止值26 mm。还有明显的软骨缺损，后根内侧半月板撕裂，半月板体内侧挤压5 mm。随访MR显示进展为4级病变，伴有液体填充的软骨下骨折和皮质塌陷。

图3显示了股骨内侧髁的轻度软骨下骨折。骨折线横向测量值为6 mm，AP为10 mm，厚度为1 mm，远低于26 mm的联合测量值，表明存在不可逆损伤。虽然存在广泛的骨髓水肿，但仅在股骨内侧髁处存在轻度至中度软骨软化，并且没有踝关节撕裂。患者9周后返回，在先前骨折部位仅存在微小的残留信号异常。

3a

3b

3c

Figure 3: 图三：

(3a，B）在脂肪抑制质子密度加权冠状面（3a）和矢状面（3B）图像上，在股骨内侧髁软骨的轻度至中度变薄和裂隙下可见一条薄的皮质下低信号强度骨折线，周围有广泛的骨髓水肿（箭头）。

(3c（d）9周后随访时，在原始骨折区域仅保留一条细线的软骨下骨髓水肿。

图4中的患者是一位69岁的女性，其具有测量为11 mm横向X 18 mm AP X 3 mm深度的软骨下骨折（4a，B）。她还具有全层软骨缺损和内侧半月板的后角和主体的复杂退行性撕裂，伴有半月板的自由边缘的截短、内侧半月板的后根的径向撕裂（未示出）和半月板主体的内侧挤压。虽然从技术上讲这是一个2级病变，其大小是预后不良的预测，因为是类型的尿道撕裂和软骨软化的程度。患者接受了部分半月板切除术，2年后出现3级病变（4c），显示皮质下囊肿和充满液体的软骨下骨折线，以及胫骨对合面的广泛退行性变化，沿着。

4a

4b

Figure 4: 图四：

图4a、B：冠状面（4a）和矢状面（4b）STIR图像，最初表现为厚软骨下骨折（箭头）、广泛骨髓水肿、全层软骨缺损和内侧椎体内侧挤压。

图4c：2年随访显示，在胫骨平台内侧（箭头）有充满液体的软骨下骨折（箭头）、皮质下囊肿和新的退行性骨变化。

图5中的患者是一位66岁的女性，在跌倒后3周出现疼痛、r/o半月板撕裂。