膝关节软骨下功能不全骨折：当前概念和放射学鉴别诊断的回顾

介绍

膝关节软骨下功能不全骨折 (SIFK) 是一种与膝关节反复受到生理压力有关的微骨折。它是中老年人膝关节疼痛的常见原因。功能不全骨折是一种应力性骨折，除膝关节外，往往发生在下肢负重关节，如股骨头和距骨。

由于 SIFK 是一种骨折，患者常常表现为急性膝关节疼痛，通常持续数月。如果骨形态保持正常且无骨塌陷，则患肢不负重的保守治疗往往是首选治疗方法。部分患者的病变无法愈合，最终发生与骨坏死相关的软骨下塌陷。晚期病例或患有骨关节炎 (OA) 的患者通常需要手术治疗，例如关节置换。早期诊断和适当治疗对于改善 SIFK 的预后至关重要。然而，早期病变在初次就诊时通常在 X 光片上没有显示任何异常，从而导致延误适当治疗。另一方面，MRI 是早期发现骨软骨异常的绝佳工具。因此，对于突然出现膝关节疼痛但X线片正常的老年人，应考虑进行MRI检查。随着老年人数量的增加，对膝关节疼痛的准确评估的需求也日益增加。本文，我们讨论了SIFK的当前概念及其影像学表现，包括应考虑的鉴别诊断。

SIFK 的历史

1968年，Ahlbäck 等人首次将 SIFK 描述为“膝关节自发性骨坏死 (SONK)”。他们认为这是一种原发性骨坏死，因为标本上观察到了骨坏死，尽管无法确定明显的病因。20 世纪 90 年代，股骨头软骨下功能不全骨折 (SIF) 的概念逐渐传播开来。SONK 的发病机制也得到了重新认识，2000 年，Yamamoto 等人在组织学研究中报告称 SONK 的真正本质是软骨下骨折，而骨坏死是次要表现。随后出现了类似的报告，现在人们普遍认为 SONK 是软骨下骨折的终末阶段，是SIFK的一部分（图1）。回顾该术语的历史，SONK 和 SIFK 均曾用于描述该病。最近，一些研究者认为 SONK 中的“自发性”一词不能反映其发病机制，不应再使用“SONK”这一术语。尽管从骨折到骨坏死的病理机制尚不明确，但有人认为骨坏死可能与软骨下微骨折引起的骨内压增高和局部血液循环减少有关。

解剖学

SIFK 的目标病变是膝关节的骨骺病变。骨骺由关节软骨、软骨下皮质骨和其下的关节下骨小梁组成。关节软骨包含细胞外基质，该基质由大量水、胶原蛋白、蛋白多糖和少量软骨细胞组成。成人关节软骨由四层组 成，每层具有不同的细胞结构和胶原蛋白组织，从关节表面开始依次为浅层、过渡层、深层和钙化层。在关节软骨的深层和钙化层之间存在一个称为潮标的区域，用苏木精染色会呈现深色 。潮标对应于矿化前沿，具有多种生物力学功能。最深层的钙化层与下方的软骨下皮质骨统称为软骨下板，支撑浅层软骨（图2）。软骨下板厚度不均匀，在负重区较厚，在髁突周边区域较薄。在日常使用的 MRI 中很难区分软骨下板的两层，仅在 T2 加权图像（T2WI）或质子密度加权图像（PDWI）上才能识别出单个线性低信号带。在放射学领域，“软骨下骨”或“软骨下区”一词经常被模糊使用，一般指软骨下板和附近的松质骨。关节软骨和软骨下骨疾病统称为骨软骨病变。

临床表现

SIFK 是一种功能不全性骨折，患者在没有任何外伤史的情况下突然出现膝关节疼痛。患者通常可以准确地回忆起疼痛开始的时间和当时正在做的事情。膝关节负重和运动时疼痛加剧，甚至在休息时（包括夜间）也经常持续疼痛。体格检查发现患处有压痛，通常可见关节积液。这些症状有时与其他疾病相似，包括半月板和软骨损伤。

SIFK在 50 岁以上的女性中更为常见。Plett 等人报告称，73 名 SIFK 患者中 64.4% (47/73) 为女性 。据报道，晚期病变在女性中更为常见。与更年期相关的低骨密度 (BMD) 可能是 SIFK 在老年女性中更常见的原因之一。

SIFK最常见于股骨内侧髁的负重区。与股骨内侧髁相比，胫骨内侧髁、股骨外侧髁和胫骨外侧髁很少发生。Wilmot 等分析了 74 例 SIFK，发现 64.9% （48/74）的病例位于股骨内侧髁，16.2%（12/74）的病例位于股骨外侧髁和胫骨内侧髁，2.7%（2/74）的病例位于胫骨外侧髁，且好发于髁中央 1/3 区域（70%-77%）。多数病例为单侧，但也可有多个或双侧髁同时或不同时间受累。Reddy和Frederick在一项尸体研究中报告称，股骨内侧髁的骨内血供较股骨外侧髁差，且有分水岭区域，这可能与股骨内侧髁受累倾向有关。也可能与各髁骨强度的差异或半月板损伤的频率有关，这将在后面讨论。

影像学表现

放射线摄影

第1期，有膝关节症状但没有任何 X 线表现的患者；

第2期，骨骼变平且有软骨下透射影的患者；

第3期，患者软骨下塌陷；

第4期，患者出现退行性骨关节炎改变（表1）。

Koshino 分类至今仍经常用作确定治疗策略的参考。

磁共振成像

X 光检查对于 SIFK 的早期诊断并不敏感，而 MRI 则非常适合检测骨软骨病变，是怀疑 SIFK 时的最佳早期诊断方法 。MRI 的特征性发现是骨髓水肿样信号强度和受影响髁的软骨下低信号线（图4）。

图 4

   1988 年，Wilson 等首次使用“骨髓水肿”一词来描述 MRI 上的异常骨髓信号强度。他们发现主诉膝关节疼痛的患者在 T1 加权像 (T1WI) 上呈现细微低信号，在脂肪抑制 T2WI 上呈现细微高信号。他们认为这是骨髓水肿，但没有组织学证据。随着 MRI 的普及，这种表现已在患有各种疾病的膝关节中观察到，包括 SIFK、OA、创伤、炎症和肿瘤。病理学上已证明这种表现并非以水肿为主，而是淋巴浸润、纤维化、血管化增加、血液产物、碎骨的肉芽肿灶和不同比例的软骨碎片的混合物。因此，它越来越多地被称为骨髓病变、骨髓水肿样病变或骨髓水肿样信号强度，而不是“骨髓水肿” 。如上所述，这种骨髓水肿样信号强度见于各种情况，并非 SIFK 所特有。然而，它是 SIFK 的特征，因为它延伸到受影响髁的广泛区域。Ramnath 等人报告称，82% ( 9/11 ) 的 SIFK 患者有这种信号变化，延伸到髁的三分之二以上。虽然文献中没有病理学证据解释 SIFK 患者这种广泛信号异常的原因，但这可能是由于与骨折相关的骨反应性变化以及与 SIFK 中骨软骨和半月板损伤相关的骨机械应力所致。尽管如此，初始 MRI 上这种骨髓水肿样信号强度的程度与 SIFK 的预后无关。

T2WI 和 PDWI 上的软骨下低信号线是 SIFK 更具特征性的发现。与急性创伤不同，SIFK 中的骨折线在任何序列中通常都显示低信号，包括液体敏感的 MR 序列。在组织学上，这条低信号线对应于骨折愈伤组织、增厚的塌陷骨小梁、反应性软骨和肉芽组织。该软骨下低信号线通常与软骨下板大致平行或呈曲线状延伸，距离骨骺表面几毫米。它也可能是不连续的或开放的。同样，可以观察到低信号强度的软骨下区域，它是骨折愈伤组织、肉芽组织和浅层继发性骨坏死的混合物。该低信号强度的软骨下区域通常与软骨下板融合，放射科医生不应忽视它，因为它类似于增厚的软骨下板（图5）。

此外，骨骺可出现轻微轮廓畸形或扁平，这反映了软骨下板骨折。在晚期病例中，可以看到软骨下板下充满液体的裂隙或骨的骨软骨缺损，对应于骨折后骨坏死相关的骨塌陷或解剖（图6）。

骨闪烁显像

骨闪烁显像可显示病变部位的摄取，但其敏感性和特异性较低。因此，在目前的MRI时代，骨闪烁显像不再推荐用于SIFK的诊断。

相关发现

SIFK 的病因被认为是多因素的，迄今为止已报告了多种风险因素或相关发现。

骨矿物质密度（BMD）

SIFK是一种不全性骨折。根据此定义，低 BMD 可被视为 SIFK 的危险因素。多项研究报道了低 BMD 与 SIFK 之间的关联。然而，Nelson 等人发现，只有16 % ( 5/32 ) 的 SIFK 患者被归类为骨质疏松症。相比之下，44% (14/32) 的患者 BMD 正常，这表明低 BMD 不是 SIFK 的主要危险因素。到目前为止，BMD 与 SIFK 之间的关系仍然存在争议，尚无明确证据表明 BMD 阈值与 SIFK 风险相关。

半月板异常

许多回顾性研究提到了半月板撕裂与 SIFK 之间的关联，半月板异常可能在该疾病的发展中发挥作用。这些半月板异常大多为内侧半月板撕裂，常位于 SIFK 同侧。最常见的撕裂是后根部撕裂，其次是后角放射状撕裂（图7）。有一些报道称 SIFK 与内侧半月板挤压有关（图5），也有一些关于 SIFK 与半月板切除术的报道。

半月板在膝关节的运动和稳定性中起着至关重要的作用。半月板是由纤维软骨组成的 C 形结构，其前根和后根牢固地附着于胫骨。在半月板的深层中央主层，胶原纤维呈周向延伸，将膝关节上的垂直负荷转化为周向环向应力。由于这种称为“环向机制”的结构，施加在膝关节上的负荷分布在半月板的周向上。具体而言，已知半月板的后根对半月板稳定性的贡献大于前根。半月板后根附着处的撕裂被认为是半月板挤压的危险因素。如果由于半月板撕裂、挤压或切除导致该环状机制被破坏，膝关节负荷面的接触压力就会增加，这可能导致 SIFK 的发生。

骨关节炎

多项报道显示膝关节 OA 与 SIFK 存在关联。最近，Allam 等报道软骨病变的程度与 SIFK 的严重程度相关。由于半月板具有保护膝关节面免受机械应力的作用，因此半月板损伤也与膝关节 OA 的发生有关。Plett 等报道，75.7% (53/70) 的 SIFK 患者有全层软骨缺失，94.1% (64/68) 的患者有同侧半月板损伤，半月板损伤可能与 SIFK 和 OA 的发生有关。

超重/肥胖

关于患者体重与SIFK关系的研究表明，超重患者下肢关节承受的压力更大。Zanetti等发现40.6% (13/32) 的SIFK患者超重或肥胖（体质指数> 25.0 kg/m ²）。然而，最近有报道称体重与SIFK预后无关。

预后和治疗

预后因素

SIFK 患者的预后各不相同。一些患者通过保守治疗可恢复，而另一些患者则无法愈合，导致病变部位的软骨下骨坏死，最终需要进行膝关节置换手术。对于髋关节 SIF，预后受年龄、体重、骨密度、骨折大小、患者活动和初始治疗等因素影响。这些因素也可能与 SIFK 的预后有关。

在SIFK中，已有多项文献报道了病变大小与预后相关。一般来说，病变越大，预后越差，尽管测量病变大小的方法有很多种，且没有标准化的测量方法或确定不良预后的截断值。Aglietti 等人在 X 线平片上测量了病变前后和横向两个方向的最大直径，并报道如果病变面积超过 5 cm2 或前后位病变最大宽度比超过患侧髁的 40%，则预后不良。同样，Lotke 等人发现，对于预后不良的患者，病变宽度的截断比超过髁的 50% 。Lecouvet 等人在他们的 MRI 研究中报告称，T2WI 上长度超过 14 毫米或厚度超过 4 毫米的低信号强度软骨下区域与预后不良相关。

SIFK 的骨软骨缺损被认为是不可逆的，患有该病的患者预后不佳 。最近，Sayyid 等人提出了 SIFK 的 MRI 分级系统来评估其预后 。他们将低级别病变定义为初始 MRI 检查时仅有骨髓水肿样信号强度和骨折线的病变，高级别病变定义为软骨下骨或骨软骨缺损有囊性改变的病变。他们提到，高级别病变更常与半月板后根部撕裂、中度或重度半月板挤压（> 3 毫米）以及严重软骨病有关。在92.7%（38/41）的低度病变患者中，随访1年内MRI检查中骨髓水肿样信号强度范围改善超过50%，提示骨髓水肿样信号强度随时间的变化也可能反映SIFK的预后（图6）。

治疗

保守治疗是 SIFK 早期阶段的首选。它包括保护性负重、鞋垫疗法、使用非甾体抗炎药，以及在某些情况下使用双膦酸盐。已知双膦酸盐作用于破骨细胞以抑制骨吸收，并广泛用于治疗骨质疏松症。尽管双膦酸盐在动物研究中被证明是有效的，但 Meier 等人在一项随机、安慰剂对照的人体试验中发现其无疗效，而且它们对 SIFK 的有效性存在争议。最近，用于治疗骨质疏松症的药物特立帕肽在 SIF 治疗方面引起了关注。特立帕肽是一种重组甲状旁腺激素，可激活成骨细胞并促进骨形成。据报道，特立帕肽在治疗股骨头坏死方面比双磷酸盐更有效，并且据报道其在治疗 SIFK 方面也有效。采用保守治疗， SIFK 通常需要数月才能愈合。Yates 等人对 20 名接受保守治疗的 SIFK 患者进行了随访，报告称症状平均需要 4.8 个月（范围为 3-8 个月）才能消失，MRI 平均需要 8 个月（范围为 3-18 个月）才能恢复正常。

当保守治疗无法改善时，根据病变的大小和进展情况选择手术治疗。MRI 和 X 线评估在治疗决策过程中都很重要。通常使用 Koshino 分类系统，因为它是第一种根据进展程度对疾病进行分类并确定最适当治疗方法的方法。MRI 通常用于确定病变的大小、区分其他类型的骨软骨病变以及评估伴随的半月板或软骨异常。对于 Koshino 分类 2 期下骨形态相对保存的患者，可进行保关节手术，如骨移植、骨软骨移植、髓芯减压和胫骨高位截骨术。3期或以上病变被认为治愈的机会很小。如果病变仅限于单个髁，单髁膝关节置换术是很好的指征。如果患者年轻且病变仅限于内侧，或患者患有内侧 OA 和 SIFK 但无骨软骨塌陷，也可能适合进行胫骨高位截骨术。当多个髁受到影响或患者出现严重膝关节 OA 和 SIFK 时，全膝关节置换术是首选治疗方法。

鉴别诊断

膝关节短暂性骨髓水肿综合征（短暂性 BMES）是一种罕见的自限性疾病，与 SIFK 难以区分。其他骨软骨病变包括缺血性坏死 (AVN)、骨软骨剥脱性病变 (OCD)、膝关节 OA 和急性创伤，例如胫骨平台骨折。由于这些骨软骨病变通常具有相似的影像学表现，因此了解临床状况和放射学特征对于区分这些疾病非常重要。

短暂性骨髓水肿综合征

短暂性 BMES 是一种罕见但可逆的疾病，其特征是疼痛和 MRI 上的骨髓水肿样信号强度。有各种术语用于描述这种疾病，包括短暂性骨质疏松症或区域性游走性骨质疏松症（当骨质疏松症在几个月内转移到不同的关节或同一关节内时） 。虽然短暂性 BMES 比 SIFK 少见得多，但由于其自限性，可能会被忽视。短暂性 BMES 仅影响中年男性和年轻女性在妊娠晚期或产后的负重关节。

暂时性 BMES 的主要特征是 MRI 上广泛的骨髓水肿样信号强度，并且可能在症状出现后 3-6 周在 X 光片上出现局部骨质减少。大多数病例发生在髋部，只有少数关于膝关节影像学表现的报道。通常，弥漫性骨髓水肿样信号强度是 MRI 上的唯一发现，并且大多数病例与半月板撕裂或其他形态改变无关（图8）。相反，一些作者报告称，超过 77% 的髋部暂时性 BMES 患者在初始 MRI 上有软骨下线或软骨下局部低信号，这表明暂时性 BMES 可能与之前通过保守治疗愈合的软骨下骨折有关。然而，许多因素仍不清楚，例如骨质减少的发病机制、某些情况下的迁移机制以及健康、年轻至中年患者受影响更大的原因。考虑到先前研究的结果，仅凭图像可能难以清楚地区分短暂性 BMES 和 SIFK。应同时考虑患者背景和临床病程以获得正确的临床诊断。

AVN 是指因缺血引起的骨骺骨梗塞。它是与 SIFK/SONK 完全不同的疾病，但之前的一些研究将 SIFK/SONK 与 AVN 混淆了。虽然 AVN 在 30 多岁和 40 多岁的患者中更为常见，但风险因素的存在对其发病的影响比年龄更大。AVN 有多种风险因素，包括饮酒、类固醇治疗、吸烟、结缔组织病、沉箱病、镰状细胞性贫血和戈谢病。这些因素导致的血管闭塞效应、高骨内压或脂肪代谢改变被认为与骨缺血有关 。与髋关节AVN不同，膝关节 AVN 很少在骨折后发生。AVN 的发病通常比 SIFK 慢。梗塞疼痛相对较不严重，部分病例无症状。

AVN 在 X 线平片和 CT 上表现为硬化性地图样改变（图9）。硬化性改变环绕坏死区域，通常呈蛇形。在 MRI 上，形状不规则的坏死区域有一个明显的边缘。这个边缘在 T2WI 上通常由一条低信号和高信号的双线组成，称为“双线征”，被认为是 AVN 的特征性发现（图10）。这种征象由 Mitchell 等人于 1987 年提出，他们认为内部高信号强度带对应于肉芽组织，而外部低信号强度带对应于硬化反应性新骨。然而，最近有人提出这种“双线征”与化学位移伪影有关。病变中心为坏死区，但脂肪骨髓信号常保留，尤其是在疾病早期。AVN/骨梗塞往往是多发性的，以双侧（> 80%）或多关节受累（60-90%）。

骨折和软骨下塌陷可能继发于 AVN，这具有临床意义，因为这通常会导致最终的关节破坏并需要手术干预。Sakai 等人报告称，冠状面图像上占据髁三分之一以上的坏死性病变发生软骨下塌陷的风险很高。骨折和软骨下塌陷常常引起剧烈疼痛，MRI 显示病变周围有骨髓水肿样信号强度。随着疾病的进展，可能会观察到与 SIFK 类似的表现，例如关节面凹陷和软骨下充满液体的骨折裂隙。

骨软骨剥脱

强迫症 (OCD) 是一种主要影响儿童和青少年的疾病。尽管该病的发病机制尚不完全清楚，但目前认为它是由关节反复受压（包括剧烈体育活动）导致的继发性骨骺生长障碍所致。强迫症有时会发展为骨软骨碎裂和病变分离，导致青少年膝关节 OA。与 SIFK 相反，强迫症在早期往往没有症状，运动时出现的模糊疼痛会在数月或数年内缓慢发展。大多数膝关节强迫症病例发生在股骨内侧髁（85%）。与 SIFK 相比，强迫症更可能发生在股骨内侧髁负重区稍外侧（图11）。OCD 也可发生在股骨髁外侧部（13%）和滑车外侧部（2%），但在胫骨中极为罕见。 

在 OCD 的早期阶段，X 光片通常正常。随着疾病的进展，可以观察到软骨下骨的碎裂和脱离。有趣的是，这种骨软骨碎裂过程始于关节面下的深层部分，最终影响到浅层关节软骨，提示存在一种“由内而外”的机制 。MRI 反映了这一发现，因为在软骨下板周围可以观察到异常信号，并且在疾病的早期阶段关节软骨的连续性得以保留。在病变和母骨之间可以观察到 T2 低信号带，这可能是骨化前沿推进的初始停止（图12）。应小心，因为这个低信号带可能类似于 SIFK 的骨折线。随着病情进展，病变变得不稳定，可以观察到病变周围有一圈液体信号强度，代表病变和母骨之间的关节液。在晚期病例中，还可观察到病变下方的囊肿形成、脱离或骨软骨碎片缺失（图13）。偶尔可在病变周围观察到骨髓水肿样信号强度，但与 SIFK 相比通常较细微（图11、12）。

膝骨关节炎是中老年人最常见的骨软骨病变，60 岁以上人群中 37% 的影像学检查显示有膝骨关节炎的证据。膝骨关节炎通常进展缓慢。患者在日常活动中（如行走）会感到疼痛。随着病情进展，患者甚至在休息时也会感到疼痛，并会出现肢体畸形。

MRI 显示关节软骨变薄、硬化性改变、骨赘形成、软骨下囊肿、软骨下骨中骨髓水肿样信号强度、关节积液和继发性滑膜炎（图14）。OA中软骨下骨的硬化性改变可能类似于 SIFK 中的软骨下低信号强度区域。然而，OA 常常与其他退行性发现有关，例如严重的软骨损伤和骨赘形成 。OA 中的骨髓水肿样信号强度对应于坏死、纤维化和异常小梁的混合并且与SIFK相比往往局限于有限的软骨下骨区域。临床病程对于区分 SIFK 和 OA 非常重要，因为可能很难区分自软骨下骨折发生以来已经过了一段时间。

SIFK 是一种常见于老年女性的骨软骨病变。与软骨和半月板损伤相关的过度接触应力在其发展中起着重要作用。病变大小和骨软骨缺损的存在与预后有关。SIFK 的鉴别诊断包括其他骨软骨病变，例如 AVN、OCD 和 OA。这些疾病有时具有相似的影像学表现，放射科医生应熟悉其影像学特征和临床表现，以便进行适当的治疗。