多模态超声在膝关节骨关节炎中的诊疗进展

祁秀; 栗平

doi:10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.05.015

中华医学超声杂志（电子版） >

2025 , Vol. 22 >Issue 05: 477 - 480

DOI: https://doi.org/10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.05.015

综述

多模态超声在膝关节骨关节炎中的诊疗进展

祁秀 ,
栗平 ^,¹^,^†

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^1.010030 呼和浩特，内蒙古医科大学第二附属医院超声科
^2.010020 呼和浩特市第二医院功能科

栗平，Email：liping5767@sina.com

Copy editor: 吴春凤

收稿日期: 2024-12-19

网络出版日期: 2025-07-17

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收起

Advances in application of multimodal ultrasound in management of osteoarthritis of the knee

Xiu Qi ,
Ping Li ^,^†

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Received date: 2024-12-19

Online published: 2025-07-17

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本文引用格式

祁秀 , 栗平 . 多模态超声在膝关节骨关节炎中的诊疗进展[J]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2025 , 22(05) : 477 -480 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.05.015

膝关节骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是世界卫生组织提出的全球第四大致残性疾病，可导致关节疼痛、畸形与功能障碍，全球疾病负担数据显示，2020 年骨关节炎患者占世界总人口数的7.6%^[1]，中国的骨关节炎患者每年新发超过千万并呈逐年上升的趋势，其中KOA 患者超过半数，且各个年龄段女性的KOA 发病率均高于男性^[2,3]。MRI 作为目前临床较为准确的检查手段，在诊断早期KOA软骨损伤及滑膜炎方面具有一定价值，而超声检查对于微小骨赘的检出敏感度和特异度均高于MRI^[4]。除了对膝关节微小骨赘的检出显示出的独特优势外，超声在诊断KOA早期局部软骨组织损伤、滑膜炎及半月板膨出等方面也优于常规X 线及CT 检查^[5]。超声在KOA 早期软骨退行性变的诊断中，可以直观地观察到退变软骨表面模糊的分界线、连续性破坏以及软骨内部不均匀的散在高回声。X 线和CT 仅能在疾病中晚期显示KOA 软骨下的骨硬化和较大的骨赘形成等，而MRI 虽然可以同样清晰地显示病变区域受损的软骨，但长时间的扫描，增加了运动伪影出现的概率^[6]。此外，由于超声具有操作简便、可快速实时动态成像以及多角度多深度重复观察等优势，在临床诊断中逐渐受到临床医师的重视。目前，融合了高频超声、多普勒超声、超声造影（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）、剪切波弹性成像（shear wave elastography，SWE）及光声成像（photoacoustic imaging，PAI）的多模态超声在KOA 患者的早期诊断中展现出了不可替代的优势。而在对KOA 患者的物理治疗中，超声引导下的介入治疗和射频消融术等也备受推荐。

一、多模态超声在KOA 诊断中的应用

（一）高频超声

高频超声（常用频率为15 ～20 MHz）可以实时动态检测KOA 疾病发展进程。KOA 早期阶段的损伤发生在细胞水平，仅有轻微的疼痛或功能障碍，X 线通常无明显异常表现。但高频超声可以揭示早期软骨退行性变，及其导致的周围软组织和骨组织的细微变化，其中二维超声可以清晰显示KOA 患者软骨组织细微回声改变、微小骨赘强回声后方的声影及周围软组织炎症反应导致的增厚或回声增强等变化^[7]。研究表明，二维超声可以直观清晰地观察到关节面上软骨厚度、平滑程度和软骨内部细微的回声变化，从而反映出KOA 患者软骨退行性变的进展程度，相较于X线诊断具有更高的敏感度和特异度^[8]。同时，彩色多普勒和能量多普勒成像可以显示髌下脂肪垫及周围软组织血流情况，进而实现KOA 病情进展的可视化^[9]。随着KOA 病情进展，患者会出现不同程度的软骨退行性变，这导致患者膝关节疼痛、活动度下降并出现步态改变，在此过程中常并发关节积液。超声对液体具有独特的回声优势，相对于其他影像学检查及临床体格检查，在对退行性变导致的关节积液探查中具有更高的敏感度和特异度，而且可实时动态地观察治疗后的残余积液量及分布情况^[10]。综合应用高频二维超声、彩色多普勒和能量多普勒，在软骨退行性变、骨赘形成、滑膜炎及关节积液等病变的检测中比临床体格检查及生化检查更符合实际情况，更能反映早期KOA的病情状况^[11]。这表明高频超声在KOA 的早期诊断、疾病进展程度判断及预后评价中具有重要意义。但对于KOA病程中出现的滑膜炎，二维超声往往不够准确及时，而彩色多普勒和能量多普勒由于对微小血管及低流速血流敏感度较低，在早期滑膜炎细微血流的评估中也存在一定局限性。

（二）CEUS

相对于彩色多普勒和能量多普勒，CEUS 可以更敏感、准确和客观地反映组织的血流灌注情况。CEUS 通过在血液中加入与血液声阻抗值不同的微气泡，增强组织血管的散射回声，提高信噪比，可以更敏感地反映组织微血管的灌注情况^[12]。KOA 关节软骨退行性变会进一步导致滑膜炎的出现，而滑膜内微血管的增殖是维持滑膜炎持续发作及进展的一个重要因素，这对KOA 患者的预后有着重要影响。CEUS 可以高度敏感地检测到低容量、小血管甚至微血管的血流，直观地反映滑膜血流灌注程度以及分布情况，这在检测KOA 患者软骨退行性变所致的局部滑膜炎方面具有十分重要的作用，还可以通过勾画微血管区进行定量分析，进一步提高早期KOA 滑膜炎的诊断准确性^[13]。通过使用造影分析软件，绘制时间-强度曲线，定量分析达峰时间、峰值强度、造影显影时间及曲线下面积等相关参数，可以反映滑膜血流灌注量及血流速度等信息，达到量化KOA 滑膜炎进展的目的。炎症活动度越高，CEUS 相关参数数值变化越高，而在治疗6 个月后，参数数值显著降低，也意味着滑膜血流灌注减少，微血管减少，疾病处于非活动期，这与病理具有良好的一致性^[14,15]。CEUS 定量分析可以作为评价滑膜血管增殖的重要手段，同时也为关节软骨退行性变病情进展提供了比较可靠的参考依据。在综合诊断KOA 早期关节软骨退行性变及其导致的局部滑膜炎时，CEUS 往往需要联合应用二维超声和多普勒超声，在确定出现不同程度的软骨退行性变的情况下，进一步判断包括滑膜在内的周围组织病变情况。

（三）SWE

SWE 是利用剪切波传播速度与介质硬度或弹性之间的关系，通过高速成像手段来追踪剪切波在组织内的传播，最终计算出该组织的弹性系数（图1）。由于SWE 具有无创、简便、快速和对软组织硬度精度高等优点，在临床实践中得到了广泛的应用，特别是对肝和肌肉组织硬度的检测尤为成熟^[16]。肌肉是维持关节稳定和分担负荷的主要力量，当肌肉功能减弱或力量不平衡时，关节负荷增加，导致或加剧骨关节炎的发展，因此肌肉生物力学改变也是导致KOA 的重要病因之一。肌肉僵硬程度是肌肉生物力学的一个重要评估指标。在KOA 早期，虽然膝关节骨性结构没有改变，但肌肉的硬度确实发生了变化^[17]。研究表明，腘肌和腓肠肌的剪切波速度与KOA 病情严重程度之间存在很强的负相关关系^[18]。此外通过使用常规超声和SWE 对比正常人和KOA 患者的双侧膝关节发现，KOA 组软骨的剪切波速度显著增高^[19]。这表明SWE 可以作为二维超声、多普勒超声及CEUS 的补充，为KOA 早期肌肉僵硬程度及软骨退变的病情进展提供更完善的诊断，同时也为临床诊疗KOA 提供了新的思路及方案。

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图1 膝关节剪切波弹性成像示意图

（四）PAI

PAI 是一种新兴的成像技术，通过激光照射生物组织，使其内源性或外源性生色团吸收光能后产生热膨胀，进而发出超声波信号，这些信号被探测器接收后，可以重建出组织内部结构和功能信息（图2）^[20]。目前，PAI 已用于多种疾病的早期诊断和治疗的检测中，如恶性肿瘤、血管疾病和脑部疾病等^[21,22,23]。KOA 的典型特征是软骨细胞、细胞外基质，及软骨下骨降解与合成失衡等因素导致的关节软骨退行性变，这些结构和功能的变化伴随着单波长或多波长的光学特征变化，而PAI 可以通过分析软骨的光声信号，揭示不同程度的软骨损伤，随着KOA 疾病进展，高频超声下显示软骨结构破坏逐渐加重的同时，PAI 信号强度也呈现上升趋势^[24]。其次，除了检测软骨结构的变化，PAI还可用于监测软骨退行性变导致的糖胺聚糖等生物标志物的含量变化，可利用PAI 纳米造影剂与糖胺聚糖结合，清晰地检测到随糖胺聚糖丢失，PAI 信号也随之减弱，实现了软骨成分改变的可视化监测^[25]。此外，PAI 也可用于检测KOA 关节局部滑膜炎的微血管生成及其氧合程度，其成像参数和新的观察视角为CEUS 评估滑膜炎做了重要补充^[26]。其通过检测滑膜的氧合状态，可以更准确地提示局部滑膜缺氧情况与炎症的活动度，发现高氧滑膜可以检测出更多的微血管^[27]。进而通过测量微血管增殖的面积和光声信号强度，进一步提示滑膜炎的严重程度^[28]。同时，通过对比治疗前后的光声信号，临床医师可以评估治疗方法的有效性，为个性化治疗提供数据支持^[29]。总体而言，PAI 为KOA 早期检测软骨结构和成分改变提供了更好的检测手段，也为进一步评估滑膜炎症提供了新证据，有望成为临床早期识别KOA、监测病情及评估治疗效果的重要工具，帮助临床实现更为精准的诊断和治疗^[30]。

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图2 膝关节光声成像示意图

二、多模态超声在KOA 治疗中的应用

可视化超声引导下膝关节介入治疗是KOA 最推荐的非手术治疗手段之一，可以有效减轻炎症、缓解疼痛及延缓膝关节退行性变进程。其中，包括皮质类固醇、透明质酸和富血浆血小板在内的常用化合物，已广泛应用于临床KOA 关节腔内注射^[31]。皮质类固醇膝关节腔内注射可以有效缓解KOA 患者关节疼痛并改善功能，已有多年的临床应用史^[32]。但进一步研究发现，皮质类固醇会对软骨组织造成一定损害^[33]。而透明质酸和富血浆血小板注射在短期内与皮质类固醇疗效相似，且长期随访中富血浆血小板注射不良反应较小，明显更具优势^[34]。在此基础上，经可视化超声引导下膝关节腔内药物注射，不仅可以实时动态地检测到关节内解剖结构改变及具体病变情况，还可以寻找到更好的注射位置，更精准地将药物注射到病变区^[35]。在减少药物流失，提高药物治疗效果的同时，减少因注射部位不准确而导致的注射位置疼痛肿胀、滑膜炎症甚至化脓性关节炎等并发症的发生^[36]。此外，通过制备可被超声识别的微-纳米颗粒作为药物的载体，进行超声靶向引导，可以更有效地将药物引导向KOA 患者的关节靶组织，减少了药物在病变区域的清除率，提高了药物的释放率^[37]。除了可视化超声引导下膝关节腔内注射技术的不断发展精进，可视化超声引导下膝关节关节腔积液抽吸技术的优势也逐渐显现。超声可以实时清晰地观测到关节腔内各组织的相对关系，区分出积液与滑膜，在行超声介导关节腔积液抽吸时，使穿刺针可以更精准的到达积液部位，减少对滑膜组织的刺伤，提高积液抽吸的成功率和安全性^[38]。

对于KOA 患者，当保守治疗无效时，全膝关节置换术成为绝大多数患者的治疗选择，然而不是所有患者都愿意接受或具备手术条件，此时，膝神经阻滞术和膝神经射频消融术带来了一些治疗希望。膝神经阻滞术可以有效减轻KOA 患者关节疼痛并改善膝关节功能，而经可视化超声引导的膝神经阻滞比常规盲探更精准有效^[39,40]。膝神经射频消融术被认为是KOA 慢性关节疼痛的主要介入治疗方法，经可视化超声引导使用双极射频消融术可以更好地覆盖神经支配的膝关节部位，相对于传统的膝神经单极射频消融术，其不仅减少了治疗过程中的疼痛，还增加了治疗面积，更好地改善了治疗效果^[41,42]。总之，可视化超声引导增加了常规介入手术的精准性及安全性，提高了介入治疗的成功率及有效性，更好地改善了KOA 患者的预后。

三、结论与展望

KOA 主要病理改变是关节软骨退行性变，而随着疾病进展，大部分患者会出现不同程度的周围软组织损伤，包括滑膜炎、关节积液等，进一步加重软骨损伤乃至关节功能丧失。因此，早期检测KOA 对于患者具有十分重要的意义。二维超声可以清晰地观察到KOA 早期软骨退行性变导致的软骨表面粗糙，以及关节中微小骨赘的形成和滑膜厚度的变化。彩色多普勒、能量多普勒以及CEUS 可以更精准地观察到软骨退行性变周围组织的早期微血管形成，更准确地检测到周围组织炎症病变区域，完善了二维超声对KOA 早期病变的评估。同时SWE 及PAI 也可以在KOA软骨退行性变早期，发现周围组织的硬度变化以及软骨损害，为完善KOA 早期诊断提供了更多可靠证据，或是未来研究超声诊断KOA 具有较大潜力的方向。此外，包括超声靶向给药、关节腔积液抽吸、膝关节神经阻滞及射频消融在内的超声介入治疗，也实现了可视化地监测术中关节正常解剖结构及病变情况，为实现精准治疗带来帮助。这为临床诊疗KOA 带来了更新更完善的思路，也为KOA 患者的早期诊断、微创治疗以及良好预后带来了更大的获益。

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