二、失败膝关节置换的影像学表现

临床诊断膝关节置换术后不稳定主要依据病史和体格检查，然后通过应力位摄片或动态透视来确认。假体与关节之间的间隙不对称性增大提示韧带不平衡和内外翻不稳定（图1-4-8），前后位屈曲不稳定可导致膝关节急性后脱位（图1-4-9），这种情况在后稳定性假体中更为常见。症状性不稳定在TKA术后患者中的发生率少于1%～2%，但是它是潜在的导致手术失败的原因之一，在所有翻修手术中占10%～20%。

图1-4-8　患者双膝TKA术后左膝疼痛，肿胀，站立正位X线片示左膝内外侧间隙不等，内侧间隙明显增宽，提示膝关节内外侧不稳定

图1-4-9　患者左膝TKA（后稳定性假体）术后1年突发疼痛，活动受限

A.正位片；B.侧位片显示胫骨后脱位，提示膝关节前后不稳定

因为假体位置不正、对线不良与假体松动和关节不稳定之间存在紧密联系，所以评价TKA/UKA术后假体位置和对线至关重要。植入物对线和骨性对线必须通分别进行评价以区别韧带不稳定和植入物位置不正。术后随访或进行诊断通常需拍摄负重位X线片。

TKA术后下肢机械轴线应该通过膝关节假体中心或者稍偏内侧，与假体部件垂直。股骨部件应该保持4°～11°外翻，7°最佳。在侧位上，股骨部件后缘应与股骨长轴平行且轮廓与骨的原始轮廓相匹配，假体前缘应该和股骨前皮质齐平。当股骨假体尺寸偏小或偏后放置时，股骨前皮质可能出现切迹。

在前后位上，胫骨部件应当与胫骨干垂直。胫骨部件的内翻位置不正已被证实为一种可致假体松动的危险因素。侧位上，胫骨部件应当在胫骨干中心或者在中心稍偏后。胫骨假体平台在侧位上应当与地面平行相比后倾0～10°。胫骨部件突出骨面部分可导致黏液囊炎，尤其在前方间室。

TKA术后关节线的改变与术前相比不宜超过8mm。理想的胫骨假体关节平面应在腓骨小头顶端近侧1.0～1.5cm，股骨远端关节平面应在股骨外髁结节远端2.5cm或股骨内髁结节远端3.0cm，髌骨下极应在关节平面上1.0～1.5cm。侧位片上看髌骨假体的厚度不应大于原始髌骨厚度，因为增加的支持带压力可导致疼痛和髌骨轨迹不良。髌骨轨迹可通过膝关节屈曲30°～40°时的髌骨切线图粗略评价（图1-4-10）。

图1-4-10　TKA术后髌骨切线位摄片显示髌骨向外侧半脱位

假体旋转不良可导致旋转不稳定。Berger和Rubash提出了一种在翻修手术前通过CT评价假体旋转不良的方法。CT扫描股骨和胫骨部件时，射线方向分别与股骨和胫骨长轴垂直。股骨部件的旋转参照股骨后髁角（股骨髁间线与股骨后髁连线的夹角），男性的股骨后髁角为0.3°±1.2°，女性为3.5°±1.2°。胫骨部件的旋转参照胫骨平台前后轴线与胫骨结节夹角。正常的胫骨部件旋转角为相对胫骨结节尖端向内旋18°±2.6°。联合股骨和胫骨旋转情况，没有髌股关节症状的TKA患者的联合外旋角度均为0°～10°，而有髌股关节问题的TKA患者都有联合内旋角。内旋角度与髌股关节并发症的严重程度直接相关。高质量的MRI图像也可以有效评估测量股骨假体和胫骨假体旋转对线情况（图1-4-11）。

图1-4-11　磁共振图像显示TKA术后股骨假体内旋4.8°（A），胫骨假体外旋8.9°（B）

髌股关节并发症是现今TKA患者最常见的术后问题，常常表现为膝前痛、弹响、关节活动受限等症状，是导致TKA术后再手术的最主要原因。髌骨倾斜和髌骨半脱位通常可在轴位上看到。出现这种情况通常是因为外侧支持带过紧、假体旋转不良、内翻，股骨或胫骨部件尺寸偏大等也可导致髌骨倾斜，半脱位，甚至完全脱位（图1-4-12）。在髌骨已进行表面置换患者，髌骨倾斜和半脱位会导致聚乙烯加速磨损，最终引起骨溶解和假体松动。SPECT/CT技术可以显示髌骨轨迹不良患者髌股关节面的异常核素浓集（图1-4-12），这对鉴别膝前痛病因很有意义。

图1-4-12　TKA术后膝前痛患者

A、B. SPECT/CT检查示髌骨外侧关节面异常核素浓集；C.术中见髌骨外侧关节面与股骨外髁撞击而造成明显骨面凹陷缺损

TKA术后髌骨应力性骨折有时也会出现，原因是髌骨表面置换时预留髌骨较薄，而且髌骨血供可能会被阻断，固定桩孔附近的压力也会增加（图1-4-13）。

图1-4-13　TKA置换15年后髌骨应力性骨折

股四头肌肌腱或髌腱断裂会导致髌骨位置不良（分别会使髌骨位置过低或过高），周围软组织肿胀伴有脂肪平面遮挡。有时可以看到肌腱部分的软组织成波浪状或弯曲。TKA术后出现低位髌骨时，因Hoffa脂肪垫的纤维化和瘢痕挛缩可使股四头肌肌腱完整。高位髌骨时，髌腱完整的情况很少见（图1-4-14）。

图1-4-14　TKA置换术后3个月，侧位片显示髌骨下极撕脱骨折，髌骨高位

聚乙烯磨损是膝关节假体随着时间失败的主要原因之一。聚乙烯的磨损主要是由沿着胫骨聚乙烯垫片和股骨金属假体元件，以及在胫骨聚乙烯垫片和金属基板之间复杂的运动引起。随着时间的推移，表面磨损导致垫片的分层、点蚀和疲劳，从而释放出不同尺寸的颗粒。这种颗粒的磨损和释放通常与疼痛性滑膜炎，捻发音和与关节运动的摩擦感相关。当负重位X线片上出现关节间隙减少时，应当怀疑有磨损。当磨损为非对称性时，通常由内翻或外翻畸形及髌骨倾斜引起。在X线片中发现关节间松动和多孔涂层脱落非常重要，因为它们会导致加速磨损，被称为第三体磨损。推荐每年一次负重位摄片以发现TKA术后的亚临床磨损，尤其是带有金属底座的假体。早发现聚乙烯衬垫磨损情况，可在不可逆的金属底座损害发生之前进行简单的聚乙烯衬垫更换进行治疗。

来源于聚乙烯表面磨损微粒可能引起炎症反应，导致巨噬细胞和异物巨细胞聚集，然后引起骨溶解。严重时，骨溶解引起的明显骨量丢失和假体松动（图1-4-15）。

图1-4-15　正位（A）和侧位（B）X线片显示股骨侧严重骨溶解、假体移位，胫骨假体周围透亮线，关节间隙不等，提示聚乙烯磨损导致的骨溶解和假体松动

使用超声技术测量聚乙烯胫骨衬垫的厚度可以直接发现聚乙烯磨损。因磨损而出现的关节渗出和滑膜炎也可通过超声检测。关节渗出表现为完全黑影（低回声），而滑膜炎显示为关节液中的叶状或结节状低回声，在髌上囊容易发现。超声也可直接发现聚乙烯衬垫的磨损和可能导致的衬垫破裂。

MR成像中，通常聚乙烯磨损诱导的滑膜炎的特征为具有密集的滑膜增殖和低至中等强度（类似于骨骼肌强度）的滑膜增厚，可散在液体和关节腔的膨胀。随着囊内滑膜的增殖和磨损碎屑的增加，可能导致骨侵蚀的发生。聚乙烯肉芽肿或囊膜的局部扩张可引起局部神经血管压迫。聚乙烯磨损引起的骨溶解通常是局灶的且包含中等信号强度的微粒碎片，替代了正常的假体小梁骨和高信号强度的骨髓内的脂肪。这种高分辨率的对比度可以进行骨溶解体积的分段定量，便于对患者的长期监测。由于聚乙烯的低磁化率，MR成像适用于检测破裂的聚乙烯关节假体部件（图1-4-16）。

图1-4-16　患者男性，右膝TKA术后10年，近半年来阵发膝关节疼痛、僵硬

A. MRI显示聚乙烯衬垫立柱未显影（白箭头），髌上囊游离体（红箭头）；B、C.术中证实聚乙烯衬垫磨损立柱磨损断裂

感染是最具破坏性且难以控制的膝关节置换术后的并发症。及时诊断是首要的目标，以利于保留关节功能，限制组织损伤，避免全身性的败血症。经典的感染症状和体征包括：伤口渗液，红斑，关节肿胀，发热，发冷和全身不适等。然而，许多假体周围感染不会表现出这些明显的体征和症状。膝关节置换术后感染的发生率介于0.5%～2.0%之间，且在翻修术后提升至5.0%。因为涉及治疗方案的不同，区分假体松动和感染至关重要。

感染情况下的X线片可能正常。系列的X线片或可显示渐进性的假体周围透亮线增加。假体周围透亮线通常在感染早期无法发现。大范围的骨膜新骨形成和骨溶解具有提示性，但无法诊断感染。

MR成像可以给疑似假体周围感染的患者中提供有用的诊断信息。MR成像表现为高信号的层状滑膜炎、囊外软组织水肿、囊外潴留和反应性淋巴结病者，假体周围关节感染的可能性较高（图1-4-17）。在回顾性病例对照研究中，MR成像表现为薄层高信号滑膜炎者诊断为假体周围关节感染的敏感度为86%～92%，特异度为85%～87%。利用MR成像对滑膜表现的分类，在观察者内部和观察者之间都有很高的一致性，提示MR成像有能力区分感染和由磨损引起的滑膜炎。在急性感染中，MR成像可以证明伤口并发症如血肿或脓肿的存在。

图1-4-17　MRI图像显示TKA术后呈现关节内层状滑膜炎，即滑膜增厚、分层、“洋葱皮”样改变（黑箭头）；关节外炎性假瘤伴皮下窦道形成（白箭头），提示假体周围感染

膝关节假体周围的骨扫描中对示踪剂摄取变化幅度比髋关节假体周围变化大得多。许多无症状患者持续数年出现假体周围的摄取增加。TKA的自然进程是数年轻度到中度的摄取增加，且常常出现扫描异常。另外，当感染存在时，还没有明确的诊断模式，但是骨扫描阴性时，感染可确定排除。因为其阴性预测值高，可以把骨扫描作为一项有用的初始筛查检查。

超声在引导经皮细针穿刺抽液用于减压和微生物学检查时极有帮助。CT和MRI同样可用于显示假体周围关节液，尤其是在使用金属伪影减少技术时。经过静脉注射对比剂后，关节液样本显示边缘加强，且与关节假体交通时，则高度怀疑感染，但是无法与近期非感染性的术后关节液相鉴别。在MRI引导下进行关节液穿刺抽液比在超声引导下的技术难度要高。

TKA部件的松动可成为应力遮挡之后骨质疏松的结果。它也可以由感染或磨损微粒所致的骨溶解引起。胫骨部件的下沉通常发生在内侧，结果导致胫骨假体的移动，最后引起内翻成角。在非骨水泥胫骨假体中尤其常见。腓骨头可作为骨性标志以助于发现胫骨部件的下沉（图1-4-18）。

图1-4-18　双膝TKA术后，正侧位X线片显示假体位置不正，胫骨假体内翻下沉，伴假体周围透亮线出现，提示假体松动

判断假体松动的X线标准包括：一条宽的（>2mm）或渐进性增大的骨水泥-骨或金属-骨水泥透亮线，假体移位，骨水泥破裂以及负重位下膝关节假体成角的改变。需要强调的是，骨水泥和骨之间1～2mm的透亮线是正常的，可能是骨水泥收缩引起。当后续X线片显示透亮线逐渐增大时，可诊断为松动。对于非骨水泥假体，多孔涂层脱落也提示有松动。股骨部件的松动很难发现，因为前后位成像上，假体遮挡了假体-骨界面。X线照射必须与骨水泥-骨界面垂直，从而使小的放射透亮线可被发现。X线摄片检查位置很关键，因此对于高度怀疑假体松动病例推荐使用透视引导X线成像。在骨水泥和非骨水泥假体中，放射透亮区均被压力重构后的薄层骨包绕。当皮质缺失时，极有可能出现假体置换失败。膝关节协会评价/评分系统可用于描述、记录和随访假体周围放射透亮线的情况。

骨扫描在评价TKA术后假体松动的用处比在评价THA假体松动中小。这是因为膝关节置换术后的自然进程中会有数年的假体周围骨组织轻到中度摄取增加。手术6周以后的局灶性核素摄取增加提示松动或感染，但是假阳性率很高。

假体周围骨折并不常见，多数发生在类风湿关节炎患者，通常发生在股骨远端（图1-4-19）。在表面置换过程中形成的股骨前皮质凹陷，骨质疏松都是危险因素。

图1-4-19　患者左TKA术后3年，跌倒后大腿远端疼痛肿胀，正侧位X线片示股骨髁上骨折

无移位的假体周围骨折可能在X线片中（甚至在CT中）被掩盖，但在MRI中或可发现。这类骨折表现为线性低T₁信号，高T₂信号，同时伴有围绕高T₂信号的大范围骨髓水肿。

肌腱炎、肌腱撕裂、黏液囊炎或腘窝囊肿等软组织病变引起的疼痛可能和关节假体松动或感染相似。膑腱和股四头肌肌腱都非常适合使用超声进行评估。正常肌腱表现为高回声，当成像与超声声波垂直时，显示为纤维状回声。肌腱炎表现为增厚的不均匀低回声，正常的纤维状回声丢失。肌腱断裂同样容易用超声识别。完全断裂表现为穿过肌腱的液性填充间隙，在肌腱撕裂末端间隙缩小。部分撕裂表现为部分穿过肌腱的液性填充，或者沿着肌腱长轴的纵向裂缝。

肌腱炎和肌腱断裂也可通过MRI发现。肌腱炎和肌腱部分撕裂难以区分，因为两者均表现为肌腱增厚和肌腱内部质子密度增加，T₂信号加强。在慢性部分肌腱撕裂时，肌腱通常变薄，但是质子密度和T₂信号正常。完全的肌腱撕裂则表现为撕裂末端高T₂信号液体填充间隙的缩小或者不均匀的血性信号。

腘窝囊肿和其他异常的关节液聚集，如黏液囊炎、血肿、软组织脓肿等都可被超声识别，并且也可被MRI识别。这类关节液可在超声引导下穿刺抽出，以使症状缓解和进行微生物学分析。在穿刺之后，可在超声引导下向囊肿或黏液囊内注射激素和局麻药物。

总之，CT、MRI、超声和核医学等成像技术在诊断关节置换术后并发症中都有各自价值，在临床工作中可以根据具体的临床情况由关节外科医生与放射科、超声科、核医学科医生讨论选择使用及分析结果。关节外科医生与相关检查科室医生的交流协作不仅有益于各自诊断水平提高，更重要的是使患者能获得最大的利益。