膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)是骨关节炎中最常见的类型，也是导致老年人疼痛、功能障碍和生活质量下降的主要慢性病之一，其主要临床特征是关节疼痛、肿胀和功能残疾，不仅显著降低患者的生活质量，同时导致巨大的社会和经济负担。KOA的潜在机制是复杂和多因素的，其中包括结构损伤，如软骨变性、骨赘形成、滑膜炎症和半月板的改变等。目前，临床上对于KOA的严重程度主要通过传统X线片来评估，但其对早期软骨病变及关节内外软组织病变不敏感。近年来，肌骨超声发展迅速，具有性价比高、灵活性好、无辐射等优点，对KOA的早期诊断具有极好的影像学优势[1]。超声检测到的KOA特征和X线影像特征之间有显著相关性，且KOA较X线更加敏感。传统用于评估滑膜血流的能量多普勒(power Doppler, PD)有一定缺陷，其无法精准检测低速血流，且对KOA的炎症敏感性较低[2]。目前，超微血流成像(superb microvascular imaging, SMI)作为新一代超声多普勒技术，通过高分辨率血流信号检测，能够显著提升滑膜血管及低速血流的显示能力，从而灵敏检测低度炎症活动[2]。因此，本研究旨在整合SMI血流分级和超声半定量评分，分析超声指标与KOA临床症状的相关性，为深入探索KOA的病理机制及优化诊疗评估提供帮助。
1 资料与方法
1.1 研究对象
本研究为横断面研究，连续性纳入北京医院风湿免疫科2023年4月至2024年7月招募的KOA患者。纳入标准：(1)符合美国风湿病学会(American College of Rheumatology，ACR)1986年制定的KOA分类标准[3]；(2)过去1周膝关节疼痛评分≥4分；(3)X线Kellgren-Lawrence分级为Ⅱ~Ⅲ级；(4)膝关节体格检查提示存在关节炎，至少存在下述特征中的2项：关节局部肿胀、压痛、皮温升高、存在关节腔积液。排除标准：(1)继发性KOA；(2)既往膝关节手术史及膝关节创伤的患者。本研究获得北京医院伦理委员会批准(2023BJYYEC-042-02)，所有入组对象均签署知情同意书。
1.2 方法
统计分析患者的临床资料及实验室检查结果，包括性别、年龄、身高、体重、体重指数(body mass index，BMI)、病程，记录患者检查关节超声1周内的C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate，ESR)结果。
临床评分指标：(1)视觉模拟量表(visual analog scale，VAS)评分：采用10 cm刻度直线，0代表“无痛”，10代表“最剧烈疼痛”，患者根据自己感受到的疼痛程度，在直线上标记。(2)西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(the Western Ontario and McMaster Universities osteoarthritis index，WOMAC)：该评分主要根据患者的临床症状，通过疼痛(5个项目)、僵硬(2个项目)和关节功能(17个项目)三个方面共24个项目来评估关节炎的严重程度，其中每个项目设为0~10分，分值越低表示症状越轻，分值越高表示症状越重。
膝关节超声检查：由一名对肌骨超声有5年以上丰富经验的医师进行操作，肌骨超声医师对患者的临床情况不知情。应用佳能Aplio 500和Aplio 800彩色超声多普勒诊断仪，探头选择线阵探头15 MHz。检查方法、扫描平面、病变判断及评分标准参照2016年风湿病临床试验结局指标工作组(Outcome Measures in Rheumatology, OMERACT)提出的KOA超声半定量评分系统制定的标准[4]，包括滑膜炎(0~3分)、滑膜增厚(0~1分)、关节腔积液(0~1分)、关节软骨损伤(0~3分)、半月板损伤(0~2分)、骨赘严重程度(0~3分)。对增厚的滑膜进行PD及SMI分级，分级标准为：0级，滑膜内无血流信号；1级，滑膜内检测到最多3个血流信号；2级，血流较1级多，但血流填充区 < 50%滑膜区域；3级，≥50%滑膜区域填充血流信号[5]。
1.3 统计学分析
使用SPSS 31.0统计软件。符合正态分布的数据以均数±标准差表示，不符合正态分布的数据以中位数(P25，P75)表示，采用Wilcoxon符号秩检验比较PD和SMI血流信号分级上的差异。临床评分与KOA超声半定量评分、SMI血流评分进行Spearman秩相关分析和偏相关分析。P < 0.05为差异有统计学意义。采用非参数Bootstrap法(B=2 000次重抽样)校正多元线性回归的标准误及置信区间，回归系数显著性以95%CI是否包含0判定。
2 结果
2.1 研究对象的一般资料
根据纳入和排除标准，最终本研究共纳入KOA患者47例(共94个膝关节)，其中女性40例(85.1%)，一般临床资料及实验室资料见表 1。
表1 膝骨关节炎患者一般临床资料Table 1 General clinical data of patients with knee osteoarthritis |
| Parameter | Value |
| Age/years, $\bar x \pm s$ (range) | 62.7±7.1 (47-74) |
| Height/cm, $\bar x \pm s$ (range) | 163.9±7.1 (150-180) |
| Weight/kg, $\bar x \pm s$ (range) | 66.7±10.7 (45-90) |
| BMI/(kg/m2), $\bar x \pm s$ (range) | 41.1±5.8 (27.8-51.2) |
| Disease duration/years, M (P25, P75) (range) | 4.0 (0.5, 7.5) (0.25-20.00)* |
| WOMAC pain score, $\bar x \pm s$ (range) | 10.6±3.3 (6-20) |
| WOMAC stiffness score, M (P25, P75) (range) | 4 (2, 6) (2-10)* |
| WOMAC fuction score, $\bar x \pm s$ (range) | 37.8±12.0 (21-70) |
| WOMAC total score, $\bar x \pm s$ (range) | 52.7±16.6 (29-98) |
| VAS score, $\bar x \pm s$ (range) | 5.4±1.3 (3.9-8.3) |
| CRP/(mg/L), M (P25, P75) (range) | 1.0 (0.5, 3.7) (0.2-57.9)* |
| ESR/(mm/h), $\bar x \pm s$ (range) | 11.9±8.1 (0-34) |
* Data are presented as M (P25, P75) for variables that did not conform to a normal distribution (Shapiro-Wilk test, P < 0.05), and as $\bar x \pm s$ for normally distributed variables. Values in parentheses represent the full range (minimum-maximum). BMI, body mass index; WOMAC, Western Ontario and McMaster Universities osteoarthritis index; VAS, visual analog scale, CRP, C-reactive protein; ESR, erythrocyte sedimentation rate. |
2.2 滑膜血流PD与SMI的比较
在94个膝关节中，共有80个(85.1%)膝关节在PD和SMI上均无血流信号，5个膝关节PD没有检测出血流信号，而SMI血流信号呈阳性。SMI对滑膜血流的检测强度等级明显高于PD，差异有统计学意义(14.9% vs. 9.6%，Z=-2.531, P=0.011)。SMI和PD之间存在强正相关(r=0.778，P < 0.001)，PD与SMI分级对比见表 2。
表2 滑膜血流PD与SMI分级对比Table 2 Comparison of synovial blood flow PD and SMI grades |
| Items | SMI 0 | SMI 1 | SMI 2 | SMI 3 | Total |
| PD 0 | 80 | 5 | 0 | 0 | 85 |
| PD 1 | 0 | 6 | 1 | 1 | 8 |
| PD 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| PD 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Total | 80 | 11 | 2 | 1 | 94 |
PD, power Doppler; SMI, superb microvascular imaging. |
2.3 临床评分与超声半定量评分、SMI的相关性分析
关节软骨损伤、半月板损伤、骨赘严重程度的评分与年龄均呈正相关(r=0.267、P=0.009；r=0.299、P=0.003；r=0.465、P=0.000)；WOMAC疼痛评分与关节软骨损伤、骨赘严重程度呈正相关(r=0.389、P=0.023；r=0.390、P=0.023)；WOMAC僵硬度与滑膜炎、SMI评分升高、关节软骨损伤呈正相关(r=0.058、P=0.001；r=0.375、P=0.005；r=0.430、P=0.025)；WOMAC功能评分与骨赘严重程度、滑膜增厚、SMI评分升高呈正相关(r=0.437、P=0.023；r=0.518、P=0.006；r=0.331、P=0.015)；WOMAC总分与滑膜炎、滑膜增厚、关节软骨损伤、骨赘严重程度的评分呈正相关(r=0.385、P=0.047；r=0.446、P=0.020；r= 0.401、P=0.038；r=0.427、P=0.026)，具体见表 3。
表3 WOMAC评分与超声半定量评分、SMI血流分级的相关性分析Table 3 Correlation analysis of WOMAC scores with ultrasonic semi-quantitative scores and SMI blood flow grades |
| Parameter | Synovitis | Synovial thickening | Joint effusion | PD | |||||||
| r | P | r | P | r | P | r | P | ||||
| WOMAC pain score | 0.091 | 0.650 | 0.185 | 0.355 | 0.241 | 0.226 | -0.241 | 0.226 | |||
| WOMAC stiffness score | 0.058 | 0.001** | 0.153 | 0.448 | -0.179 | 0.371 | 0.179 | 0.371 | |||
| WOMAC function score | 0.349 | 0.074 | 0.518 | 0.006** | -0.038 | 0.851 | 0.038 | 0.851 | |||
| WOMAC total score | 0.385 | 0.047* | 0.446 | 0.020* | 0.025 | 0.901 | -0.025 | 0.901 | |||
| Parameter | SMI | Articular cartilage | Meniscal extrusion | Osteophyte | |||||||
| r | P | r | P | r | P | r | P | ||||
| WOMAC pain score | -0.016 | 0.909 | 0.389 | 0.023* | 0.332 | 0.091 | 0.390 | 0.023* | |||
| WOMAC stiffness score | 0.375 | 0.005** | 0.430 | 0.025* | 0.101 | 0.617 | 0.217 | 0.277 | |||
| WOMAC function score | 0.331 | 0.015* | 0.340 | 0.083 | 0.144 | 0.472 | 0.437 | 0.023* | |||
| WOMAC total score | 0.267 | 0.051 | 0.401 | 0.038* | 0.183 | 0.361 | 0.427 | 0.026* | |||
* P < 0.05; * * P < 0.01. WOMAC, Western Ontario and McMaster Universities osteoarthritis index; PD, power Doppler; SMI, superb microvascular imaging. |
2.4 非参数Bootstrap分析
非参数Bootstrap分析(B=2 000次重抽样)显示，SMI血流分级、年龄和BMI与WOMAC疼痛、僵硬度、功能评分及总分均无统计学意义的关联(均P>0.05)。95%CI均包含0值，表明效应量方向不确定。
3 讨论
本研究发现，SMI在检测KOA滑膜血流强度等级方面显著优于传统PD(14.9% vs. 9.6%)，这与以往研究结果一致[2]。然而，本研究中仅有14.9%的患者SMI呈阳性，且高级别血流信号稀少，该现象本身具有重要临床意义，其反映了KOA与类风湿关节炎不同的病理本质，即KOA是以关节软骨退变、滑膜纤维化及骨赘形成为特征，而非以血管增生为显著特征的炎症过程[6]，本研究中的患者CRP及ESR水平较低也支持这一解释。因此，SMI可能尤其适用于检测KOA中存在的低级别、隐匿性的滑膜微循环活动[2]。在临床症状关联方面，本研究发现SMI阳性与WOMAC功能评分及僵硬评分均呈正相关，但与WOMAC疼痛评分无显著关联，表明滑膜血流的增加可能更多是通过影响关节机械性功能障碍或滑膜纤维化相关的僵硬感来加剧症状，而非直接引发疼痛。值得注意的是，当采用非参数Bootstrap法对统计推断进行稳健性检验时，SMI分级与WOMAC各项评分的关联均未达到统计学显著性，这一结果凸显了在小样本量的研究中，传统参数检验可能高估了关联强度，而高级别血流信号的例数稀少也使得本研究难以建立SMI分级与症状的线性关系。因此，尽管SMI在低级别炎症中的可视化微小血流方面可以弥补PD的不足，尤其是对于探查低级别炎症具有较高的敏感性，但本研究结果并未明确支持其血流分级与患者临床症状严重程度之间存在稳定的独立关联。未来需要聚焦炎症活动更明显的KOA亚组或更大样本的研究来验证SMI在KOA中的确切临床意义与应用边界。
本研究结果显示，WOMAC疼痛评分与关节软骨损伤、骨赘严重程度评分呈正相关，而与滑膜炎评分无显著相关，这一发现提示，在本研究队列中，骨性因素可能是驱动疼痛的主要来源，而滑膜炎症等软组织因素的直接作用可能有限，这与近期研究骨赘、关节软骨、滑膜炎与疼痛相关性研究的结论一致[7-8]，其潜在机制在于，虽然透明软骨本身不含痛觉纤维，其并非疼痛来源[7]，但软骨破坏后应力传递至软骨下骨，会激活骨髓内伤害感受器[9]，处于生长阶段的骨赘伴随新血管形成，新生的感觉神经可能也参与其中；此外，骨赘对邻近滑膜内感觉神经末梢的刺激也可诱发骨相关疼痛[7]。上述研究结果表明，在KOA中，结构性的骨性改变比单纯的炎症更可能是导致疼痛的重要原因[8]。因此，将SMI视为KOA活动性炎症的标志物，而非直接参与疼痛形成的机制，可能比将其与KOA整体形成联系更合理。当然，KOA疼痛常为多因素的，尽管本研究结果显示骨性因素看似主导，但不能完全排除髌下脂肪垫炎、肌腱末端病等软组织病变的贡献[10-11]。未来研究结合MRI等多模态影像技术，将能更精确地量化各类病变对疼痛的独立影响，从而更清晰地解析KOA复杂的疼痛机制。
本研究的局限性包括：(1)研究样本量较小，且纳入的大多数患者为女性，这与KOA在女性人群中具有更高患病率的流行病学特征相一致[15]，本研究结论可能在女性中具有更强的参考价值，对男性患者的适用性需进一步验证，但鉴于女性是KOA的主要受累人群，本研究聚焦于女性患者亦具有临床意义[16]，未来需要多中心、更大规模的研究来确定研究的有效性；(2)本研究使用了两种不同代际的超声设备，尽管我们采取了统一的操作与判读标准，但这一情况可能仍会引入一定的测量变异性，未来的研究应优先采用单一型号的设备进行前瞻性设计，以获取更均一的数据；(3)所有膝关节超声检查均由一名经验丰富的超声医师执行，尽管此举保证了操作流程的一致性，但这种单一操作者的设计可能引入一定的判读偏倚，未来的研究可采用多名医师独立操作并进行结果一致性评估，将有助于进一步提升结论的稳健性；(4)本研究缺乏KOA患者治疗的数据，长期使用抗炎药或镇痛药可能会改变患者的疼痛感知，未来的研究可以将患者的用药治疗情况纳入研究中。
总之，SMI在检测KOA低级别炎症方面具有较高灵敏度，能够弥补传统PD在低速血流检测中的不足，然而，SMI所呈现的高敏感性并未显示出与患者症状严重程度的显著关联，这一发现提示，在以退行性改变为主、伴有轻度炎性的KOA中，SMI可作为评估滑膜微血流的有效工具，尤其适用于识别传统影像难以捕捉的低级别炎症信号。临床实践中，SMI血流分级有助于判断滑膜炎症活动程度，从而为个体化抗炎治疗策略的选择提供辅助参考。