変形性関節症の放射線学的診断

近年、MRI、X線コンピュータ断層撮影、超音波診断能力の拡張といった最新の医用画像診断法が急速に発展しているにもかかわらず、変形性関節症のX線診断は、その入手しやすさ、研究の簡便さ、費用対効果、そして十分な情報量といった理由から、変形性関節症の診断と治療効果のモニタリングにおいて、依然として最も一般的な客観的診断法となっています。

一般的に、変形性関節症のX線診断は、関節裂隙の狭小化、軟骨下骨硬化症、および骨棘（OF）の検出に基づいており、X線画像上の関節裂隙の狭小化の程度が診断上最も重要です。関節X線写真では、関節包の骨化領域（後期変形性関節症）が認められる場合があります。結節性変形性関節症では、骨棘の検出が診断上最も重要であり、関節面の重度の破壊（いわゆるびらん性関節症）を伴う場合もあります。

X 線関節スペースは、X 線では画像を形成しない軟骨と滑液の層で満たされているため、関節面間のより透明な帯のように見えます。

レントゲン写真上の関節軟骨の総厚は、骨端線の関節面間のレントゲン写真上の関節腔の幅を測定することで決定されます。レントゲン写真上の関節腔の幅は、変形性関節症の診断における主要な指標として現在でも使用されており、WHO および ILAR は、薬物の臨床試験中に関節軟骨の変化の動態を評価するための選択肢として、直接投影および側面投影による膝関節の標準的なレントゲン撮影を推奨しています。レントゲン写真上の関節腔の狭小化は関節軟骨の容積の減少に相当し、ほとんどの研究者は、関節面の縁にある軟骨下骨硬化症や骨棘は、関節への機械的負荷の増加に対する骨組織の反応であり、その結果として変性変化と関節軟骨の容積減少が生じるものと考えています。上記は変形性関節症の診断だけでなく、病気の進行や治療を評価する上でも重要です。

示された放射線学的症状は変形性関節症に特有であると考えられており、臨床的基準とともにこの疾患を診断するための放射線学的基準のリストに含まれています。

変形性関節症の放射線診断を最適化する方法

既に述べたように、変形性関節症の進行を評価する方法は、関節のX線画像の変化を観察することに基づいています。変形性関節症におけるX線画像の変化のダイナミクスは緩やかな速度で進行することを念頭に置く必要があります。変形性膝関節症患者のX線画像上の関節間隙の狭小化速度は、年間約0.3 mmです。非ホルモン性抗炎症治療を受けた膝関節の変形性関節症患者のX線画像の変化に関する長期研究の結果は、2年間の観察後もX線画像上の疾患の進行が見られないこと、および治療を受けた患者群と対照群間の差が最小限であることを示しました。長期研究において信頼できる変化が見られなかったことから、標準的な関節X線画像における変形性関節症のX線画像症状は、長期間にわたって比較的安定していると推測できます。したがって、変化のダイナミクスを評価するには、より感度の高いX線技術を使用するのが望ましく、その1つが関節のマイクロフォーカスX線画像です。

マイクロフォーカスX線装置は、点光源を備えた特殊なX線管を使用します。画像を直接拡大する定量的マイクロフォーカスX線撮影は、骨構造の小さな変化を検出するのに十分な感度を示します。この方法により、変形性関節症の進行と治療効果を、比較的短い検査間隔で記録し、正確に測定することができます。これは、検査を標準化し、X線測定手順を用いることで実現されます。画像を直接拡大することで得られる関節のX線写真の画質が向上し、標準的なX線写真では見えない骨の構造的詳細を記録できるようになります。WHO/ILARは、拡大鏡を用いたルケスヌ法を用いてX線画像上の関節裂隙の幅を手動で測定し、異なる点におけるX線画像上の関節裂隙の幅を計算することを推奨しています。この測定では、繰り返し測定における変動係数は3.8%であることが示されています。マイクロコンピュータと画像解析技術の発達により、関節解剖の変化を手動方法よりも正確に評価できるようになりました。関節のX線画像をデジタル処理することで、コンピュータを用いて関節裂隙の幅を自動測定することが可能になります。繰り返し測定の精度はシステム自体によって設定されるため、研究者のエラーは実質的に排除されます。

診断効率、簡便性、使いやすさの観点から、世界中で広く使用されているマルチポジションCアームスタンドを備えたモバイル型X線診断装置は特に注目に値します。このクラスの装置は、患者の体位を変えることなく、あらゆる投影像で検査を行うことができます。

注目に値するのは、膝関節の機能的放射線撮影法で、検査対象の肢を主に支えにして患者を正面から立たせた状態で膝関節のX線画像を2枚連続して撮影します（1枚目は膝関節を完全に伸ばした状態、2枚目は30°の角度で屈曲した状態）。 1枚目と2枚目のレントゲン写真からX線関節ギャップを形成する骨要素の輪郭を紙に転写し、スキャナーを使用してコンピューターに順番に入力した後、1枚目と2枚目のレントゲン写真の外側領域と内側領域の比率の差によって膝関節の硝子軟骨の損傷の程度を判定しました（変形性関節症のステージはヘルゲンに従って評価しました）。 通常、0.05±0.007、ステージIでは0.13±0.006、ステージIIでは0.18±0.011でした。ステージIIIでは0.3±0.03でした。正常値とステージIの間には有意差が認められました（p<0.001）。ステージIとIIの間には信頼できる差があり（p<0.05）、変形性関節症のステージIIとIIIの間には有意差がありました（p<0.001）。

得られたデータは、機能的放射線撮影中の膝関節のX線面積測定により、膝関節の変形性関節症の段階が客観的に表示されることを示しています。

荷重負荷機能的X線撮影法を用いることで、従来のX線撮影では病理学的変化が認められなかった8名の患者において、X線画像上の関節裂隙高の初期減少が認められた。7名の患者では、より重度の損傷が確認された。これにより、15名（12.9±3.1%）の患者で診断が変更された。

膝関節のX線検査には、患者を水平に寝かせ、標準投影法で膝関節を検査する従来の方法に加え、垂直姿勢で検査する方法があります。VA Popov (1986) によると、水平姿勢で撮影した膝関節の画像は、体重負荷を受けた際の関節の実際の機械的状態を反映していません。彼は、検査対象の肢を主に支持する直立姿勢で膝関節の検査を行うことを提案しました。SS Messich et al. (1990) は、変形性関節症の診断に最適な体位は、患者を直立させた状態で膝を 28 度屈曲させ、検査する肢を主に支持させることであると提唱しました。これは、生体力学的研究により、膝関節の硝子軟骨の初期病変が大腿骨顆の後部、矢状面で 28 度の角度で認められることが示されているためです。この位置で軟骨に主な機械的負荷が作用するためです (膝関節の生理的位置)。H. Petterson ら (1995) は、負荷をかけた状態で膝関節のレントゲン撮影を行う手法を提案しました。この手法では、脚の下部がフィルム面に対して 5 ～ 10 度の角度になり、関節がさらに 10 ～ 15 度の角度で屈曲します。著者らによれば、この位置では中心光線が脛骨顆の平面に接するように向けられ、関節スペースが画像に正しく表されるという。

したがって、臨床症状を考慮した古典的な放射線撮影機能を対象的に使用することで、多くの場合、膝関節の靭帯半月板複合体の特定の構造の損傷の存在を確認または少なくとも疑い、他の医療画像診断手段を使用して患者をさらに検査する必要があるかどうかを判断することができます。

原発性変形性関節症の診断を確定するために必要なX線画像上の症状

レントゲン写真上の関節裂隙の狭小化は、最も重要なレントゲン写真上の症状の一つであり、関節軟骨に生じる病理学的変化と直接相関しています。関節の部位によってレントゲン写真上の関節裂隙の幅は異なりますが、これは関節面の異なる領域で関節軟骨の体積が不均一に減少しているためです。WHO/ILARの推奨によれば、レントゲン写真上の関節裂隙の幅は最も狭い領域で測定する必要があります。病理学的に変化した関節では、この領域に最大の機械的負荷がかかると考えられています（膝関節の場合は内側部、股関節の場合は上内側部、頻度は低いものの上外側部）。大関節のレントゲン写真上で関節裂隙を測定するために使用される解剖学的ランドマークには、以下のものがあります。

• 凸面（大腿骨頭および顆）の場合 - 骨の関節面の終板の皮質層。
• 凹面の場合（寛骨臼の縁、脛骨近位顆） - 関節窩の底にある関節面の縁。

軟骨下骨硬化症は、関節軟骨の直下にある骨組織の圧縮です。通常、この放射線学的症状は、露出した関節骨の凹凸面同士の摩擦によって生じます。これは、関節スペースが急激に狭くなる変形性関節症の後期に検出されます。この症状は、関節軟骨の深刻な変性破壊過程、または関節軟骨の消失を示唆しています。関節軟骨の完全性が損なわれ、その量が減少する前兆として、軟骨の直下にある皮質骨と海綿骨の組織の圧縮が考えられます。骨の関節面領域における軟骨下骨組織の圧縮は、関節縁に沿って等間隔に3点で測定し、測定結果を平均化することができます。

骨棘は、骨の関節面の縁にある骨膜の炎症性炎症を伴って発生する、様々な形状と大きさの病的な骨増殖であり、変形性関節症の特徴的なX線画像所見です。変形性関節症の初期段階では、関節面の縁や関節靭帯の付着部（膝関節では脛骨顆間結節の縁、十字靭帯の付着部、股関節では大腿骨頭窩の縁、内側表面、大腿骨頭靭帯の付着部）に、鋭利な突起または小さな（最大1～2 mm）骨片のように見えます。

変形性関節症の重症度が増し、関節間隙の狭小化が進むにつれて、骨棘は大きくなり、「唇状」または「隆起状」、幅広いまたは狭い基底部における直線状または「隆起した」骨の成長など、様々な形状を呈します。この場合、関節頭と関節窩の直径は著しく増大し、より大きく、「扁平化」することがあります。骨棘の数は、関節ごとに、または両関節で合計して数えることができ、その大きさは基底部の幅と長さによって判定できます。骨棘の数と大きさの変化は、変形性関節症の進行と治療効果のモニタリングを示す敏感な指標です。

原発性変形性関節症の診断にはX線所見は必要ない

関節周囲辺縁骨欠損。変形性関節症でみられることがあるこのX線所見は、RD Altmanら（1990）によって「関節面のびらん」と定義されましたが、X線画像で検出可能なこれらの変化には正確な組織学的特徴がないため、「関節周囲辺縁骨欠損」という用語の方が適切です。辺縁骨欠損は変形性関節症の初期段階でもみられることがあり、その出現は滑膜の炎症性変化によって引き起こされる可能性があります。同様の変化は、大関節や手の関節でも報告されています。典型的には、変形性関節症ではこれらの欠損は小さく、基部に骨硬化領域が存在します。関節リウマチで検出される真のびらんは、基底部に硬化性変化がなく、関節周囲骨粗鬆症を背景にして診断されることが多いのですが、変形性関節症では、関節周囲辺縁欠損を囲む骨組織は希薄化されていません。

軟骨下嚢胞は、関節内圧が高い部位（関節面への負荷が最も大きい部位）における骨組織の吸収によって形成されます。レントゲン写真では、軟骨下骨の骨梁組織にリング状の欠損が生じ、明瞭な硬化縁が認められます。軟骨下嚢胞は、関節間隙の最も狭い部分に位置し、疾患の増悪期に発生することが多いです。これは変形性股関節症の特徴であり、大腿骨頭と寛骨臼蓋の両方に認められます。軟骨下嚢胞の変化のダイナミクスは、その数と大きさによって判断されます。

関節内石灰化軟骨腫は、壊死した関節軟骨から形成されますが、骨組織の断片（骨棘）である場合や、滑膜によって形成された場合もあります。通常、石灰化軟骨腫は小型で、骨の関節面の間または骨端線の側面に発生し、様々な形状（円形、楕円形、細長い形）を呈し、軟骨組織へのカルシウム含有物質の沈着により、不均一な斑点状の構造を呈します。通常、関節内に1～2個程度の軟骨腫が認められます。

膝関節においては、膝窩にある種子骨（ファベラ）が石灰化した軟骨腫と誤診されることがあります。石灰化した軟骨腫も、膝関節の変形性関節症において、形状、位置、大きさが変化します。ファベラ変形は、膝関節の変形性関節症の症状の一つです。