膝関節の疾患と傷害の超音波徴候

膝関節の解剖学的構造と機能的負荷は、過負荷や損傷、そして様々な疾患の発生リスクを高めます。この関節の軽微な機能障害でさえ、深刻な不快感、労働能力の低下、そして重度の損傷の場合は障害につながります。膝関節における病理学的変化は、いくつかの主要なグループに分けられます。

1. 腱靭帯装置の損傷：
   • 大腿四頭筋腱損傷;
   • 膝蓋靭帯の損傷;
   • 内側側副靭帯の損傷;
   • 外側側副靭帯の損傷;
   • 前十字靭帯損傷;
   • 後十字靭帯損傷。
2. 半月板の病理学的変化：
   • 退行性変化;
   • 休憩;
   • 手術を受けた半月板;
   • 嚢胞;
   • 異形成。
3. 滑膜の病理学的変化：
   • 滑膜ヒダの肥大;
   • 絨毛結節性滑膜炎;
   • 骨軟骨腫症;
   • 滑膜肉腫;
   • リウマチ性滑膜炎。

大腿四頭筋腱断裂

大腿四頭筋腱の損傷は、筋肉の圧迫または過度の収縮によって発生します。部分断裂と完全断裂が区別されます。ほとんどの場合、断裂は腱部分の筋肉への移行領域、または大腿四頭筋腱が膝蓋靭帯に移行する場所で発生し、腱が骨に付着する場所で発生することはあまりありません。断裂は、外傷、変性プロセス、または糖尿病、関節リウマチ、紅斑性疾患、副甲状腺機能亢進症などの全身性疾患によって引き起こされます。臨床的には、断裂時に患者は亀裂を感じ、その音は遠くで聞こえることもあります。完全断裂では大腿四頭筋の機能が失われ、急性期の部分断裂では膝の伸展が不可能になります。部分断裂では、患者は痛み、膝の腫れ、膝の伸展制限を訴えます。

超音波検査では、センサー圧迫下での大腿四頭筋腱の完全断裂は、腱の線維と線維構造の完全性が完全に破壊されたように見えます。欠損部は血腫に置き換わり、前襞に滲出液が出現します。腱断裂が関節包の破裂を伴う場合、関節血腫が発生します。部分断裂の場合、線維と線維構造の完全性が局所的に破壊され、その部分に低エコー領域が現れます。腱の輪郭は通常変化せず、腱自体も肥厚しません。

体幹内部分断裂の場合、腱の輪郭は保持されますが、断裂部位には低エコー領域が観察され、腱の線維構造が断裂しています。MRIのT2強調画像では、大腿四頭筋の線維を投影した部分に高輝度信号が観察されます。治療後、腱と靭帯の線維は完全に再生せず、元の構造に戻りません。再発性部分断裂の場合、腱の輪郭は保持されますが、損傷部位では線維が結合組織に置き換わっています。断裂部位には瘢痕組織が形成され、超音波画像では線維化の高エコー域のように見えます。

膝蓋骨骨折

スポーツ傷害では、大腿四頭筋とその腱の断裂が非常に多く、膝蓋骨骨折を伴うこともあります。この傷害のメカニズムは、例えば重量挙げ選手やサッカー選手に見られるように、大腿四頭筋の強制収縮です。

膝蓋骨の最も一般的な骨折は横骨折で、粉砕骨折、分節骨折、星状骨折、垂直骨折などはそれほど一般的ではありません。骨片の逸脱は、常に膝関節外側靭帯の断裂を示唆します。外側靭帯が損傷していない場合は、骨片の逸脱は見られません。様々な程度の関節内出血が常に観察され、上窩に広がります。超音波検査では、膝蓋骨骨折は、骨折の種類とそれに伴う外側靭帯断裂に応じて、骨片の縁の逸脱度合いが異なり、膝蓋骨の輪郭の完全性が損なわれているように見えます。

膝蓋靭帯断裂

膝蓋靭帯断裂は、膝を曲げた状態で転倒するなど、直接的な外傷によって起こります。断裂は膝蓋骨の下、多くの場合脛骨結節付近に局在します。靭帯損傷は、膝蓋下滑液包領域への滲出液の貯留と相まって生じます。大腿四頭筋の収縮により、膝蓋骨は上方に変位します。完全断裂の場合、靭帯の線維構造は消失し、代わりに膝蓋下滑液包に血腫と滲出液が貯留します。部分断裂の場合、靭帯の線維構造は部分的に保持されます。また、慢性腱炎を背景とした靭帯断裂は起こりやすいです。

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膝蓋上滑液包炎

膝蓋上滑液包は最も大きな滑液包です。膝蓋骨近位部から上方に6cm伸びており、上陥凹と呼ばれます。子宮内発育5ヶ月目から、滑液包の壁に穴が開くことがあり、この穴を通して滑液包と膝関節腔が繋がれます。この現象は成人の85%に発生します。膝関節内のあらゆる変化は、膝蓋上滑液包への滲出液の形で反映されます。

超音波検査では、膝蓋上滑液包炎は、しばしばエコー輝度が低下した三角形の領域として現れます。滑液包の内容物によっては、滑液包のエコー輝度が増加または減少する場合があります。

半膜性脛骨側副滑液包炎

半膜様筋脛骨側副滑液包炎は、半膜様筋腱の内側および前側を覆う、液体で満たされたU字型の滑液包です。滑液包の炎症は、内側関節線の高さで局所的な疼痛を引き起こし、臨床的には半月板断裂に類似します。

内側側副靭帯滑液包炎

内側側副靭帯滑液包は、内側半月板と内側側副靭帯の間に位置しています。内側側副靭帯の炎症、半月板剥離、または損傷により、滑液包液の貯留が発生します。滑液包の炎症は、関節の内側表面に沿って局所的な疼痛を引き起こし、臨床的には内側半月板断裂に類似した症状を示します。

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関節液貯留

膝関節の損傷は、しばしば関節内出血を伴います。損傷から2時間後に出血性滲出液が形成される場合は、外側靭帯または十字靭帯の断裂、半月板の断裂、膝蓋骨脱臼、または大腿骨顆の関節内骨折を示唆している可能性があります。膝関節血腫における出血量は様々です。関節腔内の血液は滑液の産生を刺激し、滑液包と関節包をさらに伸張させます。関節内の液量が多いほど、痛みは強くなります。

関節内の流体をよりよく視覚化するために、大腿四頭筋の緊張または外側滑膜襞の圧迫といった機能検査を実施します。関節腔内の流体は、内側および外側からのアクセスによってより正確に判定できます。

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腱炎

最も一般的な腱炎は、大腿四頭筋腱、膝蓋骨腱、上腕二頭筋腱の腱炎です。腱炎では、腱が肥厚し、エコー輝度が低下します。腱特有の異方性効果は消失し、腱線維に沿って血管新生が増加することが観察されます。

大腿四頭筋腱の腱炎。患者は靭帯または腱の部位に局所的な痛みと腫れを訴えます。部位によっては、半月板炎や膝蓋骨炎の症状に類似した症状がみられます。腱炎では、大腿四頭筋腱が膝蓋骨への付着部で肥厚し、エコー輝度が低下します。慢性腱炎では、微小断裂、腱線維内の線維性封入体、石灰化領域が生じることがあります。これらの変化は、腱の変性変化という総称で呼ばれます。

膝蓋靭帯腱炎。最も一般的なタイプの腱炎は、膝蓋靭帯腱炎です。局所性（膝蓋骨または脛骨への付着部）またはびまん性に発症することがあります。局所性腱炎は、ジャンパー、長距離走者、バレーボール選手、バスケットボール選手など、一定の負荷がかかる選手によく見られます。「ジャンパー膝」や「内反ジャンパー膝」と呼ばれます。腱炎は主に靭帯の付着部深部に影響を及ぼしますが、靭帯のどの部分でも病態に関与する可能性があります。この場合、靭帯は膝蓋骨への付着部または脛骨への付着部のいずれかで肥厚します。慢性腱炎では、靭帯と骨の付着部に石灰化や線維化が見られます。

慢性期には、損傷部に異栄養性石灰化が観察されます。ホッファ脂肪体は、侵襲や炎症により増大することがあります。超音波検査では、粘液変性の結果として生じるホッファ脂肪体の肥大が、高エコー構造として確認されます。

腸脛靭帯摩擦症候群

腸脛靭帯摩擦症候群、別名「ランナーズニー」は、腱炎というよりは筋膜炎に近い症状です。腸脛靭帯が変形した大腿骨外側上顆に繰り返し擦れ、腸脛靭帯を形成する筋膜に炎症を引き起こすことで発症します。ランナー、特に脚を高く上げて走る短距離走者に多く見られます。

痛みを引き起こす身体活動の直後に超音波検査を実施する必要があります。超音波検査では、大腿骨外側顆上にエコー輝度が低下した筋膜の肥大が観察されます。

オスグッド・シュラッター病

これは、膝蓋靭帯と脛骨結節を侵す軟骨症の一種です。この部位への微小外傷の繰り返しによって発症します。この疾患では、膝に自発的な痛みが生じ、膝関節を曲げる際に痛みが増強します。

超音波検査による所見は靭帯炎の場合と同様ですが、この病変では靭帯内に骨封入体が存在します。

膝蓋靭帯の遠位部が肥厚し、その中に脛骨前結節の断片を含む低エコー領域が確認されます。

内側側副靭帯断裂

最もよく見られるのは内側側副靭帯の損傷です。損傷のメカニズムは、膝を曲げ、足を固定した状態で、脛が急激に外旋し、大腿骨が内旋することです。臨床的には、損傷部位に痛みと腫れが生じます。

下腿が外側に振れる症状は、膝関節の外側表面に圧力がかかり、同時に下腿を外転させたときに観察されます。内側側副靭帯が損傷すると、膝の外反位置が大幅に増加します。損傷は靭帯のどこにでも発生する可能性があります。近位部では大腿骨内側顆への付着部、遠位部では靭帯が脛骨顆に付着部、内側半月板への付着部（関節線の上）です。内側靭帯が半月板と癒合している関節線のレベルで断裂が発生した場合、そのような損傷は内側半月板と前十字靭帯の同時損傷と組み合わされる可能性があります。内側側副靭帯の断裂は、その繊維構造の複雑さにより、さまざまなレベルで発生する可能性があります。膝関節外側靭帯の部分断裂と完全断裂を区別します。表層線維のみの断裂、表層と深層の両方の断裂、さらには骨片の剥離を伴う断裂などがあります。いずれかの外側靭帯が完全に断裂すると、膝関節の不安定性が生じます。超音波検査では、靭帯線維の完全性の破壊、機能的負荷による線維の変位、低エコー領域（血腫）、軟部組織浮腫によるエコー輝度の低下が認められます。

外側側副靭帯断裂

外側側副靭帯の損傷は、内側副靭帯の損傷よりも頻度が低いです。断裂は、脛骨の強い内旋によって引き起こされます。靭帯断裂ではなく、外側靭帯が付着している腓骨頭の骨片が断裂する場合もあります。隣接する腓骨神経が損傷を受けることも少なくありません。超音波検査では、内側副靭帯断裂の場合と同様に、靭帯線維の完全性の破壊、機能的負荷による線維の変位、低エコー領域（血腫）の形成、軟部組織および皮下脂肪の腫脹によるエコー輝度の低下といった所見が認められます。

外側側副靭帯の異栄養性石灰化は主にアスリート、特に長距離ランナーに発生します。

ペレグリーニ・スティエダ石灰化

この症候群は、大腿骨内側顆部に発生する、外傷性傍関節組織の骨化です。この疾患は、膝関節に外傷を受けた若い男性に多く見られます。損傷は軽度または重度、直接的または間接的である可能性があります。急性症状が消失した後、一時的に症状が改善する場合もありますが、膝関節の完全な回復は見られません。膝関節の伸展は限定的です。超音波検査では、内側側副靭帯の構造に、主に大腿骨上顆への靭帯の付着部に位置する、軟部高エコー病巣として複数の骨化が確認されます。

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前十字靭帯損傷

前十字靭帯損傷は最も一般的です。損傷のメカニズムは、回旋運動の過度な負荷、固定された足での転倒、膝関節の過度な過伸展です。断裂は、他の損傷（例えば、内側側副靭帯断裂や内側半月板断裂）と併発するケースが多く見られます。

外傷後初期の主な症状は、関節の不安定感、腫れ、および動作時の疼痛です。前十字靭帯断裂の最も有用な臨床症状は「前方引き出し症状」です。この症状を観察するには、患者は膝を直角に曲げる必要があり、同時に脛を大腿部に対して容易に前方に押し出すことができます。靭帯は近位部が損傷することが多く、中央部が損傷することはあまりありません。靭帯断裂を早期に発見することが非常に重要です。これは手術の結果を左右するからです。

MRI は、前十字靭帯損傷の診断において、より正確で信頼性の高い方法です。MRI 断層像では、最近の損傷の場合、断裂部位の信号強度の上昇が認められます。この部位は通常、T1 強調画像では中等度の強度で、T2 強調画像ではより強度が高くなります。前十字靭帯の損傷した繊維は、明確に区別できないか、まったく判別できません。最近の損傷による部分断裂の MRI 診断は、局所的な浮腫や繊維の走行の不連続性によって複雑になることがあります。前十字靭帯断裂の診断には、脛骨プラトーに対する 45° 未満の変位、靭帯の軌跡の局所的な変化、および脛骨プラトーに対する外側半月板の 3.5 mm を超える後方変位などの間接的な兆候があります。古い断裂の場合、滑膜の浮腫を伴わずに靭帯の菲薄化が認められます。

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後十字靭帯断裂

後十字靭帯断裂は非常にまれです。断裂の主なメカニズムは、ジャンプ中の過屈曲です。ほとんどの場合、断裂は靭帯本体または脛骨への付着部レベルで局所的に発生します。

半月板損傷

半月板断裂は、膝の損傷の中で最も多くみられるタイプと考えられています。半月板損傷はどの年齢でも起こり得ます。加齢とともに半月板は弱くなり、脆くなります。不適切で急激な動きは、半月板断裂を引き起こす可能性があります。内側半月板は、外側半月板よりも10倍多く損傷を受けます。これは、内側半月板の解剖学的および形態機能的特徴によるものです。単独損傷のメカニズムは、高所から膝関節を伸ばした脚に転倒し、しゃがんだ瞬間に膝関節が急激かつ深く屈曲し、立ち上がろうとすることです。しかし、半月板損傷は、脛と足を固定した状態で大腿部を内側に回転させる、膝関節の急激な回転運動によって起こる場合の方が多く見られます。誘因としては、過去の微小外傷が挙げられます。半月板損傷の主な臨床症状は、膝関節の「閉塞」です。外傷により半月板が断裂した部分は、関節内でずれて誤った位置になり、脛骨と大腿骨の関節面の間に挟まれてしまうことがあります。この挟み込みにより、関節は強制的に屈曲した状態で固定されます。内側半月板前角の断裂と挟み込みにより膝関節が固定され、伸展の最後の30°が不可能になります。「じょうろハンドル」のような断裂による挟み込みは、伸展の最後の10～15°を制限します。断裂した半月板の絞扼による関節固定は、膝の屈曲を制限しません。断裂した後角が関節を固定することは非常に稀です。関節固定は通常一時的なもので、固定を解除すれば関節のすべての動きが回復します。

半月板断裂の超音波検査では、損傷した半月板の領域に滲出液が認められることがよくあります。半月板は不規則な形状を呈し、断裂部位には低エコーの縞模様が見られます。通常、半月板の中央部分に低エコーの縞模様が見られる場合があることに注意が必要です。

組織ハーモニックモードの使用は、細部のコントラスト精緻化を改善し、半月板断裂の視認性を向上させます。3次元再構成は、断裂の範囲を決定する上で一定の価値があります。また、半月板断裂の診断においてエネルギーマッピングの重要性も強調しておく価値があります。患部周囲の局所的な血管新生増加は、断裂の疑いを抱き、その局在を特定するのに役立ちます。

半月板損傷の主な兆候は次のとおりです。

• メニスカス輪郭の完全性の侵害;
• 断片化または低エコー領域の存在。
• 半月板の構造における低エコー帯の出現。
• 滲出液の形成;
• 軟部組織の腫れ;
• 膝関節の外側靭帯の変位;
• 半月板断裂部位の血管新生の程度の増加。

半月板断裂には、超音波検査で検出できる種類があります。これには、経軟骨断裂と傍関節断裂が含まれます。最も一般的なのは、典型的な縦断的半月板断裂で、半月板の中央部分が断裂しますが、前端と後端は損傷を受けません。この断裂は「じょうろの柄」断裂と呼ばれます。放射状の繊維に沿って内側自由縁まで伸びる断裂は「オウムのくちばし」断裂と呼ばれます。半月板への微小外傷が繰り返されると、二次的な断裂が生じ、半月板の前部、中部、後部に損傷が生じます。

前角断裂および「じょうろ型」断裂は、脛骨を回旋する際に生じる反復性の閉塞、つまり断裂の発生機序と同一のメカニズムを伴って発生することがよくあります。患者によると、平らな地面を歩いているときや睡眠中など、理由も分からず膝が「外れる」と感じることがあります。断裂した後角の変位により、患者は膝関節が「曲がる」ように感じることがあります。

半月板断裂は、膝関節への液貯留を伴い、損傷から数時間後に現れます。これは、関節滑膜の同時損傷によって引き起こされます。その後も、関節液貯留を伴い、関節の閉塞や「屈曲」発作が再発します。閉塞や「屈曲」発作の頻度が高いほど、関節への漏出は少なくなります。通常の閉塞後に液貯留が検出されなくなる場合もあります。外側半月板の断裂は、内側半月板の断裂と同じメカニズムで発生しますが、唯一の違いは、脚の回転運動が反対方向、つまり外側ではなく内側に行われることです。外側半月板の断裂を伴う関節の閉塞はまれであり、発生した場合でも関節液貯留は伴いません。

MRI断層像では、真断裂の場合、半月板の周縁部に向かって信号強度が増加します。真断裂は、走査層の軸が損傷の軸に垂直である場合に明瞭に観察できます。断裂が斜めの場合、結果として生じるアーティファクトによって損傷が隠れてしまう可能性があります。

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変性変化と半月板嚢胞

半月板の変性変化は、構造の不均一性、断片化、高エコー封入体、嚢胞を特徴とします。同様の変化は、古い半月板損傷にも見られます。外側半月板の嚢胞はより一般的です。嚢胞は、関節ラインに沿って痛みや腫れを引き起こします。内側半月板の嚢胞は、外側半月板の嚢胞よりもサイズが大きく、固定性が低いです。半月板嚢胞は、滑らかで明瞭な内部および外部の輪郭を持つ丸い構造のように見え、無エコーの内部構造と超音波信号の遠位増幅効果があります。追加のスキャンモード（組織高調波および適応型カラー化）により、嚢胞の輪郭の視覚化が向上します。時間の経過とともに、嚢胞内の液体は不均一になり、内容物が濃くなります。サイズが大きくなるにつれて、嚢胞は軟化する傾向があります。

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ベーカー嚢胞

ベーカー嚢胞は、アスリートに最もよく見られる病理の一つです。通常、これらの嚢胞は無症状で、超音波検査または臨床所見で発見されます。この嚢胞の発生基盤は、半膜様筋と腓腹筋の腱の間にある滑液包の伸張です。ベーカー嚢胞の鑑別診断徴候は、膝窩内側部（腓腹筋内側頭と半膜様筋腱の間）の膝関節腔と繋がる嚢胞頸部の描出です。周囲組織の炎症反応の兆候として、血管新生が増加し、これはエネルギーマッピングモードで記録されます。関節腔内の体液の増加は、滑液包への体液の蓄積と嚢胞の発生につながります。嚢胞にはさまざまなサイズと長さがあります。嚢胞の内容物はそれぞれ異なります。「新鮮」嚢胞は無エコーで、古い嚢胞は不均一です。新鮮ベーカー嚢胞の内容物は液体ですが、古いタイプのベーカー嚢胞はゼリー状です。ベーカー嚢胞の破裂は、特徴的な尖端と腓腹筋腱の繊維に沿った液体の帯状化によって診断されます。嚢胞の下部で破裂する方が一般的です。パノラマスキャンモードを使用すると、嚢胞の全長にわたって観察できます。

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変形性関節症

この疾患は、関節軟骨の代謝障害、体重過多による機械的負荷、および身体的過負荷の結果として発症します。原因にかかわらず、関節症の臨床症状は類似しており、増悪期、亜急性期、または寛解期といった段階によって異なります。超音波検査は、X線検査では検出されない骨構造の最も初期の変化を検出できます。変形性関節症の存在を確認するために使用できる主な超音波所見は、硝子軟骨の不均一な菲薄化、大腿骨と脛骨の不均一な輪郭、辺縁骨棘の存在、関節間隙の狭小化、および半月板の脱出です。正常な関節間隙の大きさと硝子軟骨の厚さを伴う、高エコーの辺縁骨棘の存在は、この疾患の初期症状の特徴です。疾患の進行は、音響陰影を伴う辺縁骨棘の形成、関節間隙の狭小化、および硝子軟骨の顕著な菲薄化を特徴とします。その後、硝子軟骨の菲薄化（1mm未満）が進行し、粗大な骨棘の形成と半月板の幅の3分の1の脱出が起こります。顕著な変化の段階では、半月板の完全な脱出、関節内部分の変形、関節間隙の消失、関節面のあらゆる縁に沿った粗大な骨棘の形成が観察されます。

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軟骨組織の病理学

硝子軟骨の病理学的変化は、正常な厚さの喪失と石灰化を特徴とします。硝子軟骨の菲薄化は高齢者に多く見られます。炎症性滑膜炎や化膿性関節炎も、プロテオグリカンの急激な破壊と軟骨の菲薄化を引き起こします。病理学的過程が進行するにつれて、壊死帯、嚢胞、骨化が形成されます。骨棘は、主に骨皮質層の硝子軟骨の縁に沿って形成されます。このような変化は高齢者では正常です。

変形性関節症では、軟骨の菲薄化が観察されます。軟骨が破壊され、骨棘という形で新しい軟骨が形成されます。軟骨組織表面の欠損部の一部は、形態学的組成が軟骨に近い瘢痕組織に置き換えられます。これは、いわゆる線維性軟骨の形成を伴う局所病変の結果として生じます。このような変化は、MRI検査で患部の信号強度が低いため、明確に区別できます。先端巨大症では軟骨の肥厚が見られます。これはこの疾患の初期症状です。粘液水腫や一部のムコ多糖症でも、広範囲にわたるびらんを伴い、軟骨が肥大することがあります。

ケーニッヒ病

この疾患は若年層で発症し、脛骨骨端線、軟骨、腱、漿液性滑液包を侵します。病変は通常片側性で、関節軟骨の一部が隣接する骨とともに関節面から剥離します。

損傷部位は典型的には大腿骨内側顆ですが、まれに関節端の他の部位や膝蓋骨に損傷が生じることもあります。成人では、機械的損傷後に離断性骨軟骨炎が発生することがあります。関節内で拒絶された遊離体は成長し、非常に大きくなることがあります。