Der Radiologe

, Volume 52, Issue 11, pp 994–1002

Radiologische Bildgebung der Kniegelenkarthrose

Authors

    • Department RadiologieMedizinische Universität Innsbruck
  • W. Jaschke
    • Department RadiologieMedizinische Universität Innsbruck
  • A.S. Klauser
    • Department RadiologieMedizinische Universität Innsbruck
Leitthema

DOI: 10.1007/s00117-012-2365-5

Cite this article as:
Wick, M., Jaschke, W. & Klauser, A. Radiologe (2012) 52: 994. doi:10.1007/s00117-012-2365-5
  • 662 Views

Zusammenfassung

Klinisches/methodisches Problem

Die Arthrose ist die häufigste chronische, altersassoziierte, degenerative Gelenkerkrankung, die zu typischer Knorpeldegradierung und verminderter Gelenkbeweglichkeit führt. Bei 70- bis 74-Jährigen liegt die Prävalenz einer Kniegelenkarthrose bei über 90%. Die demographische Altersentwicklung der westlichen Industrieländer prognostiziert einen deutlichen Anstieg der Arthroseinzidenz für die nächsten Jahrzehnte.

Radiologische Standardverfahren

Nach wie vor stellt die konventionelle projektionsradiographische Röntgenbildanalyse die einfachste und günstigste radiologische Modalität bei der Beurteilung und Verlaufskontrolle der Kniegelenkarthrose dar.

Methodische Innovationen

Das Röntgenbild birgt zunehmend in zahlreichen klinischen und wissenschaftlichen Situationen signifikante Limitierungen, welche durch moderne bildgebende Methoden wie der Magnetresonanztomographie (MRT) und Sonographie überwunden werden können.

Leistungsfähigkeit

Intravitale Knorpelbeurteilungen anhand spezieller bildgebender MRT-Methoden werden zunehmend in der Diagnostik und Verlaufskontrolle der Arthrose eingesetzt und könnten bei breiter klinischer Anwendung zukünftig zu einem Paradigmenwechsel bei der Behandlung arthrotischer Knorpelschäden führen. In diesem Übersichtsartikel sollen die wichtigsten radiologischen diagnostischen Merkmale der Kniegelenkarthrose und deren radiologisch Beurteilung dargestellt werden.

Empfehlung für die Praxis

Die demographische Altersentwicklung der westlichen Industrieländer prognostiziert einen deutlichen Anstieg der Arthroseinzidenz für die nächsten Jahrzehnte. Die systematische radiologische Beurteilung der Kniegelenkarthrose umfasst die Bestimmung der Gelenkkapselstrukturen, Synovia, Knorpeldicke, des Knorpelvolumens, eventueller Knorpeldefekte, des makromodularen Netzwerks des hyalinen Gelenkknorpels, eines Knochenmarködems, der Menisken und der artikulären Gelenkbänder. Moderne bildgebende Methoden wie die MRT und Sonographie sind in der Lage, die Schwächen der Projektionsradiographie zu eliminieren und das Kniegelenk mit seinen knöchernen, knorpeligen, ligamentösen und weichteildichten Strukturen detailliert abzubilden sowie den Schweregrad der Kniearthrose quantitativ zu beurteilen.

Schlüsselwörter

BildgebungRadiologieKniegelenkarthroseMagnetresonanztomographieSonographie

Radiological imaging of osteoarthritis of the knee

Abstract

Clinical/methodical issue

Osteoarthritis is the most common degenerative age-related joint disease leading to typical degradation of articular cartilage with severe pain and limitation of joint motion.

Standard radiological methods

Although knee radiographs are widely considered as the gold standard for the assessment of knee osteoarthritis in clinical and scientific settings they increasingly have significant limitations in situations when resolution and assessment of cartilage is required.

Methodical innovations

Analysis of osteoarthritis of the knee with conventional x-ray is associated with many technical limitations and is increasingly being replaced by high-quality assessment using magnetic resonance imaging (MRI) or sonography both in the clinical routine and scientific studies.

Performance

Novel imaging modalities such as MRI or ultrasound enable in vivo visualization of the quality of the cartilaginous structure and bone as well as all articular and periarticular tissue. Therefore, the limitations of radiographs in assessment of knee osteoarthritis could be overcome by these techniques. This review article aims to provide insights into the most important radiological features of knee osteoarthritis and systematic visualization with different imaging approaches.

Practical recommendations

The demographic development in western industrialized countries predicts an increase of ageing-related osteoarthritis of the knee for the next decades. A systematic radiological evaluation of patients with knee osteoarthritis includes the assessment of the periarticular soft tissue, cartilaginous thickness, cartilage volume, possible cartilage defects, the macromodular network of hyaline cartilage, bone marrow edema, menisci and articular ligaments. Modern imaging modalities, such as MRI and sonography allow the limitations of conventional radiography to be overcome and to visualize the knee structures in great detail to quantitatively assess the severity of knee osteoarthritis.

Keywords

ImagingKnee osteoarthritisMagnetic resonance imagingRadiologySonography

Die Arthrose ist die häufigste chronische altersassoziierte degenerative Gelenkerkrankung, die zu typischer Knorpeldegradierung und verminderter Gelenkbeweglichkeit führt. Sie ist der dritthäufigste Grund für Minderung der Lebensqualität, gemessen an erwerbsunfähigkeitbedingten Lebensjahren. Die Arthrose ist eine Erkrankung multifaktorieller Genese, deren Entwicklungswahrscheinlichkeit mit dem Alter zunimmt. Ihre Prävalenz bei 20-Jährigen beträgt ca. 9%, 30% bei über 60- und über 90% bei 70- bis 74-Jährigen [1]. Die demographische Altersentwicklung der westlichen Industrieländer prognostiziert einen deutlichen Anstieg der Arthroseinzidenz für die nächsten Jahrzehnte [2]. Arthrose tritt meistens in gewichtsbelasteten Gelenken wie den Hand-, Fuß-, Knie-, Hüft- und Wirbelgelenken auf [3]. Die typischen klinischen Leitsymptome sind belastungsabhängige Schmerzen und Steifigkeit der betroffenen Gelenke [4]. Im Gegensatz zu den chronisch entzündlichen Gelenkerkrankungen, wie z. B. der rheumatoiden Arthritis, nehmen jedoch die Schmerzen und die Gelenksteifigkeit bei Belastung zu.

Bildgebungsmethoden

Die konventionelle projektionsradiographische Röntgenbildanalyse stellt nach wie vor die einfachste und günstigste radiologische Modalität bei der Beurteilung und Verlaufskontrolle der Arthrose dar [5]. Auf die Reduktion des Gelenkknorpels kann indirekt mit Hilfe der Beurteilung der Gelenkspaltweite rückgeschlossen werden. Typischerweise ist aber die Verschmälerung der Gelenkspaltweite nicht uniform über die gesamte Breite des Gelenks verteilt und fast immer von einer subchondral vermehrten Sklerosierung begleitet (Abb. 1). Intraartikuläre freie Gelenkkörper mit Reizerguss treten häufig bei der Arthrose auf. Außerdem kommt es zur Ausbildung periartikulärer Osteophyten und subkortikaler Zysten mit intakter Knochenlamelle, sog. Geröllzysten. Eine Synovitis kann zu einer erosiven Arthrose führen. Diese entzündlichen Veränderungen bei Kniegelenkarthrose entstehen vermutlich sekundär zur Zerstörung des Knorpels und Knochens mit Verdünnung in die Synovialflüssigkeit. Daher sind sich die meisten Wissenschaftler einig, dass es sich bei der Synovitis bei Arthrose nicht um eine passive Degenerationserscheinung, sondern vielmehr um eine mechanisch bedingte Entzündungsreaktion auf Grund von Abrieb handelt [6]. Die erosive „aktivierte“ Arthrose kann dem Bild einer Psoriasisarthritis täuschend ähneln und lässt sich oft nur durch den psoriasistypischen distalen Gelenkbefall der Psoriasisarthritis differenzieren.

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Abb. 1

Posterioranteriore Aufnahme in der Lyon-Schuss-Position mit einer 10°-kaudal-Angulierung des Röntgenstrahls zur optimalen Abbildung des Gelenkspalts des linken Kniegelenks einer 64-jährigen Patientin mit manifester Kniegelenkarthrose. Mit einem Kellgren-Lawrence-Score von 7 Punkten besteht eine Arthrose Grad 4. Ausgeprägte Osteophytenbildungen (Pfeilspitzen) und die vollständige Verschmälerung des medialen Gelenkspalts (Pfeil) mit subkortikaler Sklerosierung sind typische Zeichen der Arthrose

Obwohl das Röntgenbild in klinischen und epidemiologischen Settings den Goldstandard darstellt, birgt es in zahlreichen Situationen Limitierungen: in klinischen Versuchsreihen zur Verlaufsbeobachtung des Effekts von Disease-modifying-Medikamenten bei Kniegelenkarthrose wird eine Messung des Gelenkknorpels empfohlen [7]. Idealerweise sollte eine valide (d. h. es wird auch tatsächlich der Knorpel gemessen) und verlässliche (d. h. ergibt dieselben Ergebnisse, wenn unter anderen Umständen wiederholt wird) Messung des Gelenkknorpels durchgeführt werden mit einer hohen Sensitivität für Veränderungen („sensitivity of change“, d. h. die Methode ermöglicht kleinste anatomische Veränderungen zu detektieren). Die konventionelle Röntgenbildaufnahme erfüllt diese Kriterien allerdings nicht. Des Weiteren sind Röntgenbildaufnahmen nur summative zweidimensionale Projektionsbilder der Knochen, und intra- oder extraartikuläre dreidimensionale Veränderungen wie z. B. Knorpelusuren, freie Gelenkkörper oder intraossäre Ganglien, welche Teile der Gelenkerkrankung darstellen, nicht zweifelsfrei beurteilbar.

Moderne bildgebende Methoden, besonders die Magnetresonanztomographie (MRT) und Sonographie, haben nicht die oben erwähnten Schwächen der Projektionsradiographie und sind in der Lage, das Kniegelenk mit seinen knöchernen, knorpeligen, ligamentösen und weichteildichten Strukturen detailliert abzubilden sowie den Schweregrad der Kniearthrose quantitativ zu beurteilen [8, 9, 10]. Die Arbeitsgruppe „Imaging“ der Osteoarthritis Research Society International (OARSI) hat 2011 anhand einer Delphi-basierten Auswertung eine neue MRT-basierte Definition der Kniegelenkarthrose publiziert. Danach liegt MR-tomographisch eine Kniegelenkarthrose vor, wenn beide Kriterien A (definitive Osteophytenbildung, Verlust des Knorpelüberzugs) oder ein Kriterium A sowie 2 oder mehr der Kriterien B (teilweiser Verlust des Knorpelüberzugs, Meniskusschaden, Knochenmarködem, subartikuläre Abnützung) vorliegen [11].

Intravitale Knorpelbeurteilungen anhand spezieller bildgebender Methoden werden zunehmend zur Diagnose und Verlaufskontrolle der Arthrose eingesetzt und könnten bei breiter klinischer Anwendung zukünftig zu einem Paradigmenwechsel in der Behandlung arthrotischer Knorpelschäden führen.

In diesem Übersichtsartikel sollen die wichtigsten radiologischen diagnostischen Merkmale der Kniegelenkarthrose und deren radiologisch Beurteilung dargestellt werden.

Radiologische Messung der Kniearthrose

Konventionelle Projektionsradiographie

Konventionelle Röntgenbildaufnahmen sind die am weitesten verbreitete Methode, um die Diagnose einer Kniegelenkarthrose zu stellen und den chronologische Verlauf der Kniegelenkarthrose zu messen. Die erste und immer noch gültige validierte globale Messmethode zur einheitlichen Graduierung der Kniegelenkarthrose anhand von Röntgenbildaufnahmen wurde 1957 von Kellgren u. Lawrence [3] entwickelt und 1961 von der World Health Organization (WHO) als Standardmethode anerkannt. Diese Methode teilt den Schweregrad der Kniearthrose anhand Messungen der Gelenkspaltweite und des Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins von Osteophyten in 4 Stadien ein (Tab. 1). In den folgenden Jahren wurden weitere Messmethoden zur individuellen Graduierung der Osteophyten, Gelenkspaltverschmälerung und subchondralen Sklerosierung entwickelt [12].

Tab. 1

Projektionsradiographische Graduierung der Kniegelenkarthrose nach dem Kellgren-Lawrence-Score [3]

Osteophyten

Keine: 0

Eindeutig: 1

Groß: 2

Gelenkspaltweite

Normal: 0

Eindeutig verschmälert: 1

Fortgeschritten verschmälert: 2

Aufgehoben: 3

Subchondrale Sklerose

Keine: 0

Leicht: 1

Leicht mit Zystenbildung: 2

Ausgeprägt mit Zystenbildung: 3

Deformierung

Keine: 0

Leicht: 1

Deutlich: 2

Grad 0: 0 Punkte, Grad 1: 1–2 Punkte, Grad 2: 3–4 Punkte, Grad 3: 5–9 Punkte, Grad 4: 10 Punkte.

Diese Graduierungsmethoden sind aber vielfach in Frage gestellt worden, da sie eine sehr grobe Einteilung beinhalten und ihre Validität und Sensitivität zur Beurteilung der Krankheitsprogression sehr niedrig waren. Insbesondere, da z. B. die Osteophyten eine zentrale Rolle im Scoringsystem spielen, ihre Wichtigkeit im Verlauf der Arthrose jedoch nach wie vor unklar ist. Das Auftreten von Osteophyten bei Kniearthrose ist zwar mit dem Vorhandensein, aber nicht mit dem Schweregrad von Arthroseschmerzen assoziiert und zeigt auch keinen statistisch signifikanten Bezug zur Krankheitsprogression [13, 14]. Allerdings haben einige Studien ergeben, dass Graduierungen des Osteophytenbildungsverlaufs eine bessere Reproduzierbarkeit haben als Messungen der Gelenkspaltweite [15].

Die radiographische Messung der Gelenkspaltweite unterliegt der Annahme, dass eine Reduktion der Gelenkspaltweite im chronischen progredienten Verlauf der Arthrose direkt mit einer Reduktion des Gelenkknorpelvolumens korreliert [16]. Das ist jedoch nicht zwingend richtig, da der radiographische Gelenkspalt nicht nur durch den Gelenkknorpel, sondern auch andere Gelenkstrukturen, wie z. B. die Menisken, gebildet wird und seine Beurteilung stark projektions- und untersucherabhängig ist [16, 17, 18]. Außerdem ist die projektionsradiographische Messung der Gelenkspaltweite relativ insensitiv in Bezug auf Veränderungen innerhalb kurzer Zeiträume [19]. So wurde in einer 2-jährigen Studie von Raynauld et al. [20] nachgewiesen, dass anhand von Röntgenbildern, welche in 6-monatigen Intervallen angefertigt worden waren, über den gesamten Studienzeitraum keine Veränderungen der Gelenkspaltweite gemessen werden konnten, obwohl nachweislich mittels MRT ein signifikanter Verlust an Knorpel stattgefunden hat. In den meisten radiologischen Instituten wird eine p.-a.-Aufnahme des Kniegelenks in der Lyon-Schuss-Position mit einer 10°-kaudal-Angulierung des Röntgenstrahls zur optimalen Abbildung des Gelenkspalts empfohlen (Abb. 1).

Magnetresonanztomographie (MRT)

Die nichtinvasive Diagnostik von Knorpelschäden ist für das Verständnis der zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen und für die Entwicklung, Anwendung und Verlaufsbeobachtung von Therapien von großer Bedeutung. In der klinischen radiologischen Routine zur Beurteilung der Kniearthrose mittels MRT werden viele Veränderungen, die für die funktionelle Integrität des Knies relevant sind und mit der Arthroseentstehung in Verbindung gebracht werden sowie anatomische Strukturen beurteilt. Mit der MRT können erfasst werden:
  • die Integrität des Gelenkknorpels,

  • subartikuläre Knochenmarkabnormalitäten,

  • subchondrale Zysten,

  • subartikuläre Abnutzung,

  • marginale und zentrale Osteophyten,

  • Meniskusveränderungen,

  • die Kreuz- und Seitenbänder,

  • Synovitis und Gelenkerguss sowie

  • freie intraartikuläre Gelenkkörper, Bursitiden und periartikuläre Zysten.

„Niedrigfeldstärken“-MRTs (0,18–0,2 Tesla [T]) sind auf Grund ihres niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) und der nur begrenzt nutzbaren Fettunterdrückung den „Normalfeldstärken“-MRTs (1,5 oder 3,0 T) in Bezug auf die Bildqualität zur morphologischen Betrachtung der Kniestrukturen unterlegen. In einigen Studien haben 3,0-T-Geräte ihr hohes Potenzial zur Beurteilung der einzelnen Knorpelbestandteile gezeigt [21].

Generell eignen sich Sequenzen mit Fettunterdrückung auf Grund ihres hohen Kontrastumfangs und der reduzierten Chemical-shift-Artefakte gut zur Darstellung des hyalinen Gelenkknorpels. Nachteile fettunterdrückter Sequenzen sind eine längere Akquisitionszeit und eine hohe Anfälligkeit für Magnetfeldinhomogenitäten.

Knorpeldicke

Um das Risiko einer entstehenden Kniearthrose oder deren Krankheitsverlauf mittels einer neuen Methode zu beurteilen, kann man alternativ zur projektionsradiographischen Messung der Gelenkspaltweite die Knorpeldicke mittels MRT quantifizieren [22, 23]. Der Vorteil der MRT liegt, wie oben erwähnt, in der direkten Darstellung des Gelenkknorpels anstatt der indirekten Messung der vermuteten Knorpeldicke anhand der Gelenkspaltweite. Für diese Messungen verwendet man T1-gewichtete fettunterdrückte Sequenzen, mit denen der Gelenkknorpel direkt dargestellt werden kann [24]. Jedoch wurde in wissenschaftlichen Studien bald festgestellt, dass eine reine Messung der Knorpeldicke mit einigen Einschränkungen verbunden ist, wie z. B. unterschiedlichen Messungsergebnisse je nach Tageszeit und einer schlechten Reproduzierbarkeit der einzelnen Messungen in Langzeitstudien [23, 25].

Knorpelvolumen

Zur Knorpelquantifizierung ist es möglich, das Knorpelvolumen mittels MRT zu bestimmen. Diese Methode hat eine sehr hohe Validität, und MRT-Studien der Knorpelvolumenmessung zeigten eine Korrelation von 0,98 zwischen den Berechnungen im MRT und dem tatsächlichem Knorpelvolumen bei Operationstücken oder postmortalen Präparaten [24, 26, 27]. Auch wurde nachgewiesen, dass das artikuläre Knorpelvolumen ein valider Richtwert für das klinische Outcome der Arthrose und die Wahrscheinlichkeit einer späteren Therapie mittels Kniegelenkprothese darstellt. Die Messung des Knieknorpelvolumens hat eine gute interindividuelle Variabilität sowohl bzgl. gesunder als auch arthrotischer Gelenke [28]. Die MRT-Quantifizierung des Kniegelenkknorpelvolumens hat auch eine viel höhere Sensitivität für Volumenveränderungen als Messungen der Gelenkspaltweite mittels konventioneller Röntgenbilder. So wurde demonstriert, dass Veränderungen der Gelenkspaltweite am Röntgenbild erst dann erkennbar werden, wenn schon 11–13% des Knorpelvolumens aufgebraucht sind [20]. Als Einschränkung der Knorpelvolumenmessung ist anzuführen, dass Menschen mit großen Knochen auch ein höheres Knorpelvolumen besitzen als Menschen mit kleinen Knochen, und selbst nach Korrektur Männer eine größere Gelenkoberfläche aufweisen als Frauen, was die Bandbreite möglicher pathologischer und physiologischer Resultate weit macht. Der Nachteil quantitativer Messungen ist auch, dass meistens eine spezielle Software benötigt wird und semiautomatische Messungen sehr zeitintensiv sind.

Knorpeldefekte

Die multiplanare tomographische Bildgebung und die Möglichkeit der dreidimensionalen Rekonstruktion im MRT ermöglichten es, Knorpeldefekte der Gelenkoberfläche exakt zu visualisieren. Auch Knorpeldefekte kann man mittels MRT viel früher darstellen, als dass man Veränderungen auf Röntgenbildern erkennen kann [29]. Als Knorpeldefekte bezeichnet man Irregularitäten des normalerweise (spiegel)glatten Gelenkknorpels, die mittels MRT oder Arthroskopie erkannt werden können. Da man allerdings Knorpeldefekte sowohl bei schmerzfreien Menschen ohne radiologisch nachweisbare Kniearthrose als auch bei Patienten mit diagnostizierter schmerzhafter Kniearthrose feststellen kann, ist ihre Bedeutung für die Graduierung des Arthrosegrads spekulativ [29, 30, 31]. MRT-diagnostizierte Knorpeldefekte bei asymptomatischen Individuen sind mit einer Reduktion des Knorpelvolumens assoziiert [10, 32]. Ob diese Knorpeldefekte eine Frühform der Kniearthrose darstellen, konnte bisher jedoch noch nicht erforscht werden.

Dennoch, bei Patienten mit manifester Kniearthrose ziehen Knorpeldefekte einen schnelleren Knorpelverlust, rascheren Krankheitsverlauf, Schmerzen, körperliche Einschränkungen und die Notwendigkeit einer Kniegelenkprothese nach sich [30, 31].

Netzwerk des hyalinen Gelenkknorpels

Das makromodulare Netzwerk des hyalinen Gelenkknorpels besteht hauptsächlich aus Kollagen und Proteoglykanen. Normalerweise ist das kollagene Netzwerk hochorganisiert, um den Scher- und Druckkräften der mechanischen Belastung zu widerstehen. Glukosaminoglykane (GAGs) sind sich wiederholende Disaccharide mit Carboxyl- und Sulfatgruppen und wesentliche Bestandteile der Proteoglykane. GAGs bilden wichtige Strukturkomponenten der extrazellulären Matrix und machen ca. 20% des Knorpelvolumens aus. Das Kollagen des Knorpels formt ein isoelektrisches Fasernetzwerk, in das GAGs als Bestandteil der Proteoglykane eingebettet sind. Im Rahmen einer Kniegelenkarthrose kommt es typischerweise zu einer biochemischen Veränderung der hyalinen Knorpelsubstanz. Verlust an GAGs und erhöhter Wassergehalt des Gelenkknorpels, bei unveränderter kollagener Knorpelkomponente, sind die ersten biochemischen Anzeichen einer Arthrose und als frühes Ereignis der Knorpeldegeneration anerkannt. Mittels mehrerer MRT-Techniken kann die biochemische Zusammensetzung des Gelenkknorpels und dessen Veränderung schon vor dem Auftreten arthrotischer Veränderungen nachgewiesen werden. Alle diese Methoden zielen auf die Bildgebung der GAG-Komponente oder des kollagenen Netzwerks des Knorpels ab.

dGEMRIC-Methode

Eine der aussichtsreichen Techniken zur Darstellung und Quantifizierung der Knorpelqualität ist die Delayed-gadolinium-enhanced-MR-imaging-of-cartilage(dGEMRIC)-Methode [33].

Dieses MRT-Verfahren zur In-vivo-Beurteilung des GAG-Gehalts im Knorpel und damit der Knorpelqualität ist etabliert und validiert, jedoch klinisch noch nicht sehr weit verbreitet. dGEMRIC kann an den Standard-MRT-Geräten durchgeführt werden. Dabei benützt man das anionische Kontrastmittel Gadopentat-Dimeglumin (z. B. Magnevist®, Bayer, Leverkusen) aus der täglichen Routine; dieses zerfällt nach i.v.-Injektion und ein negativ geladenes Gadopentat2− (Gd-DTPA2−) entsteht [34]. Chemische Grundlage der dGEMRIC-Technik ist, dass GAGs aufgrund überzähliger Kohlenstoff- und Schwefelgruppen negativ geladen sind und im physiologischen pH ionisiert vorliegen [34]. Das anionische Gd-DTPA2− verteilt sich im Knorpelgewebe reziprok proportional zum Gehalt der negativ geladenen GAGs. Daher ist der Gehalt an Gd-DTPA2− im gesunden Knorpel niedrig und in geschädigtem Knorpel mit dementsprechend verminderten GAGs höher. Da Gd-DTPA2− die T1-Relaxationszeit verkürzt, kann der GAG-Gehalt des Knorpels durch T1-Analyse als dGEMRIC-Index berechnet werden (Abb. 2; [35]).

An einigen Zentren wurden schon wissenschaftliche dGEMRIC-Studien bei Kniegelenkarthrose durchgeführt. Hierbei wurde nachgewiesen, dass mechanische Belastung die Biochemie des Gelenkknorpels und somit den dGEMRIC-Index des Kniegelenks beeinflusst [36, 37]. Ein erniedrigter dGEMRIC-Index im medialen im Vergleich zum lateralen Kniegelenkkompartiment ist ein Anzeichen einer Früharthrose nach medialer Meniskektomie [38].

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Abb. 2

Links Sagittale hochauflösende MRT des medialen Femurkondyls in einer protonengewichteten Sequenz zur detailgenauen morphologischen Darstellung. Fortgeschrittene Zeichen einer Kniegelenkarthrose mit osteophytären Ausziehungen (Pfeil) und deutlich erkennbaren Signalinhomogenitäten des hyalinen Knorpels (Pfeilspitzen). Rechts Sagittale T1-gewichtete dGEMRIC-Darstellung der medialen Femurrolle mit überlappender Pseudokolor-T1-Map des Knorpels. Die Segmentation wurde manuell durchgeführt. Dunkelblaue Regionen repräsentieren einen hohen GAG-Gehalt des Knorpels, während grüne, gelbe und rote Regionen mit einem niedrigen GAG-Gehalt des Knorpels korrespondieren. (Die Abbildungen wurden von Dr. Pavel Szomolanyi, MR-Zentrum – Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR, Medizinische Universität Wien, zur Verfügung gestellt)

Knochenmarködem

In den meisten wissenschaftlichen Studien zur radiologischen Bildgebung der Kniegelenkarthrose beschäftigen sich die Wissenschaftler mit Fragestellungen bzgl. des chronischen Abbaus der Knorpelsubstanz. Allerdings sind aus pathophysiologischer Sicht auch die subchondralen knöchernen Strukturen wesentlich an der Entstehung und dem Verlauf der Arthrose beteiligt und zeichnen häufig für den klinischen Schweregrad der Knieschmerzen verantwortlich. Hierbei spielt die radiologische Beurteilung eines Knochenmarködems eine hervorzuhebende Rolle. Auch wenn das Vorhandensein eines Knochenmarködems ein typisches zusätzliches Feature der Kniegelenkarthrose ist und bei bis zu 38% aller Patienten mit konventionell-radiologisch nicht erkennbarer Kniearthrose (Kellgren-Lawrence Grad < 2 im Röntgen, aber Knorpeldefekten im MRT) gefunden wird, ist es leider nicht sehr spezifisch, da eine Prävalenz von bis zu 13% auch bei gesunden Individuen gefunden werden kann [39]. Bei Patienten mit Kniearthrose ist das Vorhandensein eines Knochenmarködems aber mit einer Progression der Gelenkspaltverschmälerung assoziiert und kann diese sogar Vorhersagen. Außerdem besteht bei Arthrosepatienten ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Ausprägung eines Baselineknochenmarködems und einem stärkerem Knorpelverlust im Verlauf der Arthrose.

Spezielle MRT-Sequenzen, wie z. B. „turbo inversion recovery magnitude“ (TIRM), T2-gewichtete, fettgesättigte Sequenzen (T2-FS) und kontrastmittelunterstützte T1-gewichtete, fettgesättigte Sequenzen (T1-FS) werden eingesetzt, um ein Knochenmarködem (TIRM, T2-FS) sowie ossäre Entzündungen (T1-FS) der untersuchten Gelenke festzustellen (Abb. 3). In einem Vergleich der unterschiedlichen MRT-Sequenzen wurde festgestellt, dass eine fettunterdrückte wassersensitive Fastspinechosequenz (wie z. B. eine T2- oder protonengewichtete Sequenz) in Bezug auf die Sensitivität zur Knochenmarködemdetektion einer Gradientenechosequenze (wie z. B. „dual echo steady state“, DESS) überlegen ist [40].

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Abb. 3

Knochenmarködem (Pfeilspitzen) bei einem 73-jährigen Patienten mit medialer Verschmälerung des Gelenkspalts (Pfeil) im Rahmen einer Kniegelenkarthrose. Spezielle MRT-Sequenzen, wie z. B. „turbo inversion recovery magnitude“ (TIRM), werden eingesetzt, um ein Knochenmarködem der untersuchten Gelenke festzustellen

Artikuläre Kniegelenkbänder

Auch die radiologische Beurteilung der artikulären Kniegelenkbänder spielt in der magnetresonanztomographischen Praxis bei Kniegelenkarthrose eine wichtige Rolle. Eine Studie kam zu dem Ergebnis, dass bei 50–70% aller Patienten mit einer kompletten Ruptur des vorderen Kreuzbandes radiologische Veränderungen einer Kniearthrose innerhalb von 15 bis 20 Jahren auftreten [41]. Bei Patienten mit manifester schmerzhafter Kniearthrose findet man in bis zu 23% aller Fälle eine komplette vordere Kreuzbandruptur. Außerdem treten die oben erwähnten Knochenmarködeme häufig gemeinsam mit (chronischen) Verletzungen des vorderen Kreuzbandes bei Kniegelenkarthrose auf. Am genauesten lassen sich die Kniegelenkbänder auf einem 1,5-T-Gerät mittels T2*-gewichteter Gradientenechosequenz (MEDIC) mit Fettsättigung und auf einem 3,0-T-Gerät mittels der isotropen 3-D-protonengewichteten(PD)-Turbospinecho(TSE)-Sequenz (PD-SPACE, „sampling perfection with application-optimized contrasts using different flip angle evolutions“) abbilden (Abb. 4; [42]).

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Abb. 4

Detaillierte Darstellung des vorderen Kreuzbandes eines 59-jährigen Patienten mit Kniearthrose mittels einer T2*-gewichteten Gradientenechosequenz (MEDIC) mit Fettsättigung. Typisch für die Arthrose sind Osteophyten und eine Verschmälerung des Gelenkspalts im Patellofemoralgelenk (Pfeil) sowie die vollständige Ruptur des vorderen Kreuzbandes (Pfeilspitzen)

MRT-Studien bei Patienten mit manifester Kniegelenkarthrose haben gezeigt, dass in 91% aller Fälle zusätzlich zu den knöchernen, knorpeligen und ligamentösen Veränderungen Einrisse der Menisken nachweisbar sind [43]. Einrisse der Menisken bei Kniearthrose sind signifikant mit dem Vorhandensein von Knorpeldefekten und einer raschen Progression des Knorpelverlusts assoziiert. Außerdem gelten für die Entstehung von Meniskuseinrissen die gleichen Risikofaktoren wie für die Kniearthrose, nämlich Alter, Body Mass Index (BMI), weibliches Geschlecht und Genetik. Daher sollten bei der Knie-MRT mit Verdacht auf Kniearthrose Sequenzen zur detaillierten Darstellung der Menisken in keinem Untersuchungsprotokoll fehlen.

Ultraschall

In vielen klinischen Situationen wird der Ultraschall dazu verwendet, um bildgebungsgestützt Interventionen, wie z. B. intraartikuläre Injektionen oder Biopsien, bei unterschiedlichsten Formen der Arthropathien durchzuführen. Bei der radiologischen Beurteilung der Kniegelenkarthrose spielt der Ultraschall sowohl in der klinischen Routine als auch in wissenschaftlichen Studien eine eher untergeordnete Rolle. Allerdings stellt die sonographische Untersuchung eine gute und rasch verfügbare Methode dar, um die akuten entzündlichen Veränderungen bei Kniearthrose auch bei ambulantem Patienten zu beurteilen [44]. Die periartikuläre Weichteilschwellung und der suprapatellare Erguss sind mittels Ultraschall sehr gut diagnostizierbar. Außerdem ermöglicht der Ultraschall unter Verwendung der Dopplertechnik auch ohne hohe Kosten eine Real-time-Bildgebung und Quantifizierung der Entzündungsreaktion und damit den Verlauf einer Gelenkerkrankung während einer Therapie zu monitorisieren. Eine radiologische Erkennung der synovialen Aktivierung im Falle einer Entzündungsreaktion gelingt bereits früh mittels hochauflösendem Ultraschall und der Verwendung von Farbdoppler- oder Powerdopplerultraschall (PDUS) bzw. Ultraschallsignalverstärkern (Abb. 5).

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Abb. 5

Synovitis im Recessus suprapatellaris (Pfeilspitzen) bei einer Patientin mit aktivierter Kniearthrose. Die Erkennung einer synovialen Aktivierung gelingt bereits früh mittels hochauflösendem Ultraschall und der Verwendung von Farbdopplerultraschall

Somit stellt die Ultraschalluntersuchung durch die Möglichkeit, artikuläre knorpelige und periartikuläre weichteildichte Strukturen abzubilden, eine nützliche und hilfreiche Methode dar, um eine frühe Kniegelenkarthrose auch ohne eindeutige radiographische Zeichen oder klinische Symptome zu erkennen [45]. Auch knöcherne Veränderungen wie periartikuläre Osteophytenbildungen oder Verkalkungen der periartikulären Weichteilstrukturen können mittels Ultraschall röntgenstrahlenfrei erfasst werden. Gut lassen sich auch das Tibiofemoralgelenk (vordere gewichtstragende Gelenkfläche und der Hoffa-Fettkörper), die mediale und laterale Gelenklinie (inklusive periphere Anteile der Menisken) sowie evtl. vorhandene Baker-Zysten (Abb. 6 und Abb. 7) untersuchen [46]. Die größte Schwäche des Ultraschalls liegt darin, dass es unmöglich ist, tiefer liegende Strukturen als die erwähnten zu erreichen. Ultraschall ist daher eher eine gute In-vivo-Ergänzungsmethode zur konventionellen Röntgenbildaufnahme und MRT als eine eigenständige diagnostische Modalität der Kniearthrose [47].

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Abb. 6

Axiale hochauflösende Ultraschalluntersuchung der vorderen tibiofemoralen Gelenkfläche des rechten Knies einer 65-jährigen Patientin mit medialer Kniegelenkarthrose. Der knorpelige Gelenkflächenüberzug der lateralen Femurrolle ist intakt (Pfeilspitzen). Der mediale Knorpel ist vollständig aufgebraucht und nicht mehr nachweisbar (Pfeil)

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Abb. 7

Sonographische Darstellung der medialen Gelenklinie einer 65-jährigen Patientin mit medialer Kniegelenkarthrose. Deutliche Extrusion des medialen Meniskuskörpers mit kleiner Meniskuszyste (Pfeilspitzen)

Fazit für die Praxis

  • Die demographische Altersentwicklung der westlichen Industrieländer prognostiziert einen deutlichen Anstieg der Arthroseinzidenz für die nächsten Jahrzehnte.

  • Die systematische radiologische Beurteilung der Kniegelenkarthrose umfasst die Bestimmung bzgl. Gelenkkapselstrukturen, Synovia, Knorpeldicke, Knorpelvolumen, -defekte, makromodulares Netzwerk des hyalinen Gelenkknorpels, Knochenmarködem, Menisken und artikuläre Gelenkbänder.

  • Moderne bildgebende Methoden wie die MRT und Sonographie ermöglichen, die Schwächen der Projektionsradiographie zu vermeiden und das Kniegelenk mit seinen knöchernen, knorpeligen, ligamentösen und weichteildichten Strukturen detailliert abzubilden sowie den Schweregrad der Kniearthrose quantitativ zu beurteilen.

Interessenkonflikt

Der korrespondierende Autor gibt für sich und seine Koautoren an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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