L.V. von Engelhardt1, 2, J. Jerosch1

Zusammenfassung: Im klinischen Alltag ist die röntgenologische und kernspintomografische Bildgebung ein wesentliches ärztliches Werkzeug. Methodische Stärke der konventionellen Radiologie ist die Darstellung des Knochens, sodass sich die für die Arthrose typischen sekundären Knochenveränderungen besonders gut beurteilen lassen. Neben den Möglichkeiten, den Schweregrad der Arthrose zu erheben, sind insbesondere Belastungsaufnahmen besonders geeignet, um einhergehende höhergradige Knorpelschäden mit einem Verlust der Gelenkspaltweite ausfindig zu machen. In der Literatur finden sich vergleichsweise wenige Arbeiten zur MRT-Diagnostik, die explizit auf die Arthrose bzw. degenerative Knorpelschäden gerichtet sind. Anhand der Literatur ist die MRT eine unterstützende Methode bei der Diagnostik degenerativer Knorpelschäden. Für eine dezidierte Beurteilung von Knorpelschäden und eine entsprechende Therapieplanung kann die MRT den Nutzen einer diagnostischen Arthroskopie derzeit nicht ersetzten.

Schlüsselwörter: Arthrose, Knie, Hüfte, Knorpel, Röntgen, MRT, Arthroskopie

Zitierweise
von Engelhardt LV, Jerosch J. Bildgebende Diagnostik der Arthrose im klinischen Alltag.
OUP 2015; 05: 252–257 DOI 10.3238/oup.2015.0252–0257

Summary: In clinical practice radiological and magnetic re-sonance imaging is an essential medical tool. Methodological strength of conventional x-ray is the imaging of the bone. As a consequence, a reliable assessment of secondary bony change of osteoarthritis is possible. Besides a radiological assessment of the severity of osteoarthritis, weight-bearing radiographs are particularly suitable for detecting high-grade cartilage damage associated with a loss of joint space width. The literature contains only relatively few studies investigating the diagnostic value of MRI which are explicitly focused on the assessment of osteoarthritis or degenerative cartilage diseases. Regarding to the literature, MRI is a supportive method for the diagnostics of degenerative cartilage diseases. However, the value of a diagnostic arthroscopy for a definitive assessment of cartilage damages and for therapeutic planning currently cannot be replaced by MRI.

Keywords: Osteoarthritis, knee, hip, cartilage, MRI, arthroscopy

Citation
von Engelhardt LV, Jerosch J. Diagnostic imaging of osteoarthritis in clinical practice.
OUP 2015; 05: 252–257 DOI 10.3238/oup.2015.0252–0257

Einleitung

Im klinischen Alltag ist die Bildgebung gerade bei Arthrosen und Präarthrosen wesentlich, um Diagnosen zu sichern, die Prognose abzuschätzen und weitere Therapiewege planen zu können. Mit diesem Review möchten wir Ihnen einen Überblick zu diesem doch recht komplexen Thema geben.

Konventionelles Röntgen

Methodische Stärke der konventionellen Radiologie ist die Darstellung des Knochens, sodass sich die für die Arthrose typischen sekundären Knochenveränderungen besonders gut beurteilen lassen. In der Routinediagnostik hat sich daher die Darstellung des betroffenen Gelenks in 2 Ebenen zur Diagnosesicherung bewährt. Es gibt eine Vielzahl an Klassifikationen, um den Schweregrad einer Arthrose nach der Röntgenmorphologie einzuteilen. Die am meisten verwendete Einteilung ist hierbei sicherlich die nach Kellgren und Lawrence [1].

In der Einteilung nach Kellgren und Lawrence (Abb. 1) findet man im Stadium I, der beginnenden Arthrose, umschriebene Verhärtungen, sog. Sklerosierungen des Knochens, die zumeist im Pfannenbereich oder an den Tibiaplateaus erkennbar sind. Im Stadium II, der geringen Arthrose, zeigt sich bereits eine allerdings nur geringfügige Gelenkspaltverschmälerung. Zudem lassen sich definitionsgemäß bereits kleine Osteophyten als feine, spitz ausgezogene Knochenanbauten erkennen. Im Stadium III, der mäßigen Arthrose, ist die Gelenkspaltverschmälerung deutlich. Auch finden sich bereits große knöcherne Ausziehungen und Unebenheiten der Gelenkfläche. Im Stadium IV, der schweren Arthrose, zeigt sich eine vollständige Gelenkspaltverschmälerung und eine regelrechte Deformierung der Gelenkpartner.

Letztlich geht es in dieser Klassifikation um 3 wesentliche Befunde: die
Gelenkspaltweite, die subchondralen Sklerosierungen und die Ausbildung von Osteophyten. Auf diese Befunde möchten wir genauer eingehen und versuchen zu klären, was wir da eigentlich sehen. Die subchondrale Sklerosierung entspricht einer Verdichtung der Knochenbälkchen unter gleichzeitiger Verminderung der filigranen Vernetzung der Knochentextur. Ein solcher Befund gilt als röntgenologischer Hinweis auf eine länger andauernde Überlastung und entspricht damit einer Adaptationsreaktion des Knochens auf die nicht mehr ausreichend gegebene Stoßdämpferfunktion des Knorpels [2]. Neben dieser Pathogenese, die die Sklerose als Folgeerscheinung eines Knorpelschadens sieht, wird in den letzten Jahren auch dem subchondralen Knochen selbst eine Rolle in der Ätiologie und Pathogenese der Arthrose zugeordnet. Ein interessantes Beispiel hierfür sind unterschiedliche Tierversuche an speziellen Meerschweinchenstämmen, die zeigen, dass entsprechende Veränderungen am subchondralen Knochen bereits lange Zeit vor den histologischen Änderungen am Knorpel auftreten. Histologisch finden sich auch hier eine zunehmende Dicke und eine verplumpte Struktur des subchondralen Knochens [3, 4]. Auch zeigt eine Studie von Bruyere et al., dass Arthrosepatienten mit einer in einer Knochendichtmessung objektivierten, vermehrten subchondralen Sklerosierung im weiteren Verlauf eine signifikant vermehrte Höhenminderung des Gelenkknorpels aufweisen [5]. Entsprechend dieser und einiger weiterer Studien ist zu vermuten, dass der subchondrale Knochen evtl. viel wesentlicher an der Pathogenese der Arthrose beteiligt ist, als weitläufig vermutet.

Eine mögliche Kausalkette wäre bspw. eine überhöhte Steifigkeit des subchondralen Knochens, hierdurch wäre die schockabsorbierende Funktion des Knorpels vermindert oder besser überfordert, und damit wäre der subchondrale Knochen nicht unwesentlich an den degenerativen Knorpelveränderungen beteiligt. Die Ätiopathogenese von Osteophyten ist bis dato unklar. Meist werden osteophytäre Appositionen als Versuch des Organismus verstanden, die Belastungsfläche des Gelenks zu vergrößern. Für diese Aussage gibt es aber keine Evidenz [6, 7].

Ein weiteres typisches Arthrosezeichen ist auch die Verschmälerung des Gelenkspalts als indirektes Zeichen einer Verringerung der Knorpelhöhe. Im deutschen Sprachraum ist die Einbein-standaufnahme bei gestrecktem Kniegelenk, die sog. Flamingoaufnahme, weit verbreitet. In anderen Ländern (Frankreich, USA, Kanada) wird dagegen vornehmlich eine Belastungsaufnahme bei 45° gebeugtem Kniegelenk als sog. Rosenbergaufnahme oder Schussview durchgeführt.

Hierbei wird die Röntgenröhre um ca. 10° geneigt, um die Orientierung des Tibiaplateaus zu berücksichtigen und so den Gelenkspalt frei zu projizieren. Die normale Gelenkspaltweite am Kniegelenk beträgt medial etwa 4 und lateral etwa 5 mm. Bei einer Gelenkspaltverschmälerung auf 2 mm oder weniger muss von einem fortgeschrittenen, großflächigen Knorpelschaden in dem betroffenen Kompartiment im Sinne
einer beginnenden oder manifesten Arthrose ausgegangen werden. Der Vergleich zwischen der Einbeinstandaufnahme bei gestrecktem Knie und der
Belastungsaufnahme in Beugung ergab in der Rosenbergaufnahme eine höhere Empfindlichkeit für das Erkennen von Knorpelschäden [8].

Zusammenfassend lassen sich mit dem Röntgen vor allem die für eine Arthrose typischen sekundären Knochenveränderungen besonders gut beurteilen. Über die Situation am Gelenkknorpel lässt sich nur indirekt etwas aussagen. Gerade hierfür erhofft man sich vom MRT einen großen diagnostischen Nutzen.

Kernspintomografische
Diagnostik

In Anbetracht eines vielfältigen und
zunehmenden Spektrums unterschiedlicher konservativer und operativer Behandlungsmöglichkeiten von Knorpelschäden sowie evtl. Begleitpathologien [9] steigen die Anforderungen an eine suffiziente Knorpeldiagnostik. Hinsichtlich klinischer und tierexperimenteller Studien, wonach die frühzeitige operative Sanierung von Knorpelschäden einer verzögerten operativen oder konservativen Therapie überlegen ist, ist die nicht-invasive Knorpeldiagnostik im klinischen Alltag möglicherweise von
einer bislang unterschätzten Bedeutung [10–12]. Bei der kernspintomografischen Knorpelbeurteilung brauchen wir daher ein möglichst exaktes Grading der Schäden.

Die bekannteste und am meisten verwendete Methode zur makroskopischen Beurteilung von Gelenkknorpelschäden ist die Klassifikation nach Outerbridge [13]. Daher wird auch bei der MRT-Diagnostik zumeist ein Grading verwendet, das auf der Outerbridge Klassifikation basiert (Abb. 2 und 3) [14–17]. Hierbei zeichnet sich der der gesunde Knorpel (Grad 0) in der MRT durch eine homogene intrinsische Signalgebung und eine intakte Oberfläche aus. Eine Grad-I-Läsion ist durch eine fokale Veränderung der Signalintensität bei intakter Knorpeloberfläche definiert und entspricht dem arthroskopischen Befund einer Knorpelerweichung. Eine Grad-II-Läsion stellt sich kernspintomografisch mit einer oberflächigen, weniger als 50 % der Knorpeldicke betreffende Auffaserung, Rissbildung oder Erosion dar. Grad-III-Läsionen stellen sich in der MRT als Defekte mit einer Ausdünnung um mehr als 50 % der Knorpeldicke dar. Sie können mit oder ohne eine umschriebene Ulzeration des Knochens auftreten. Grad-IV-Läsionen zeichnen sich durch einen flächigen, bis auf den Knochen reichenden Knorpeldefekt aus und entsprechen dem arthroskopischen Befund einer Knochenglatze. Eine
solche Gradeinteilung von Knorpelschäden ist zur Abschätzung des Schwergrads und zur Planung weiterer Therapiewege von praktischem Nutzen.

In vielen Studien zur kernspintomografischen Knorpeldiagnostik wurde der diagnostische Nutzen der MRT ermittelt, indem verschiedene Grade von Knorpelschäden zu einem positiven (z.B. Grad II bis IV) und einem negativen Befund (z.B. Grad 0 und I) zusammengefasst wurden [14, 18–23]. Diese Vereinfachung entspricht sicherlich nicht den Anforderungen des behandelnden Arztes, der bei der Beurteilung zumeist ein möglichst exaktes Grading der Knorpelschäden benötigt. Viele Studien, die das MRT-Grading mit den intraoperativen Knorpelbefunden korrelieren, benutzten recht unterschiedliche statistische Methoden zur Ergebnisauswertung und zeigen auch nicht minder unterschiedliche Ergebnisse [24–29]. So zeigen Blackburn et al. mit der Berechnung des Korrelationskoeffizienten nach Person eine „moderate“ Korrelation (r = 0,4) zwischen dem MRT- und Arthroskopie (ASK) -Grading [25]. Hingegen zeigen 2 weitere Studien unter Verwendung des Spearman-Rank-Tests eine „hochsignifikante“ Korrelation (P > 0,0003 und P > 0,0001) beim Knorpelgrading [26, 28]. Bei der Ermittlung der Intra- und Inter-Observer-Übereinstimmung rangieren die ermittelten Kappa (?) -Werte von einer „geringen“ (? < 0,4) bis hin zu
einer „sehr guten“ (? > 0,8) Übereinstimmung [25, 27, 29]. Ähnlich hierzu
zeigen klinische Studien und Kadaveruntersuchungen, die sich mit den diagnostischen Werten, also Sensitivitäten, Spezifitäten und Vorhersagewerten beschäftigen, eine große Streuweite. Hierbei rangieren bspw. die Sensitivitäten für höhergradige Schäden zwischen 31 und 100 % [24, 28].

Neben recht unterschiedlichen statistischen Methoden zur Ergebnisauswertung verwendeten die vorangenannten Studien auch sehr unterschiedliche MRT-Techniken. Dies ist hinsichtlich der Literaturempfehlungen, in der unterschiedliche Sequenzprotokolle favorisiert werden, nicht weiter erstaunlich [30, 31–34]. Eine Besonderheit sind die sog. knorpelspezifische Sequenzen, wie z.B. 3D-Spoiled-Gradient-Recalled-Echo (SPGR)-Sequenzen. Diese bieten eine hohe räumliche Auflösung, weshalb sie insbesondere zur Volumenabschätzung im Sinne einer quantitativen Knorpelbeurteilung v.a. im Rahmen von Längsschnittuntersuchungen empfohlen werden. Erhebliche Nachteile dieser Sequenzen sind eine reduzierte Visualisierung der Menisken sowie der knöchernen und ligamentären Strukturen, sodass sie im klinischen Alltag kaum zur Anwendung geeignet sind [35]. Hingegen wurden in den letzten Jahren bei der Diagnostik des Knorpels, aber auch der weiteren Gelenkstrukturen recht überzeugende Ergebnisse mit T2-, intermediär- und Protonendichte (PD)-gewichteten schnellen SE-Sequenzen gesammelt [23, 32, 33, 34, 36, 37].

Eine weitere Perspektive zur Verbesserung der MRT-Bildgebung des Gelenkknorpels könnten höhere Feldstärken bieten. So zeichnet sich die 3T-MRT gegenüber niedrigeren Feldstärken durch eine höhere Signalausbeute aus, weshalb sie als logische und vielversprechende Weiterentwicklung angesehen wird [38]. So wurden in Studien mit gesunden Probanden sowohl für quantitative Parameter wie die Dicken- und Volumenmessung des Gelenkknorpels als auch für qualitative Parameter, wie das Signal-Rausch- und Kontrast-Rausch-Verhältnis, gute Ergebnisse am 3T-MRT nachgewiesen [39, 40]. Vergleichende experimentelle Untersuchungen an einer 1,5- und 3T-MRT an Schaf- und an Schweinekniegelenken zeigten am 3T-MRT bei sämtlichen MRT-Sequenzen höhere Detektionsraten für die Diagnostik iatrogener Knorpelschäden [41, 42]. Klinische Studien zur 3-Tesla-MRT zeigen für die Diagnostik unterschiedlicher Schweregrade von Knorpelschäden vergleichsweise gute diagnostische Werte mit Sensitivitäten von bis zu 91 % [36, 43–46]. Wong et al. konnten zudem zeigen, dass die 3-Tesla-MRT eine höhere diagnostische Werte aufwies als eine entsprechende Untersuchung bei Feldstärken von 1,5 Tesla [46].

Nachteil dieser teilweise sehr vielversprechenden klinischen Studien am 3-Tesla-Gerät, aber auch der meisten Studien zur 1,5-Tesla-MRT ist, dass sie nicht explizit auf degenerative Knorpelschäden gerichtet sind. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass
eigene Untersuchungen zum diagnostischen Nutzen der MRT bei traumatischen Knorpelschäden sehr gute diagnostische Werte zeigen, wohingegen der diagnostische Nutzen bei degenerativen Knorpelschäden doch deutlich eingeschränkt ist [16, 17]. So sind trotz der
guten Sensitivitäten am 3T-MRT die
positiven Vorhersagewerte z.B. bei der Therapieplanung zu berücksichtigen. Entsprechend eigener Ergebnisse am 3-Tesla-MRT, die explizit auf degenerative Knorpelschäden gerichtet waren, liegt die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei einem auffälligen MRT-Befund auch arthroskopisch ein exakt entsprechender Schaden findet, nur zwischen 39 und 72 % [47]. Dies zeigt, dass ein dezidiertes Grading von Knorpelschäden auch mit der 3T-MRT nicht mit abschließender Sicherheit möglich ist.

Das die Knorpeldiagnostik für traumatische und degenerative Schäden sehr unterschiedliche Ergebnisse zeigt, ist unseres Erachtens weiter erstaunlich, da sie sowohl intraoperativ, z.B. während einer Arthroskopie, aber natürlich auch in der MRT vollkommen unterschiedlich aussehen. So zeigen 2-gradige traumatische Knorpelschäden in der
Arthroskopie eher grobzottige, „krebsfleischähnliche“ Faserungen (Abb. 4), wohingegen die Auffaserungen 2-gradiger degenerativer Knorpelschäden vielmehr feinfaserig und flottierend erscheinen (Abb. 3).

Zusammenfassend bleibt der Nutzen der MRT einschließlich der 3T-MRT für eine dezidierte Knorpelbeurteilung insbesondere bei degenerativen Knorpelschäden eingeschränkt. Somit bleibt der intraoperative Befund entscheidend für die Wahl der Therapie, weshalb eine umfassende präoperative Aufklärung, die unterschiedliche Behandlungsmöglichkeiten abhängig vom intraoperativen Befund aufzeigt, weiterhin angemessen erscheint. Hinsichtlich der Schwierigkeiten einer exakten Beurteilung des Schweregrads degenerativer Knieschäden sind weitere Studien zu diesem Thema sicherlich von Interesse. In diesem Zusammenhang sollte der kaum ersetzbare Nutzen der MRT zur Darstellung weiterer typischer Befunde einer Arthrose wie Knochenmarködemen, Osteophyten, Sklerosezonen, Zysten etc. erwähnt werden. So zeigen mehrere Studien, dass Osteophyten und Gelenkergüsse im MRT signifikant mit klinischen Befunden wie Schmerzen und Bewegungseinschränkungen des Kniegelenks assoziiert sind [48–50]. Demnach ist es durchaus von Interesse, entsprechende Befunde bei der Beurteilung des Patienten einzubeziehen. Vielmehr sollten solche Befunde sogar weitaus mehr als üblich, neben der Berücksichtigung des Schweregrads der Knorpelschäden, in die Entscheidungsfindung einbezogen werden.

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Korrespondenzadresse

PD Dr. med. Lars Victor von Engelhardt

Fakultät für Gesundheit der
Universität Witten/Herdecke

Abteilung für Orthopädie,
Unfallchirurgie und Sportmedizin

Johanna-Etienne-Krankenhaus

Am Hasenberg 46

41462 Neuss

L.vonEngelhardt@ak-neuss.de

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Fussnoten

1 Abteilung für Orthopädie, Unfallchirurgie und Sportmedizin, Johanna-Etienne-Krankenhaus, Neuss

2 Fakultät für Gesundheit, Private Universität Witten/Herdecke