Radiography (SoR) 2026-Feb DOI: 10.1016/j.radi.2025.103320

Radiographic patellar height assessment of knee osteoarthritis.

Alhasan M K, Obeidat N, Malkawi M S, Al-Othman L E, Al Zeghari M J, et al.

AI 導讀 technology XR 重要性 4/5

Caton-Deschamps Index 測量髕骨高度具有 85% 高信度，能有效輔助 X 光評估膝關節炎。

研究涵蓋 362 例膝關節 X 光，平行比較 4 種常規髕骨高度測量指數。
骨關節炎患者的髕骨高度平均值多數顯著較低 (P < 0.05)。
Caton-Deschamps Index 具備最佳的 85% 觀察者間信度 (ICC)。

在膝關節 X 光側位影像中，Caton-Deschamps Index 是唯一能達到 85% 高觀察者間信度的髕骨高度測量法。異常的髕骨高度不僅會造成關節不穩定，這項包含 362 名受試者的影像研究更證實，多數測量指數在骨關節炎患者身上均顯示出顯著較低的平均值，可用於輔助臨床常規影像分期。

髕骨高度評估缺乏標準化量測協議的挑戰

探究膝關節退化性骨關節炎 (Knee Osteoarthritis, OA) 的發展進程時，髕骨高度 (Patellar height) 的異常往往扮演著關鍵的影像學角色。過高或過低的髕骨位置，都可能直接導致髕骨股骨關節的相對不穩定，進而改變關節軟骨承受應力的分布狀態，長久下來便會促成結構性的磨損與不可逆的退化。回顧當前的常規影像診斷流程，不難發現臨床上一直缺乏標準化的正常參考值區間。這不僅使得單一 X 光影像的判讀容易出現偏誤，現有影像技術也缺乏統一的測量協議 (Protocols) 來提供具備強健性 (Robustness) 的評估標準。這類標準化的匱乏，導致觀察者間 (Inter-observer) 與觀察者內 (Intra-observer) 的一致性難以維持在較高水平，使得跨院際或跨時期的影像對比充滿挑戰。此外，針對不同膝關節腔室 (Compartments) 所對應的髕骨高度變化，過去的文獻與大樣本研究也顯得相對稀缺。這正是本研究團隊啟動這項調查的核心動機，期望透過系統性的量測與比對，釐清不同測量指數在實際影像操作上的臨床適用性。

362名受試者與四種放射影像量測指標的設定

檢視這項研究的具體執行架構，團隊採用了回顧性橫斷面 (Retrospective cross-sectional) 影像分析的設計模式。在樣本收集方面，涵蓋了介於 2022 年 1 月至 2023 年 12 月期間，接受過標準膝關節 X 光攝影的病患影像資料。為了確保影像測量過程的客觀性與嚴謹度，所有收集到的側位 X 光影像均交由兩名經驗豐富的放射科醫師進行獨立且盲測的評估。這項研究最終成功納入了 362 名符合條件的受試者，構成了一個具備足夠統計效力的分析母體。在實際的影像評估階段，研究導入了四種學界熟知但實務上常有分歧的髕骨高度測量方法。這些方法包含了最經典的 Insall-Salvati Index (ISI)，以及針對其缺點進行微調的 Modified Insall-Salvati Index (mISI)。同時，為了考量脛骨平台關節面與髕骨相對位置的二維幾何投影關係，也納入了 Caton-Deschamps Index (CDI) 與 Blackburne-Peel Index (BPI)。這四套測量邏輯在同一批影像上進行平行測試，藉此真實反映在常規二維 X 光片上操作這些畫線測量的穩定度與數據分佈狀況。

OA組平均值較低與兩指數間r=0.69的相關性

分析量化數據後可以發現，髕骨高度指數在正常族群與罹患骨關節炎的病患之間，呈現出明確且具備統計意義的差異。在被歸類為骨關節炎組別的影像樣本中，大多數髕骨高度測量方法計算出的平均數值，皆顯著低於正常對照組 (P value < 0.05)。這項結果不僅呼應了髕骨相對位置低下可能加劇關節面摩擦的生物力學假說，也證實了從二維側位 X 光影像提取這些幾何指數，確實能夠靈敏地捕捉到與關節炎病程相關的結構性改變。若進一步將這四種不同的測量指標進行交叉比對，研究顯示各個指數之間存在著不同程度的連動關係。其中，Insall-Salvati Index (ISI) 與 Modified Insall-Salvati Index (mISI) 之間展現了最強的統計相關性 (r = 0.69)。這兩種方法在解剖標記點的選取上有高度重疊，皆主要依賴髕骨長度與周邊韌帶/肌腱長度的比值計算，因此在數值變化趨勢上產生高度的一致性並不令人意外。這也意味著在臨床選用時，這兩者在反映軟組織張力與骨骼結構關係上，可能提供高度相似的病理資訊。

Caton-Deschamps測量法達成85%觀察者間信度

把目光轉向觀察者間信度 (Inter-observer reliability) 這個直接影響常規影像判讀品質的關鍵指標，四種測量方法呈現出截然不同的穩定性表現。研究運用了 ICC (Intra-class correlation coefficient, 級內相關係數，評估測量一致性指標) 來量化兩位放射科醫師在獨立畫線測量時的數據吻合程度。在眾多指標中，Caton-Deschamps Index (CDI) 脫穎而出，成為本次研究中唯一一個在觀察者間信度上達到「良好」評級的測量方法。具體而言，CDI 在不同判讀者之間的測量結果，取得了高達 85% 的 ICC 數值。這樣的數據表現，意味著不論是由哪一位醫師或在什麼時間點進行測量，CDI 所定義的解剖標記點（即髕骨關節面下緣至脛骨平台前上角的相對距離）在 X 光影像上具有極佳的可辨識度與可重複性。相較之下，其他依賴軟組織邊界（如髕腱附著處）作為定位點的方法，可能因為二維影像的重疊效應或對比度不佳，導致不同測量者在決定標記點時產生較大的主觀誤差，從而在臨床常規推廣上面臨較大的不確定性挑戰。

四種髕骨高度影像測量方法之表現摘要

測量指數名稱	縮寫	本研究關鍵表現 / 統計數據
Caton-Deschamps Index	CDI	具備最高觀察者間信度 (ICC = 85%)，表現最穩健
Insall-Salvati Index	ISI	與 mISI 呈現最強的統計相關性 (r = 0.69)
Modified Insall-Salvati Index	mISI	與 ISI 呈現最強的統計相關性 (r = 0.69)
Blackburne-Peel Index	BPI	與其他指數平行評估，骨關節炎組多數呈顯著較低平均值 (P < 0.05)

輔助KL分級與測量指標的臨床影像限制

總結這項涵蓋 362 例影像樣本的分析結果，髕骨高度指數確實與此世代病患群體的骨關節炎嚴重程度存在實質的關聯性。基於其優異的可重複性，Caton-Deschamps 方法展現了最高的觀察者間信度，被證明是二維放射影像上最穩健的測量選擇。研究團隊指出，透過常規放射影像進行精準的髕骨高度測量，將能有效支持並完善既有的 KL grading system (Kellgren-Lawrence 分級系統，評估膝關節炎嚴重度的主流標準工具)。也就是說，將這些可靠的幾何量測數值納入考量，有助於對膝關節骨關節炎的嚴重程度進行更細緻且客觀的分期判斷。然而，這項研究仍有其適用邊界的限制。作為一項回顧性橫斷面研究，它僅能確立靜態數據間的相關性，而無法完全釐清髕骨高度改變與關節退化之間的絕對因果時序。同時，影像判讀在本研究中僅由兩位放射科醫師執行，未來的驗證可能需要納入更多不同經驗層級的影像判讀者，或進一步探討數位化自動測量輔助工具在提升其他指數穩定度上的技術可行性。

髕骨高度測量能有效輔助膝關節炎的 KL 分級，其中 Caton-Deschamps Index 因具備高達 85% 的觀察者間信度，是 X 光影像上最穩健的評估指標。

Abstract

Abnormal patellar height can lead to patellar instability and can contribute to the development of knee osteoarthritis. Currently, there are no standardized normal values or protocols of the imaging techniques to provide a robust assessment or to define the correct patellar height with a high rate of inter observer and intra-observer agreements. Also, investigating patellar height of different knee compartments is scarce. Therefore, the purposes of this study are evaluating patellar height using different radiographic imaging measurement methods such as Insall-Salvati Index, comparing their correlations and inter observer measurement reliability, and investigating their association with different compartmental knee osteoarthritis. A retrospective cross-sectional imaging study was performed, involving individuals who had knee X-rays between January 2022 and December 2023. The images were collected and independently evaluated by two radiologists. Four measurement methods including Insall-Salvati Index, Modified Insall-Salvati Index, Caton-Deschamps Index, and Blackburne-Peel Index were used to evaluate the patellar height on the X-ray images. This study included 362 subjects. Most of the patellar height measurement methods of the osteoarthritic group demonstrated lower mean values than the normal group (P value < 0.05). The Caton-Deschamps Index was the only measurement that had a good inter-observer reliability based on the intra-class correlation coefficient value of 85 %. The strongest correlation (r = 0.69) was found between Insall-Salvati Index and Modified Insall-Salvati methods. Patellar height indices are associated with osteoarthritis severity in this cohort. Caton-Deschamps method showed the highest inter-observer reliability. Patellar height measurement using radiographic images can support KL grading system for knee osteoarthritis severity staging.