Septic arthritis / osteomyelitis in the acute setting

00Overview

這個主題真正處理的不是單純「骨頭或關節有沒有發炎」，而是急診情境下要迅速回答三件事：感染 compartment 在哪裡、破壞有沒有已經跨到鄰近結構、下一步要不要立刻 aspiration / drainage / MRI / 手術。影像任務不是替臨床背誦感染學，而是把病人分成幾條完全不同的路徑：單純 joint effusion？真正的 septic arthritis？已經有 osteomyelitis？還是只是 cellulitis、外傷後 reactive marrow edema、晶體或發炎性關節病在模仿 infection？

急性骨關節感染最危險的地方，在於它常常一開始影像並不戲劇化。Radiograph 早期可完全正常，US 看得到 effusion 卻無法光靠液體外觀分出感染或非感染，真正能把 joint、bone、subperiosteal space、muscle、bursa 一次看清楚的通常是 MRI。問題是急診最容易犯的錯，正好就是在「看起來還不夠嚴重」時低估它，或者在「看起來很腫很亮」時又把所有非感染性改變都 overcall 成 infection。

最容易翻車的錯誤有四個。第一，拿正常初始 X-ray 當排除證據。第二，看到 effusion 就把它等同 septic arthritis，卻沒有把 arthrocentesis、臨床毒性、鄰近骨髓訊號一起整合。第三，只影像到最痛的點，卻沒把最近的 joint 或相鄰 bone 包進來，結果漏掉同時存在的 osteomyelitis 或 joint extension。第四，把術後、外傷後、壓力反應、CRMO/SAPHO、tumor 或 crystal arthropathy 全部塞進 infection 桶。這份 note 的目標，就是建立一個值班可直接使用的 pattern-based workflow。

01Critical concepts

• Septic arthritis 是時間敏感診斷，因為軟骨與 subchondral bone 的破壞可以很快進展；影像支持診斷，但 arthrocentesis 與臨床整合仍是決策核心。
• Osteomyelitis 在急性期常先表現為 marrow 與周邊軟組織變化，這也是為什麼 radiograph 早期常陰性，而 MRI 是最能早期確認 extent 的 modality。
• Septic arthritis 與 osteomyelitis 常一起出現，尤其兒童不能只盯著關節本身。AJR 的 pediatric MRI 系列中，歸類為 septic arthritis 的病例有相當高比例同時存在 osteomyelitis，因此 MRI 應主動把最近的 joint 納入視野。
• US 對 effusion 偵測與 aspiration guidance 很強，但 effusion 的 echogenicity 與 synovial thickening 都不夠特異；它能證明「有液體」，不能單獨證明「是 infection」。
• 成人與兒童的 imaging workflow 不完全相同。成人 ACR 指南強調 radiography first，之後依懷疑的 compartment 選 US / aspiration / MRI / CT；兒童 ACR 指南則允許在特定年齡層一開始就更早使用 US 與 MRI。
• CT 不是早期 marrow infection 的首選，但對 soft tissue gas、cortical destruction、sequestrum、retained foreign body、以及深部 abscess 的快速急診評估很有價值。
• 急診最重要的 reporting 任務不是列一長串 differential，而是回答：joint 有沒有被感染？bone 有沒有被侵犯？有沒有 abscess / subperiosteal collection / iliopsoas bursal extension / gas / foreign body？
• 若影像與臨床不一致，成熟的報告不是硬下結論，而是明確指出 limitation，並給出會改變處置的下一步，例如 MRI, image-guided aspiration, 或手術評估。

01正常 anatomy / 常用 modality

Key anatomy to anchor

• Synovium / joint capsule / articular cartilage：急性 septic arthritis 最初常先表現在 synovial thickening、enhancement 與 capsular distension；真正決定後果的是 infection 是否已傷到 cartilage 與 subchondral bone。
• Subchondral bone / metaphysis / epiphysis / physis：osteomyelitis 常以 metaphyseal marrow 改變起始，但年齡決定 spread pattern。嬰幼兒因 transphyseal vessels 與解剖關係，感染更容易往 epiphysis 與 joint 擴散；長大後 physis 雖是相對屏障，但不能把它當絕對保護。
• Periosteum / subperiosteal space：兒童 periosteum 較鬆，hematogenous infection 可形成 subperiosteal abscess；這是 MRI 非常值得主動找的急性併發症。
• Bursae / tendon sheath / adjacent muscle compartments：hip 感染可沿 iliopsoas bursa 延伸；hand/foot infection 則常和 tendon sheath、intermetatarsal space、small abscess 或 puncture tract 一起出現。
• Cortex / medullary cavity / soft tissue entry site：contiguous spread infection 的關鍵不是 marrow edema 單獨存在，而是有沒有 ulcer、wound、sinus tract、手術床或 foreign body 把感染路徑連到骨。

Core modalities

• Radiograph
  • 成人與大多數急診情境的 baseline study。
  • 用來看 soft tissue swelling、joint space change、periosteal reaction、erosion、cortical destruction、gas、fracture、foreign body、以及既有 degenerative / inflammatory / tumor-like 背景。
  • 早期 sensitivity 低，但陰性片子不能替代後續 workup。
• Ultrasound
  • 對 superficial joint effusion、hip effusion、septic bursitis、soft tissue abscess 與 aspiration guidance 很實用。
  • 無法可靠排除深部 marrow infection，也不能單靠液體外觀分 infection vs sterile effusion。
• MRI
  • 急性骨關節感染最有價值的 cross-sectional study。
  • 可同時看 T1 marrow replacement、fluid-sensitive marrow edema、synovitis、cartilage / cortical erosion、subperiosteal abscess、myositis、bursitis、tenosynovitis、necrotic nonenhancing collection。
  • Contrast-enhanced MRI 對 abscess、necrosis、active synovitis、phlegmon 特別有幫助；DWI 在不能打 gadolinium 時也能協助找 collection。
• CT
  • 快、容易取得，適合急診找 gas、foreign body、cortical destruction、small sequestrum，或當 MRI 不可行時評估更深層的 soft tissue spread。
  • 對早期 marrow infection 敏感度不如 MRI。
• Nuclear medicine / FDG-PET
  • 不是一般 uncomplicated acute case 的第一張牌，但在 hardware, altered marrow, postoperative bone, MRI artifact 明顯或不能做 MRI 時有角色。
  • 成人 ACR 對 suspected osteomyelitis 允許 3-phase bone scan 或 WBC-based studies 作為次選；在複雜骨背景時，單純 bone scan 容易不夠特異。

02常見 pattern 分類

Isolated joint effusion / synovitis pattern

• Definition：影像以 joint effusion、capsular distension、synovial thickening 或 synovial enhancement 為主，暫時沒有明確 adjacent marrow replacement、erosive destruction 或 subperiosteal collection。常先在 US 或 MRI 上看到，radiograph 只見非特異 soft tissue fullness。
• Why it matters：這是急診最常遇到、也最容易被誤解的起點。它可能代表早期 septic arthritis，也可能只是 transient synovitis、crystal arthropathy、inflammatory arthropathy 或 reactive effusion。看到這個 pattern 的任務不是直接喊感染，而是立刻決定要不要 aspiration、要不要進一步做 MRI 釐清周邊骨與軟組織。
• What it points toward：septic arthritis、transient synovitis、crystal arthropathy、rheumatologic synovitis、hemarthrosis、reactive effusion。若是 hip 或肩這類深部關節，單靠理學檢查常低估 effusion。
• Common trap：把任何 effusion 都當 septic joint，或反過來看到液體「不多」就放心。急性 septic arthritis 可以只有少量 effusion，而 effusion 的 echogenicity 也沒有足夠診斷力。

Septic joint with periarticular marrow / erosive pattern

• Definition：在 joint effusion 與 synovitis 之外，出現 periarticular marrow edema, T1 marrow loss, subchondral erosions、cartilage destruction、joint space narrowing，甚至 mild subluxation。MRI 上常見 thick irregular synovial enhancement 與鄰近骨髓增強。
• Why it matters：這個 pattern 代表 infection 很可能已不只停在 synovium，而是進入 cartilage 與 adjacent bone。這會把病人從「可能 aspiration 即可確認」推進到「必須積極找 concomitant osteomyelitis、abscess、手術需求」的層級。
• What it points toward：septic arthritis with adjacent osteomyelitis, erosive infectious arthropathy、已進展的 native joint infection。hip、shoulder、MCP、sacroiliac 或 sternoclavicular region 都可能出現。
• Common trap：只把 periarticular marrow edema 解讀成 nonspecific reactive change。若同時有 synovitis、erosion、capsular distension、臨床毒性，這種「只是反應」的說法常太輕。

Metaphyseal marrow-centered osteomyelitis pattern

• Definition：以 bone 為主的 pattern，MRI 顯示 metaphyseal or medullary T1 low signal, fluid-sensitive high signal、enhancement、periostitis，可能合併周邊 cellulitis 或小型 intraosseous abscess；早期 radiograph 可正常，數天後才出現 lysis 或 periosteal reaction。
• Why it matters：這是典型急性 hematogenous osteomyelitis 的核心樣貌。若值班醫師沒有把它與單純 soft tissue swelling 分開，常會延誤抗生素與外科評估，也容易漏掉是否已往最近的 joint 擴散。
• What it points toward：acute hematogenous osteomyelitis, 特別是兒童長骨；也可見於成人 bacteremia 背景、免疫低下患者、IV drug use 或外傷後感染。
• Common trap：只看 STIR 高訊號就下 osteomyelitis。真正有份量的感染證據，應結合 T1 marrow effacement, adjacent soft tissue inflammation、periosteal reaction、或明確 infection entry site。

Subperiosteal abscess / transphyseal extension pattern

• Definition：MRI 顯示骨外 periosteal lifting、rim-enhancing subperiosteal collection、甚至 infection 從 metaphysis 往 epiphysis、joint 或鄰近 soft tissues 延伸。兒童可見 along bone surface 的長條狀 collection，或同時有 epiphyseal/joint involvement。
• Why it matters：這是急性 infection 已升級的證據，代表單純 antibiotics 之外常要思考 drainage / debridement。對兒童尤其重要，因為 subperiosteal abscess 與 transphyseal spread 會明顯改變手術與 follow-up 路徑。
• What it points toward：兒童 acute osteomyelitis 併發 subperiosteal abscess、joint contamination、甚至骨內外多 compartment infection。嬰幼兒最要警覺 hip、proximal femur、proximal humerus 一帶的 spread。
• Common trap：把 periosteal elevation 或局部 fluid 誤當單純 trauma-related reaction，而沒有注意它其實是 rim-enhancing abscess，或沒有把最近 joint 包進來確認是否已轉成 septic arthritis。

Contiguous spread from wound / ulcer / puncture / postoperative bed pattern

• Definition：影像可追到明確的 soft tissue entry point，例如 ulcer、sinus tract、puncture tract、近期手術床、open fracture 或 retained foreign body，並一路連到 deeper soft tissue、joint、cortex 或 marrow。
• Why it matters：這種 pattern 的臨床問題不是「感染有沒有」，而是「感染路線到哪裡了」。如果已接觸 joint 或 bone，處置會比單純 cellulitis 激進許多；若有 foreign body，漏掉就很難真正控制 infection。
• What it points toward：contiguous osteomyelitis, post-traumatic infection, postoperative infection, septic bursitis or tenosynovitis with extension, puncture wound infection。
• Common trap：只描述 distal soft tissue edema，卻沒有主動找 foreign body、sinus tract、cortical breach 或周圍 gas。這會讓報告失去對手術最有用的資訊。

Gas-forming deep soft-tissue infection pattern

• Definition：radiograph 或 CT 見 soft tissue gas，MRI 則可見 deep fascial edema、nonenhancing necrotic fascia、廣泛 myositis / cellulitis，可能合併骨或關節 infection，但主體是 aggressive soft tissue spread。
• Why it matters：這雖不等於每例都已有 osteomyelitis，但它屬於 cannot-miss emergency。影像任務是快速辨認 gas、壞死範圍、deep compartment involvement，以及是否還有 joint / bone extension。
• What it points toward：necrotizing soft tissue infection, gas-forming organism、嚴重 polymicrobial infection、post-traumatic contaminated wound。
• Common trap：把 radiograph 上的 gas 當 incidental，或只在 MRI 上找 marrow edema 而忽略其實最危急的是 deep fascial necrosis。這類病人常不該等完整 elective MRI 才行動。

03Top common diagnoses

• Native joint septic arthritis
  • 最典型的 acute hot joint diagnosis。hip、knee、shoulder、ankle、MCP 都可能發生。
  • 影像最重要的價值是確認 effusion、找相鄰 osteomyelitis、abscess、bone erosion 與 extra-articular spread，而不是取代 aspiration。
• Acute hematogenous osteomyelitis
  • 尤其見於兒童長骨，也可見於免疫脆弱或菌血症成人。
  • 早期 X-ray 常正常；MRI 可先看到 metaphyseal marrow change、periostitis、subperiosteal collection。
• Septic arthritis with concomitant osteomyelitis
  • 這比很多人想像得常見，尤其 pediatric hip / shoulder / knee case。
  • 這一型最容易因為只做 US 或只看 effusion 而被低估。
• Cellulitis / pyomyositis / septic bursitis with reactive joint symptoms
  • 這些病人可有 fever、pain、甚至 nearby effusion，但真正主體可能在 soft tissue 而非 joint 或 bone。
  • MRI 能把 compartment 排清楚，避免不必要地把所有病例升格成 osteomyelitis。
• Post-traumatic / postoperative infection
  • 影像上常伴 wound tract、foreign body、hardware、reactive edema 與真正 infection 混雜，是急診與術後值班最棘手的一群。
  • 這時報告必須比平常更明確指出哪些發現支持 infection，哪些只是不具特異性的反應性變化。

04Cannot-miss diagnosis / emergency

05高頻 mimics 與 discriminators

Septic arthritis vs transient synovitis

• Why they get confused：兩者都可表現為 limping child、hip pain、發燒或輕度發炎指數上升，US 也都可能看到 effusion。
• Most useful discriminators：transient synovitis 通常全身毒性較低、影像多侷限於單純 effusion；septic arthritis 更支持於明顯臨床 sick appearance、較高 inflammatory markers、MRI 出現 aggressive synovitis、periarticular edema、或鄰近 osteomyelitis。Radiology Assistant 也強調，對 pediatric hip 來說，沒有 effusion 會讓 septic arthritis 顯著不可能，但有 effusion 本身並不能證實感染。
• Common trap：把 US 上液體的清澈或混濁程度當成決勝點。液體外觀不可靠，真正分水嶺還是在 aspiration 與整體臨床情境。

Septic arthritis vs crystal / inflammatory arthritis

• Why they get confused：急性紅腫熱痛關節、effusion、synovial enhancement、甚至骨邊緣 erosions，都可能出現在 gout、CPPD 或其他 inflammatory arthritis。
• Most useful discriminators：septic arthritis 較常有明顯 systemic illness、單關節快速惡化、adjacent soft tissue infection 或 MRI 上更 aggressive 的 periarticular marrow change；crystal / inflammatory arthritis 則可能有既往病史、chondrocalcinosis、tophus、對稱或多關節分布。最關鍵的仍是 joint aspiration，因為 imaging overlap 很大。
• Common trap：看到已知 gout 病史就把 infection 排除。晶體性關節炎與感染可同時存在，影像不應幫忙過度安心。

Osteomyelitis vs reactive marrow edema / stress injury

• Why they get confused：MRI 上都可能有 marrow edema、周邊軟組織 edema、疼痛與局部壓痛。外傷後、overuse、術後或骨折修復時更是如此。
• Most useful discriminators：osteomyelitis 更看重 T1 marrow effacement, contiguous soft tissue infection、cortical breach、periostitis、abscess、或 entry tract；stress injury / reactive edema 常有機械性分布、明確 fracture line、較少 aggressive soft tissue inflammation，也缺乏 drainable collection。
• Common trap：只看 fluid-sensitive sequence 就喊 infection。沒有把 T1、cortex、周圍軟組織與臨床時間軸一起讀，最容易 overcall。

Osteomyelitis vs bone tumor

• Why they get confused：Ewing sarcoma、osteosarcoma、lymphoma、轉移或 leukemic infiltration 都可能有 pain、fever、骨髓訊號改變、periosteal reaction，甚至軟組織 mass，外觀可以很像感染。
• Most useful discriminators：tumor 較支持於 disproportionate soft tissue mass、固定型 aggressive osseous destruction、skip lesion、病程較久、與典型感染入口不吻合；osteomyelitis 較常合併 cellulitis、abscess、sinus tract、明顯 inflammatory clinical context。若影像與臨床不對盤，biopsy 比硬猜安全。
• Common trap：因為病人發燒或 CRP 高就把 tumor 排除。惡性腫瘤完全可以伴隨發炎反應，反過來感染也可以很像 permeative lesion。

Osteomyelitis vs postoperative / hardware-related sterile change

• Why they get confused：recent surgery、fracture fixation、arthroplasty 周邊本來就可能很腫、很熱、很亮；MRI 有 artifact，bone scan 又常很熱，造成「每個 modality 都好像在支持 infection」的錯覺。
• Most useful discriminators：真正 infection 更支持於 rim-enhancing abscess, sinus tract, progressive destruction, unexpected joint communication、WBC-based nuclear study abnormality、以及臨床持續惡化；sterile postoperative change 則更符合時間軸、缺乏 collection、且常以較均質的 reactive edema 為主。
• Common trap：看到術後影像一片 enhancement 就直接下 osteomyelitis。術後變化本來就會 enhancement，真正要找的是有沒有 necrosis、collection、gas、或進行性骨破壞。

Osteomyelitis vs CRMO / SAPHO

• Why they get confused：這些 sterile osteitis 可出現 marrow edema、periostitis、痛、腫，甚至發炎指數升高，在兒童與年輕成人很會模仿 infection。
• Most useful discriminators：CRMO/SAPHO 較支持於 multifocal、對稱或特定好發位置如 clavicle、tibia、anterior chest wall，且常缺乏真正 abscess 或 aggressive contiguous soft tissue infection；osteomyelitis 則較常有單灶急性惡化、細菌感染背景、subperiosteal/intraosseous collection 或 culture positive evidence。
• Common trap：只因為 MRI 有 marrow edema 就直接抗生素到底。對 atypical site 或 multifocal pattern，應主動把 sterile inflammatory mimic 放進 differential。

06Next step / protocol / appropriateness

• 成人急性非脊椎、非 diabetic foot 情境：先做 radiograph
  • ACR 成人指引把 radiography 列為 suspected osteomyelitis / septic arthritis / soft tissue infection 的初始檢查。
  • 原因不是它最敏感，而是它能快速給 baseline anatomy、gas、foreign body、fracture、chronic destructive background。
• 若主要問題是 septic arthritis 或 soft tissue infection，且 X-ray 正常或只見 effusion / swelling
  • 成人 ACR 將 US, image-guided aspiration, MRI, 以及必要時 contrast CT 列為通常合適的下一步。
  • 實戰上可理解為：淺表或 hip effusion 想確認並抽液，用 US；想看 extent、 adjacent bone、abscess，用 MRI；想快找 gas、深部 collection、foreign body，用 CT。
• 若主要問題是 osteomyelitis
  • 成人 ACR 將 MRI with or without contrast 列為通常合適的下一步。
  • 3-phase bone scan, WBC-based studies, FDG-PET/CT 屬於 may be appropriate，較適合 MRI 不可做、artifact 太重或背景骨已很複雜的情況。
• 有 extra-articular hardware 時
  • 成人 ACR 仍把 MRI 放在前面；US, CT, FDG-PET/CT, WBC-based studies 可視問題補位。
  • 這提醒一件事：不要一看到 hardware 就以為 MRI 完全沒用，現代 metal artifact reduction 序列仍常能回答關鍵問題。
• 懷疑 septic arthritis 合併 arthroplasty 或 intra-articular hardware
  • 成人 ACR 把 image-guided aspiration 與 MRI 都列為通常合適，CT 也可作為替代。
  • 也就是說，這不是只看一張片子就能定案的題目，取樣往往直接改變 management。
• 兒童 workflow 要更早想到 US 與 MRI
  • 兒童 ACR 對 <5 歲 extremity concern 的 initial imaging，將 US, radiography, MRI with contrast 都列為通常合適。
  • 對 >=5 歲的兒童，radiography 與 US 仍重要，若初始 X-ray 正常但懷疑未降，MRI 與必要時 image-guided aspiration 是核心下一步。
  • 若有 one or more clinical signs concerning for septic arthritis，兒童 ACR 把 US 與 image-guided aspiration 列為通常合適；MRI 則用來找 extent 與 coexisting osteomyelitis。
• 不要為了追求完美 imaging 而延遲處置
  • 臨床高度懷疑的 septic hip、明確 drainable abscess、或 necrotizing soft tissue infection，不應因等待非必要影像而延誤 aspiration、drainage 或手術。
• MRI protocol mindset
  • 至少要涵蓋疼痛點與最近的 joint / bone，並有 T1, fluid-sensitive fat-suppressed sequence，必要時加 contrast。
  • Pediatric literature 強調：若只掃最痛的位置、不含最近的 joint，很容易漏掉同時存在的 articular disease。

07Pitfalls / normal variants

• 正常初始 radiograph 不排除 infection。
  • 這是急性 osteomyelitis 最常見的 early false reassurance。
• US 看得到 effusion，不等於診斷已完成。
  • 對 pediatric hip，沒有 effusion 會讓 septic arthritis 很不可能；但對一般成人關節與所有情境，不能把這條規則無條件照搬。
• Effusion 的存在不等於 septic arthritis。
  • Transient synovitis、gout、CPPD、JIA/RA flare、hemarthrosis 都可以有幾乎一樣的 effusion。
• 只掃一個小範圍 MRI，會漏掉共同存在的 osteomyelitis 或鄰近 joint infection。
  • 這在兒童與 hip/shoulder 一帶尤其危險。
• 術後或外傷後 enhancement 不是 infection 專利。
  • 若沒有 abscess、gas、progressive destruction、sinus tract，就不要因為「很亮」而過度診斷。
• MRI 對 gas 不如 CT 敏感。
  • 若臨床在擔心 necrotizing process，CT 往往更快也更直接。
• 小量 physiologic fluid 與反應性 bursitis 是正常變異來源。
  • 特別是 hip 與某些滑囊，不能因為少量 fluid 就硬塞進 septic arthritis。
• 兒童 physis 不是絕對防火牆。
  • 不要因為 growth plate 還在就先入為主認為 joint 一定安全。
• 當影像與臨床嚴重不吻合時，要想到 mimic。
  • tumor、CRMO/SAPHO、stress injury、crystal arthropathy、neuropathic change 都可能讓影像看起來像 infection。