診斷膝關節骨性關節炎首先要依靠臨床檢查。50歲以上的老年患者膝關節疼痛、晨僵、和腫脹要考慮膝關節骨性關節炎。
影像學表現在膝關節骨性關節炎中也扮演重要角色，因為可以明確骨性關節炎的診斷，確定受累的部位，並對疾病所處的階段做出評估。影像學表現在症狀出現時，有助於明確骨性關節炎的原因，在治療過程中，能對疾病的演變提供資訊。
站立前後位像能最好地展示關節間隙狹窄程度和任何潛在的關節動態不穩定。還能顯示邊緣骨贅、脛骨和髕骨骨刺、軟骨下骨硬化、關節面變得平整、股骨髁變為方形，以及關節線成角。
儘管不認為側位像對於分析膝關節骨性關節炎有用，但是側位像有助於相對可靠地分析關節間隙，易於分辨髁的形態和脛骨平臺;還有助於可靠、重複分析髕股關節情況，不只是邊緣骨贅和關節間隙狹窄程度，還有相關的病損情況，諸如受累髕骨的異常表現。
髕股關節的切線位像 屈膝45度，髕股關節可以很好地得到顯示，有助於分析關節間隙狹窄程度和骨贅的情況。屈膝30度，可以瞭解受累髕骨的異常情況，但是關節間隙顯示的並不太好。
有時候，需要拍特殊位置的膝關節像，比如：屈膝45度後前位像或長腿像，來明確畸形的程度，獲得有創傷和骨折病史患者的股骨和脛骨的形態資訊。
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