计算机断层扫描量化伴有J形征的异常髌骨轨迹

薛喆 宋关阳 刘心 张辉 钱驿 冯华

北京积水潭医院运动损伤科（北京 100035）

计算机断层扫描量化伴有J形征的异常髌骨轨迹

薛喆 宋关阳 刘心 张辉 钱驿 冯华

北京积水潭医院运动损伤科（北京 100035）

目的：利用计算机断层扫描（computed tomography，CT）定量评估伴有J形征的异常髌骨轨迹。方法：本研究为回顾性研究，共纳入53名被诊断为复发性髌骨脱位成年患者，术前嘱患者主动屈伸膝关节，并由两名高年资医师评估髌骨轨迹，根据J形征的有无将患者分为A组（J形征阳性组）和B组（J形征阴性组）。此外，所有患者术前均在伸膝0°位状态下行膝关节CT扫描，并于横断位分别测量髌骨平分指数（bisect offset index，BOI），髌骨外侧位移指数（patellar trochlear-groove distance，PTG）及髌骨外侧倾斜角（patellar lateral tilt，PLT）。最后，比较J形征阳性组与J形征阴性组间的CT测量指数是否存在显著性差异，并利用ROC曲线进一步分析并对比三种参数量化J形征的准确性及稳定性。结果：53例患者中，共有37例（69.8%）呈现J形征阳性，其余16例（30.2%）患者均未见J形征。J形征阳性组患者BOI、PTG及PLT平均值均显著大于J形征阴性组患者。在区分J形征阳性与否的三个指标中，其曲线下面积（AUC）分别为AUCBOI=0.906，AUCPTG=0.883，AUCPLT=0.833，其中BOI的灵敏度为83.3%，特异度为87.5%，cut-off预测值为97.5%。结论：在本研究中53例复发性髌股关节不稳定患者中，近端髌骨轨迹异常（J形征）的发生率为69.8%。可利用CT参数BOI，较好地区分J形征阳性与阴性患者。

复发性髌骨脱位；膝关节J形征；髌骨平分指数；髌骨外侧位移指数；髌骨外侧倾斜角

近年来，髌股关节不稳定已经受到骨科及运动损伤专家越来越多的关注，相关的手术方法很多[1]。然而，仍有文献报道其术后的失效率高达约20%[2]。

既往研究认为髌骨脱位可以等同于髌股关节不稳定，由此衍生出的手术方法大多围绕如何使脱位的髌骨复位[1，3]。但近期有研究报道，在髌股关节不稳定的患者中，有相当一部分除有髌骨脱位病史外，还同时合并髌骨运动轨迹异常[2，4，5]。

髌骨运动轨迹即膝关节在屈伸过程中，髌骨相对于股骨滑车的运动路线[6]。健康人髌骨由屈曲到伸直过程中，始终沿平行于股骨滑车沟延长线呈中央化走形，仅有部分人群在近伸直位出现轻度外侧位移及外侧倾斜，称为正常人群的髌骨轨迹[7]。在复发性髌骨脱位患者中，部分患者在膝关节近伸直位时髌骨会出现一过性外偏现象，随屈膝角度增大髌骨自行复位，该现象被形象称为J形征，相关文献认为此种情况属于髌骨运动轨迹异常的表现形式之一[4，5]。有学者认为[8，9]，术后J形征的残存可能导致膝关节伸直时髌骨内侧受到异常增大的牵拉应力，造成重建后的内侧髌骨股骨韧带结构松弛甚至失效。因此，如何快速、准确地筛选出伴有J形征的复发性髌骨脱位患者是目前临床当中亟待解决的问题之一。

目前对J形征的诊断多通过检查者自身的肉眼观察及主观判断，结果的准确性和一致性难以保证。本研究拟采用计算机断层扫描（computed tomography，CT）技术客观量化伴有J形征患者的髌股关节影像学特点。我们假设：J形征阳性患者其0度位CT扫描时测得的髌骨平分指数（bisect offset index，BOI）、髌骨外侧位移指数（patellar trochlear-groove distance，PTG）及髌骨外侧倾斜角（patellar lateral tilt，PLT）均显著大于J形征阴性患者。

1 对象与方法

1.1 对象

我们对2015年1月至2017年5月期间53例复发性髌骨脱位的患者的膝关节CT检查（北京积水潭医院放射科）进行了回顾性分析。仔细询问了所有患者病史并由两名高年资医师评估其髌骨轨迹，根据J形征的有无将患者分为A组（J形征阳性组，共37例）及B组（J形征阴性组，共16例）。

入选标准为：（1）出现1次以上的髌骨脱位史；（2）患者年龄大于16岁且骨骼已成熟；（3）存在至少一项以下髌股关节不稳定征象：恐惧实验阳性，外推实验阳性，异常髌骨位置如外移、倾斜等。排除标准为：（1）初次发生髌骨脱位如创伤性髌骨脱位；（2）多发韧带损伤；（3）患侧膝关节有过手术史；（4）多发韧带松弛征；（5）习惯性髌骨脱位或固定性髌骨脱位或医源性髌骨内脱位。

1.2 方法

1.2.1 评估与测量方法

对膝关节J形征进行定性分度：嘱患者主动匀速缓慢屈伸患侧膝关节，裸眼密切观察20°～30°位至0°位的髌骨运动：无外侧位移为阴性（-）；有明显外侧位移为阳性（+），如图1。

图1 膝关节由屈曲位伸直至0°位时，髌骨出现一过性外侧半脱位甚至脱位，走形成“J”形，称之为膝关节J形征

所有患者均在非负重位条件下，行膝关节0°位CT检查（Aquilion ONEscanner，Toshiba Medical Systems，Tokyo，Japan）。对于髌骨近端轨迹“J”形征的描述通过髌骨平分指数（BOI）、髌骨外侧位移指数（PTG）及髌骨外侧倾斜角（PLT）这三个参数进行描述，具体测量方法参考Morscher等人[10]和冯华等人[11]的研究（如图2）。

图2 18岁女性，复发性髌骨脱位，左侧膝关节“J”形征阴性（-）。选取2个CT层面（含有股骨滑车沟最低点层面和包含髌骨内外侧最大径层面）进行合成后的测量图像

所有研究均由北京积水潭医院伦理委员会审查通过，且所有患者均签署知情同意书。

1.2.2 统计分析

计算影像学测量结果中的髌骨平分指数（BOI），髌骨外侧位移指数（PTG）及髌骨外侧倾斜角（PLT），统计人口学特征及查体结果。使用Pearson卡方检验（Pearson Chisquaretest）或 Fisher精确检验（Fisher exact test）比较J形征阴性、阳性两组的分类变量，使用Student t检验（Student t test）比较阴性、阳性两组的连续变量。使用ROC分析曲线（receiver operating characteristic analysis curve）计算各个影像学参数的灵敏度、特异度，使用R 3.3.2版本数据分析软件计算MCC值（Matthews Correlation Coefficient value）。定义P＜0.05有统计学差异。统计学分析使用SPSS20.0版本数据分析软件（SPSS statistics version 20.0 software package（IBM Corp））进行分析处理。

2 结果

最终有53名患者入选本研究。人口学统计数据总结如表1所示。J形征阴性组及阳性组间患者的平均年龄、性别及侧别均无显著性差异。53例患者中，共有37例（69.8%）呈现J形征阳性，其余16例（30.2%）患者均未见J形征。

J形征阴性组和阳性组间的髌骨平分指数（BOI）平均值分别为88% ±12%和121% ±28%且存在显著性差异（P=0.038），髌骨外侧位移指数（PTG）分别为-4.38±5.16 mm和5.23±6.55 mm且存在显著性差异（P＜0.05），髌骨外侧倾斜角（PLT）分别为25.65 ±3.37°和34.94 ±10.50°且存在显著性差异（P=0.001）。结果如表2所示。

表1 J形征阴性组与阳性组患者人口学特征

表2 J形征阴性组与阳性组患者CT参数评估

使用ROC分析曲线分别评估阴性组、阳性组中BOI、PTG及PLT这三个参数的曲线下面积（area under the curve，AUC）及灵敏度、特异度的最佳值，并计算其MCC值，见表3。相比于其他两个参数，BOI有最大的曲线下面积（0.906）和较好的灵敏度（83.3%）、特异度（87.5%）及预测稳定性（MCC=0.672），其Cut-off预测值为97.5%，如表3、图3所示。

表3 使用ROC分析曲线评估J形征患者CT参数

图3 参数BOI在区分阴阳性两组的ROC曲线，AUC值为0.906，灵敏度为83.3%，特异度为87.5%，切线处cut-off值为97.5%

3 讨论

本研究的发现为：1.在53例RPD患者中，共有37例（69.8%）呈现J形征阳性，其余16例（30.2%）患者均未见J形征。2.相比于膝关节J形征阴性患者，阳性患者的髌骨平分指数（BOI）和髌骨外侧位移指数（PTG）及髌骨外侧倾斜角（PLT）都明显增大，且均有统计学差异。3.通过ROC曲线计算得出髌骨平分指数（BOI）是区别及量化J形征阴性、阳性的最佳指标，其Cut-off预测值为0.975。

近年来，以内侧髌骨股骨韧带（medial patellafemoral ligament，MPFL）重建术为代表的术式被广泛应用于复发性髌骨脱位的治疗，尽管其短期疗效较为满意，但仍有文献报道其长期失效率在20%左右[12]。有学者认为，J形征的残留可能是导致MPFLR术后长期移植物失效的可能原因之一。

生物力学研究表明[8，13]，膝关节由屈曲20～30°位至0°位期间，内侧髌骨股骨韧带（MPFL）的张力陡增至最大，髌骨脱离股骨滑车沟，此时髌骨最易发生脱位。因此，J形征的残存很可能会使重建的MPFL张力持续异常增大，远期甚至可能造成MPFL重建术失效。

既往的文献中对膝关节J形征评估方式的描述很少，且绝大多数为通过检查者肉眼观察的定性研究（阴性或阳性）。Sheehan等人[5]定义在患者伸膝运动的末期，若可观察到髌骨明显的外侧位移甚至跳动，则J形征阳性，但这种评估方式主观性较强，受检查者主观因素影响较大。Fredericson等人[14]认为J形征评估方式呈个体化且是髌骨异常轨迹的表现之一，虽临床定性描述简便易行，但却无法指导术中的操作方案。另一方面，裸眼分度更多关注于髌骨向外的横向位移[4，15]，并未考虑到髌骨的外偏程度，而后者也是评估髌骨运动轨迹的重要标准之一[11]。本研究中，0°位膝关节CT轴位像可以客观量化髌骨与股骨滑车之间的对合关系，且BOI、PTG、PLT三个指数在既往研究中也用以评估髌骨的运动轨迹，既能测量髌骨外移程度，又能评估髌骨外偏角度，相比既往文献在髌骨运动轨迹的评估方面更为全面。

在本研究的53例复发性髌骨脱位患者中，共有37例（69.8%）呈现J形征阳性，其余16例（30.2%）患者均未见J形征，即大多数患者可观察到J形征。可见J形征在复发性髌股关节不稳定患者中的发生率较高，在Smith等人[15]的研究中，相同入选标准下，J形征的发生率为71.4%，这与本研究结果相似。在复发性髌股关节不稳定患者诊疗过程中，不能忽视对髌骨运动轨迹的评估。

本研究中，我们分别计算出了BOI、PTG、PLT三个参数在区分J形征阴性、阳性时的灵敏度、特异度和MCC值，表明三个数值均可用于量化J形征，但参数BOI相比于PTG和PLT而言，有着相对较高的灵敏度（83.3%）、特异度（87.5%）及预测稳定性（MCC值=0.672），因此，BOI可作为相对较好的预测指标对J形征的阴性、阳性进行区分，这与既往研究相似[16]。BOI的诊断价值为较好（good，ROC曲线下面积小于0.9），而非很好（excellent），这也提示我们可以进一步尝试选取其他参数对J形征进行定量分度，以得到更高的诊断价值。尽管如此，参数BOI对于区分J形征的阴性、阳性，已经具备了一定的指导意义。

本研究的局限性为：第一，样本量较少。第二：本研究为回顾性研究。第三：在研究中仅用膝关节0°位时的CT参数评估J形征的有无，主要基于如下两个方面的考量，一方面，J形征描绘的现象为伸膝位髌骨向外偏移；另一方面，动态CT的放射剂量数倍于静态CT扫描，会对患者产生额外的放射伤害，不利于临床广泛开展。

4 总结

在本研究复发性髌股关节不稳定患者中，近端髌骨轨迹异常（J形征）的发生率为69.8%。可利用CT参数髌骨平分指数（BOI）较好地区分J形征阳性与阴性患者，并对J形征进行量化，其cut-off预测值为976.5%。

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Quantification of Patellar Maltracking Combined with J-Sign Using Computed Tomography

Xue Zhe，Song Guanyang，Liu Xin，Zhang Hui，Qian Yi，Feng Hua
Department of Sports Medicine，Beijing Jishuitan Hospital，Beijing 100035，China

Feng Hua，Email：fenghua20080617@126.com

ObjectiveTo quantify the patellar mal-tracking combined with J-sign using the computed tomography （CT）.MethodFifty-three adult patients diagnosed as recurrent patellar dislocation（RPD）were chosen.According to their patellar tracking during knee active flexion and extension，they were divided into group A（with positive J-sign） and group B（with negative J-sign）.The CT examinations were performed in all patients at 0°extension of the knee and the patella bisect offset index（BOI），patella trochlear-groove distance（PTG）and patella lateral tilt（PLT）were measured in the axial position and compared.The receiver operating characteristic analysis（ROC）curve was used to analyse the accuracy and stability of the three J-sign parameters.ResultsIn all the 53 patients，thirty-seven（69.8%） knees were of positive J-sign，while the rest 16 were of negative J-sign.The mean values of CT parameters BOI，PTG and PLT in group A were significantly larger than those of group B.Moreover，the area under the curve for BOI，PTG and PLT were 0.906，0.883 and 0.833 respectively.The sensitivity and specificity of BOI were 83.3% and 87.5%，while the predicting cut-off value was 97.5%.ConclusionIn all the 53 recurrent patella instability patients，the morbidity of patella proximal mal-trackingis 69.8%.The CT parameter BOI can be used to quantify the J-Sign into positive and negative groups.

recurrent patella dislocation，knee J-sign，patella bisect offset index，patella trochleargroove distance，patella lateral tilt

2017.06.23

北京市医院管理局临床医学发展专项——“扬帆”计划（2013-2017）；北京市医院管理局临床技术创新项目（编号：LXMLX201613）

第1作者：薛喆，Email：xuezhe0926@163.com；

冯华，Email：fenghua20080617@126.com