伸膝位和轻度屈膝位对髌股关节不稳MR横断面测量指标的影响

2019-09-25刘丽思郑卓肇

影像诊断与介入放射学 2019年4期

刘丽思郑卓肇

髌股关节不稳是青少年膝关节疼痛和/或膝关节活动功能障碍的最常见原因之一，影像学常被用于辅助诊断和评估病变严重程度［1-3］。鉴于MR 成像所具有的良好组织对比、全面评估骨肌病变能力以及无辐射伤害性，MRI 已成为髌股关节不稳的优选影像技术［1,3-12］。其中，基于 MR 横断面的多项定量测量被广泛应用于髌股关节不稳，这些测量指标包括股骨滑车面对称性、股骨外侧滑车倾斜度、股骨滑车深度、髌骨倾斜角、髌骨外移度及股骨滑车与胫骨结节的水平距离（tibial tuberosity-trochlear groove distance，TTTG）。

传统膝关节MRI 一般采用伸膝位，因此上述这些基于MR 横断面的定量指标一般在伸膝状态下测量［13-15］。不过，随着近年来线圈技术的发展，多通道膝关节专用线圈被越来越多地应用于临床，这种趋势导致临床膝关节MR 成像逐渐由传统伸膝位扫描转变为轻度屈膝位扫描（屈约20°）。同时，由于轻度屈膝位（屈膝小于 20°～30°）被普遍认为是髌股关节最不稳定时的体位［11,12,16］，因此很多文献推荐使用轻度屈膝位MRI 检查髌股关节不稳定。然而，这种膝伸屈角度的转变是否会影响上述基于MR 横断面的各项定量测量，目前少有文献关注。本研究假设伸膝位和轻度屈膝位MR 扫描会影响上述基于MR 横断面的各项定量测量，通过比较正常志愿者的伸膝位和轻度屈膝位（屈约20°）MR 扫描，以确定膝关节伸屈对上述基于MR 横断面的各项定量测量的影响。

资料与方法

1.一般资料

本研究选择了25 名健康学生志愿者（男12 例，女 13 例，年龄范围 19～27 岁，平均 24.61±2.52岁），共50 例膝关节，分别在伸膝位和轻度屈膝位（屈约 20°）接受了膝关节 MR 扫描。所有志愿者均无膝关节疼痛、外伤、不稳或手术病史。

2.检查方法

所有志愿者的MR 扫描均在3.0 T 磁共振扫描仪（Magnetom Trio with TIM system，Siemens）上完成，常规使用配备的四通道柔性表面线圈。首先，志愿者平卧、受检膝完全伸直，进行横断面快速自旋回波的脂肪抑制质子密度加权扫描，扫描范围包全髌骨、股骨滑车及胫骨结节。

扫描参数如下：TR 3000 ms，TE 31 ms，视野160 mm×160 mm，矩阵 256×205，层厚 4 mm，层间距 0.4 mm，体素大小 0.8 mm×0.6 mm×4.0 mm。扫描完成后，在志愿者的膝关节下方放置一个自制的支撑物（随机配备柱状物搁置于腘窝处，周围加沙包及海绵垫支撑，使膝关节中立位，保持体位固定），使膝关节屈曲约20°，再次重复扫描上述的横断面序列，扫描参数同上。

3.数据处理

所有图像传输至PACS 系统（Centricity RIS CE 3.0，GE），所有图像测量均在图像工作站（Centricity Radiology RA 600，GE）上进行，并由两名放射医师分别独立完成。对于伸膝位和轻度屈膝位的横断面图像，均测量股骨滑车面对称性、股骨外侧滑车倾斜度、股骨滑车深度、髌骨倾斜角、髌骨外移度及TTTG 六项指标。

股骨滑车面对称性（图1）、股骨外侧滑车倾斜度（图2）和股骨滑车深度（图3）的测量均选用最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面，以低信号的软骨下骨板为测量基准。选用经髌骨最大长轴的横断面，测量髌骨长轴与股骨后髁连线间的夹角，即为髌骨倾斜角（图4）。髌骨外移度（图5）需要利用两幅横断面，分别是最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面（确定内侧滑车最凸点）及经髌骨最大长轴的横断面（确定髌骨内侧软骨边缘）。TTTG （图 6）也需要利用两幅横断面，分别是最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面（确定滑车凹软骨下骨板的最凹点）及经过胫骨结节最凸点的横断面（确定胫骨结节的最凸点）。

4.统计分析

MR 各测量值均以均数±标准差表示，使用配对样本 t 检验比较，采用 SPSS 13.0 软件（SPSS Inc.，Chicago，IL）进行统计分析，P＜0.05 为差异有显著性。两名医生间的一致性采用组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）分析，ICC 值小于 0.40 表示一致性较差，ICC 值在 0.40～0.75之间为一致性尚可，ICC 值大于0.75 为一致性较好。

结果

1.伸膝位和轻度屈膝位MR横断面测量值比较

图1 股骨滑车面对称性测量图（伸膝位）。在脂肪抑制FSE PDWI 横断面图像上，选用最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面，以低信号的软骨下骨板为测量基准。L 为外侧滑车面长度，M 为内侧滑车面长度，股骨滑车面对称性为M/L 图2 股骨外侧滑车倾斜度测量图（伸膝位）。在脂肪抑制FSE PDWI 横断面图像上，选用最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面，以低信号的软骨下骨板为测量基准。股骨外侧滑车倾斜度（α）是指股骨外侧滑车与双侧股骨后髁连线的夹角图3 股骨滑车深度测量图（伸膝位）。在脂肪抑制FSE PDWI横断面图像上，选用最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面，以低信号的软骨下骨板为测量基准。D 为双侧股骨后髁连线，A、B、C 分别为股骨外侧滑车最凸点、滑车沟最凹点及内侧滑车最凸点至D 的垂直距离，滑车深度为（A+C）/2-B 图4 髌骨倾斜角测量图（伸膝位）。在脂肪抑制FSE PDWI 横断面图像上，选用经髌骨最大长轴的横断面，测量髌骨长轴与股骨后髁连线间的夹角，即为髌骨倾斜角（α）图5 髌骨外移度测量图（伸膝位）。在脂肪抑制FSE PDWI 横断面图像上，a)最早出现股骨滑车软全覆盖的横断面；b)经髌骨最大长轴的横断面。A 为股骨后髁连线（参照线），B 为经过内侧滑车最凸点的垂线，C 为经过髌骨内侧软骨边缘的垂线，将B 线平移至b)中为B'。C 与B' 的水平距离（双箭）即为髌骨外移度（C 在 B' 内侧为负，反之则正）图 6 股骨滑车与胫骨结节的水平距离（TTTG）测量图(伸膝位)。在脂肪抑制FSE PDWI 横断面图像上，a)最早出现股骨滑车软骨全覆盖的横断面；b)经过胫骨结节最凸点的横断面，A 为股骨后髁连线（参照线），B 为经过股骨滑车沟最凹点的垂线，C 为经过胫骨结节最凸点的垂线，将B 线平移至b)中为B'。C 与B' 的水平距离（双头箭）即为TTTG

表1 志愿者伸膝位和轻度屈膝位（屈约20°）髌股关节不稳MR 横断面常用测量指标的比较（观察者一）

表1、2 分别为两位医师的测量结果。在志愿者中，伸膝位和轻度屈膝位MR 横断面相互比较，股骨滑车面对称性、股骨外侧滑车倾斜度和股骨滑车深度的差异无统计学意义（P=0.398、0.115、0.439 及 P=0.610、0.423、0.986）。但是，随着膝关节由全伸转变为轻度屈曲，髌骨倾斜角显著变小（12.91°±5.32°比 9.42°±4.61°，P＜0.001 及 12.32°±5.53°比 8.43°±4.42°，P＜0.001）、髌骨外移度显著变小（-2.81±3.22 mm 比-3.92±2.51 mm， P=0.006及-3.92±3.33 mm 比-5.03±2.72 mm，P=0.012）、TTTG显著变小（15.12±2.93 mm 比 6.93±3.32 mm，P ＜0.001 及 15.93±3.24 mm 比 7.43±4.73 mm，P＜0.001）（图 7，8）。

2.两名医师测量的一致性

表3 为两位医师测量结果组内一致性的比较，测量值ICC 均大于0.50，组内一致性尚可。

讨论

1.髌股关节不稳MR横断面测量指标在伸膝和轻度屈膝时的变化

表2 志愿者伸膝位和轻度屈膝位（屈约20°）髌股关节不稳MR 横断面常用测量指标的比较（观察者二）

图7 22 岁女性志愿者，在脂肪抑制 FSE PDWI 横断面图像上，右膝关节a)伸膝位和b)轻度屈膝位滑车面对称性分别为78.91% 、51.39%；滑车深度分别为3.81 mm、5.60 mm；外侧滑车倾斜度分别为 14.52°、20.31° 图 8 19 岁女性志愿者，在脂肪抑制 FSE PDWI 横断面图像上，左膝关节 a)伸膝位和b)轻度屈膝位以及c)伸膝位和 d)轻度屈膝位 TTTG 分别为16.26 mm、9.10 mm

表3 两个观察者对于横断面测量指标的组内相关系数（ICC）

本研究通过在志愿者中比较伸膝位和轻度屈膝位MR 横断面扫描，发现股骨滑车面对称性、股骨外侧滑车倾斜度和股骨滑车深度此三个参数不受膝伸屈的影响。但是，膝关节由全伸转变为轻度屈曲时，髌骨倾斜角、髌骨外移度和TTTG 此三个参数则会显著变小。

髌股关节不稳是一种多因素介导的疾病［1］，一般都合并有某些发育性异常，包括股骨滑车发育不良、高位髌骨、Q 角增大、髌骨倾斜角增加、股骨前倾角过大、胫骨过度外旋、膝过伸及膝外翻等，这些构成了髌股关节不稳的危险因素［1,4,13］。治疗中应综合考虑这些危险因素，从而为患者制定个性化的优化方案［3,16,17］。基于 MR 横断面的定量测量可在一定程度上反映潜在的发育异常，如股骨滑车面对称性、股骨外侧滑车倾斜度和股骨滑车深度可反映是否存在股骨滑车发育不良，髌骨倾斜角可反映是否存在髌骨内外侧支持力量的不平衡，TTTG 可反映是否存在Q 角增大，而髌骨外移度可反映是否存在髌骨半脱位。

本研究揭示了随着膝关节由全伸转变为轻度屈曲，反映股骨滑车发育不良的三个参数不会发生变化。股骨滑车发育不良见于约90%的髌股关节不稳中［13］，多发生于滑车近端，表现为股骨滑车扁平、异常凸起或滑车关节面不对称［18］。在 CT 或MR 横断面上，可通过股骨滑车面对称性、滑车深度和外侧滑车倾斜度［2,9］评估滑车发育不良。本研究采纳了与 Carrillon 等［2］和 Pfirrmann 等［9］类似的方法测量了股骨滑车面对称性、滑车深度和外侧滑车倾斜度，发现这些参数不受膝关节伸、屈状态的影响。究其原因，这些测量值仅涉及股骨滑车本身，不涉及与其他结构的相对空间关系，因此伸膝位和轻度屈膝位不产生明显影响。

本研究同样揭示了随着膝关节由全伸转变为轻度屈曲，髌骨倾斜角显著变小、髌骨外移度也显著变小。从测量方法中可以发现，此两个测量值均同时涉及到髌骨和股骨，即与髌骨和股骨的相对空间关系有关。依据本研究结果，当膝关节从全伸向屈曲转变时，以股骨作为参照物，髌骨出现了一定程度的内旋和内移，这种髌骨运动趋势也在先前的文献报道中得到证实［11,19,20］。本研究结果的另外一个延伸价值在于，在评估文献中有关此两个测量值的报道时，应特别注意膝关节的伸屈情况，不同膝伸屈状态下的数据不具有可比性。

TTTG 在本研究中也出现了显著性变化，伸膝时显著大于轻度屈膝时。据笔者查询，有文献曾在同一个个体中直接比较过TTTG 与膝伸屈的关系。在 30 例志愿者中，Dietrich 等［14］比较了膝全伸、屈 15°、屈 30°时的 TTTG，两名观察者的结果分别为 15.1±3.2 mm、10.0±3.5 mm、8.1±3.4 mm，以及 14.8±3.3 mm、9.4±3.0 mm、8.6±3.4 mm，差异存在显著性。本研究膝全伸时的TTTG，两名观察者结果分别为 15.12±2.93 mm、15.93±3.24 mm，与Dietrich 等结果接近；屈约 20°时的 TTTG，两名观察者结果分别为 6.93±3.32 mm、7.43±4.73 mm，尽管与Dietrich 等结果存在一定差异，但屈曲导致TTTG 显著变小的趋势一致。鉴于TTTG 与股骨和胫骨的相对空间关系有关，而生理状态下伸膝末胫骨存在的外旋锁定，可导致胫骨外旋，从而可导致伸膝末TTTG 增大。

2.本研究的局限性

（1）当前研究仅涉及志愿者，所发现的变化规律是否适用于髌股关节不稳患者尚不清楚。不过，鉴于本研究发现髌骨倾斜角、髌骨外移度及TTTG在志愿者中与膝伸屈密切相关，在实际髌股关节不稳的评估中，此三个指标应该注意膝关节的伸屈状态。（2）由于没有和髌股关节不稳病例组进行对照，对于本研究涉及的六个指标，当前研究并不能给出正常诊断参考界值，进一步的研究将解决此不足。（3）当前研究选择的是年龄范围 19～27 岁学生志愿者，所发现的变化规律只适用于青年人，髌股关节不稳常发生于青少年患者，所以，青少年在生长发育阶段膝关节相关测量值是否变化，有待进一步深入研究。