复发性髌骨不稳MRI测量的影响因素及其预测价值

曹慧芳, 李慧明, 刘璐, 杨慧敏

髌骨脱位经保守治疗后，出现复发性髌骨不稳的情况非常常见，文献报道其复发率为40%～60%[1,2]。这是由于复发性髌骨不稳患者其自身髌股关节存在一定的解剖异常[3]，因此临床上需要早期预测潜在的复发性髌骨不稳情况从而调整治疗方式。MRI具有软组织分辨力高、无电离辐射等优势[4,5]，是目前公认的评估髌股线性排列及软骨解剖最佳的影像学手段[6,7]。但MRI多用于髌骨脱位的诊断，其是否能用于复发性髌骨不稳的预测目前未见相关文献报道。因此，本研究以首次髌骨脱位并经保守治疗后，出现复发性髌骨不稳的患者为研究对象，分析其导致复发性髌骨不稳的影像学影响因素，并探讨预测复发性髌骨不稳的MRI测量指标，旨在帮助临床选择更适合的治疗方式来提高髌骨的稳定性。

材料与方法

1.研究对象

选择2016年1月-2019年1月在我院就诊并确诊为复发性髌骨不稳的患者80例作为研究对象。病例纳入标准：①患者首次髌骨脱位的原因是直接暴力伤或间接性扭伤；②患者首次髌骨脱位时仅进行了保守治疗；③患者首次髌骨脱位时在我院接受MRI检查并保留完整影像资料；④首次髌骨脱位至复发性髌骨不稳的时间<3年。病例排除标准：患者有类风湿关节炎、骨关节炎等慢性病史。本研究共纳入患者57例(排除23例)并定义为复发组，其中男16例，女41例，年龄14～29岁，平均(20.3±5.2)岁，左膝28例，右膝29例；首次髌骨脱位的病因分别为滑倒扭伤20例，跳跃扭伤21例，转体扭伤16例。另选择2014年1月～2016年1月在我院就诊并同样采取保守治疗的髌骨脱位患者60例，均于2019年1月通过电话随访得知未出现复发性髌骨不稳，平均随访时间为(3.8±0.4)年，且保留完整的影像学资料，作为本研究的对照组。对照组60例患者中男16例，女44例，年龄14～27岁，平均(19.5±4.3)岁。复发组与对照组患者的年龄、性别比例差异无统计学意义(年龄：t=0.909，P=0.365；性别：χ2=0.029，P=0.865)。所有患者均对本研究知情同意，本研究获我院伦理委员会批准。

2.MRI检查及测量

所有患者均采用Siemens 3.0T SKYRA超导型磁共振成像仪和膝关节专用线圈行MRI检查。矢状面T1WI扫描参数：TR 381 ms，TE 8.3 ms，视野150 mm×150 mm，矢状面脂肪抑制T2WI-FS扫描参数：TR 3001.36 ms ，TE 62.00 ms,视野170 mm×170 mm，冠状面质子密度加权成像(proton density weighted image，PDWI)扫描参数：TR 2830 ms ，TE 45 ms ，视野150 mm×150 mm，横轴面脂肪抑制T2WI-FS扫描参数：TR 2890.48 ms ，TE 62.00 ms，视野170 mm×170 mm。以上序列扫描层厚为3 mm，层间距为0.3 mm，矩阵 256×256。患者取仰卧位，嘱患者放松下肢同时膝关节伸直外旋5°～10°(或在扫描时膝关节向内侧偏 5°～10°)。

导出膝关节MRI图像后使用脱机软件进行测量，测量指标包括髌骨偏移指数(tibial offset index，BSO)、滑车适合角(trochlear congruence angle，CA)、髌骨倾斜角(patellar tilt angle，PTA)、股骨外侧滑车倾斜角(lateral trochlear inclination，LTI)、股骨滑车面对称性、滑车沟角度(sulcus angle，SA)、股骨滑车深度、胫骨结节-股骨滑车沟距离(tibial tuberosity-trochlear groove distance，TT-TG)、髌韧带长度与髌骨最长径之比(Insall-Salvati Ratio，ISR)、髌骨后下缘至胫骨平台前方距离与髌骨后缘长径之比(Caton-Deschamps index，C-D)。其中 ISR 和 C-D 在矢状面PDWI图像上测量,其余指标均在轴面T2WI-FS图像上测量：①以股骨滑车凹最低点与参考线的垂线平移至髌骨最大横截面层面中测量BSO(图1a)；②在股骨滑车凹最低点层面测量CA(图1b)；经髌骨最大横截面层面测量PTA(图1c)；③选用滑车近端层面(保证滑车软骨全覆盖),以软骨下骨板作为基线，测量LTI(图1d)、股骨滑车面对称性、SA(图1e)和股骨滑车深度(图1f)；④分别选取经股骨滑车沟最深横截面(图1g)及胫骨结节最凸点横截面(图1h)测量TT-TG距离；⑤髌韧带长度与髌骨最长径比值定义为ISR,髌骨后下缘至胫骨平台前方距离与髌骨后缘长径比值定义为C-D(图1i)。

3.统计学分析

结 果

本研究共纳入复发组患者57例，对照组患者60例，均通过软件脱机分析患者的MRI影像学资料并进行了BSO、CA、PTA、LTI、SA、股骨滑车面对称性、滑车深度、TT-TG、ISR、C-D等指标的测量。

1.复发组与对照组的MRI测量指标比较

比较复发组与对照组的MRI测量指标，结果显示复发组患者的BSO、PTA、LTI、TT-TG和ISR高于对照组，差异均具有统计学意义(P值均<0.05)；两组患者的CA、SA、股骨滑车面对称性、滑车深度和C-D等数据差异均无统计学意义(P值均>0.05，表1)。

表1 复发组与对照组的MRI测量指标比较

2.复发性髌骨不稳的多因素Logistic回归分析

将两组比较存在统计学差异的测量指标进一步行多因素Logistic回归分析，以筛选复发性髌骨不稳的独立影响因素，结果显示BSO和PTA对复发性髌骨不稳无明显影响，差异无统计学意义(P>0.05)。而LTI(P=0.048)、ISR(P=0.000)和TT-TG(P=0.025)是复发性髌骨不稳的独立影响因素。根据优势比(odds ratio,OR)值，对复发性髌骨不稳影响最大的是ISR(OR=8.512)，其次是LTI和TT-TG(OR分别为1.338、1.322，表2)。

表2 复发性髌骨不稳MRI测量的多因素Logistic回归分析

3.MRI测量指标预测复发性髌骨不稳的ROC曲线分析

MRI测量指标预测复发性髌骨不稳的曲线下面积(area under curve，AUC)存在较大差异，ISR预测的准确度最高，其AUC达到0.891，敏感度为100%，但特异度较低(60.00%)。TT-TG和LTI的AUC均低于ISR(表3)，差异有统计学意义(P<0.05)。三项测量指标联合预测复发性髌骨不稳的准确度最高(AUC=0.938)，显著大于三项测量指标单独预测复发性髌骨不稳的AUC(图2)，差异均有统计学意义(P值均<0.05)，其拟合方程为logit(P)=-37.681+22.687×ISR+0.339×LTI+0.281×TT-TG；最佳诊断点为0.340，诊断敏感度为91.23%，特异度为83.33%。

表3 MRI测量指标预测复发性髌骨不稳的ROC曲线分析

注：与联合指标比较，*P<0.05。

讨 论

髌骨脱位的保守治疗主要包括股四头肌锻炼、绷带包扎或护膝保护，主要针对病情较轻以及拒绝手术的患者[8,9]，然而由于这类患者往往髌骨关节存在一些解剖异常，虽然程度较轻，但也因此容易反复出现复发性髌骨不稳的情况[10,11]。由于反复的髌骨脱位或半脱位对患者伤害较大，因此临床上需要能够早期预测复发性髌骨不稳的方法从而及时调整治疗方式。本研究对比了我院出现复发性髌骨不稳以及首次髌骨脱位后未出现复发性髌骨不稳患者的MRI影像学资料，试图从影像学角度分析复发性髌骨不稳的影响因素，并从中找出能够预测复发性髌骨不稳的指标。

本研究对比了复发组与对照组MRI的测量指标，发现BSO、PTA、LTI、TT-TG和ISR在两组中差异有统计学意义，而CA、SA、股骨滑车面对称性、滑车深度和C-D在两组中差异无统计学意义。BSO是用于描述髌骨外移程度的主要指标，可以用来衡量髌骨轨迹异常，是反映髌骨半脱位的定量指标[12]。PTA用于描述髌骨倾斜程度，PTA增大往往是由松弛的内侧髌股韧带和股内斜肌导致的。PTA与BSO一样也可以用于衡量髌骨轨迹异常，但角度不同，PTA是反映髌骨内外侧支持力量平衡性的定量指标[13]，LTI是用于描述股骨滑车发育不良的主要指标，LTI 过小提示股骨外侧滑车面发育扁平,伸膝过程中对抗髌骨外移的阻力减弱，会导致髌骨迁移至滑车沟外的危险性增高[14]。TT-TG是指股骨髁间凹与胫骨结节之间的距离，TT-TG增大说明胫骨出现了过度外旋，会导致髌骨外侧脱位，是临床常用指标，TT-TG>20 mm是手术干预指征[15]。ISR是描述髌骨位置的主要指标，ISR>1.2提示高位髌骨，高位髌骨会导致屈膝时髌骨移位至滑车沟的距离增加，从而磨损关节面下软骨，是髌骨不稳的重要危险因素之一[16]。

图1 复发性髌骨不稳的MRI测量。a)BSO的测量：AB是髌骨横断面的最长横径，OB是髌骨在股骨滑车凹中线外侧的部分，BSO=OB/AB；b)CA的测量：CA=股骨滑车沟的角平分线D与股骨滑车凹最低点和髌骨嵴最低点连线C的夹角；c)PTA的测量：PTA为髌骨长轴与参考线(以股骨内外后髁连线为参考线)的夹角(α)；d)LTI的测量：LTI为股骨外侧滑车面与参考线的夹角(β)；e)股骨滑车面对称性的测量：股骨滑车面对称性=内侧滑车面长度(m)/外侧滑车面长度(l)；SA的测量：SA=m与l的夹角；f)股骨滑车深度的测量：股骨滑车深度=[股骨外侧滑车最凸点(L1)+股骨内侧滑车最凸点(L3)]/2-滑车沟最凹点到参考线的垂直距离(L2)；g)TT-TG的测量：TT-TG=股骨滑车沟最凹点(E)和胫骨结节最凸点(F)之间的垂直距离。h)TT-TG的测量；i)ISR的测量：ISR=髌韧带长度(c)/髌骨最长径(a)；C-D的测量：C-D=髌骨后下缘至胫骨平台前方距离(d)/髌骨后缘长径(b)。

本研究进一步分析了复发性髌骨不稳的影响因素，发现LTI、ISR和TT-TG是患者初次髌骨脱位后，发生复发性髌骨不稳的独立影响因素。其中ISR对复发性髌骨不稳的影响最大(OR=8.512)，说明ISR的细微变化能够显著提高患者出现复发性髌骨不稳的风险。为了分析LTI、ISR和TT-TG预测复发性髌骨不稳的准确性，笔者对LTI、ISR、TT-TG及其三者的联合绘制了ROC曲线。结果显示ISR确实是预测复发性髌骨不稳较理想的指标，其单独预测的AUC接近0.9，而且敏感度达100%；说明利用ISR预测患者是否会出现复发不容易出现遗漏，但特异度比较低，表明单独依靠ISR预测复发会出现一定概率的误诊。三项指标联合预测的AUC提高到0.938，提示三项测量指标联合预测复发性髌骨不稳的准确性最好。三项测量指标联合预测复发性髌骨不稳的最佳诊断点为0.340，其敏感度为91.23%，特异度为83.33%。临床上可通过MRI测量患者的LTI、ISR和TT-TG，然后利用SPSS软件基于Logistic回归模型拟合方程计算其预测复发性髌骨不稳的概率，若其概率>0.340则提示其存在发生复发性髌骨不稳的风险。

本研究存在以下不足之处：①在选择研究对象时未考虑研究对象从事的职业以及是否存在过度运动的可能，因此可能存在选择偏倚；②本研究的指标均通过脱机分析软件在导出的MRI图像上进行测量，无法确定该方法是否存在因不同设备间的传输造成的测量误差；③有关髌骨解剖结构的测量指标很多，本研究并不能确保所测指标一定是预测复发性髌骨不稳的最准确指标，需要临床进一步扩大样本量进行验证。另外需要注意的是，复发性髌骨不稳的出现受到偶然因素的影响，所以本研究结果仅可用于预测患者出现复发性髌骨不稳的风险，并不能排除患者髌骨复发的可能。

综上所述，ISR、LTI、TT-TG三个指标的联合对预测患者初次髌骨脱位后，发生复发性髌骨不稳具有较高的临床应用价值，可为临床选择更适合的治疗方式来提高髌骨的稳定性提供参考依据。

图2 ISR、TT-TG、LTI及联合指标预测复发性髌骨不稳的ROC曲线分析。