基于CT图像分析股骨后髁形态与非接触性前交叉韧带断裂的相关性

邱蓝玉，盛 波，肖智博，李 佳，吕发金，吕富荣

(重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016)

非接触性前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)损伤约占ACL损伤的75%，是最常见的运动损伤之一[1-2]。膝关节骨性解剖形态与ACL损伤密切相关[3]，股骨远段和胫骨近段骨性解剖形态学差异可能改变膝关节运动学特征，导致旋转性关节松弛，或改变关节韧带受力状况[4-5]，其中股骨远段后髁形态异常可致膝关节内-外翻和股骨内-外旋，改变关节接触面积，影响关节对线，进而导致旋转性膝松弛[6-7]。本研究定量测量CT图像中的股骨后髁形态学参数，观察其形态学特征与非接触性ACL断裂之间的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2014年1月—2019年4月179例重庆医科大学附属第一医院ACL断裂患者，男146例，女33例，年龄14～54岁，平均(28.5±9.1)岁；共179侧膝关节，87侧左膝、92侧右膝。纳入标准：①因非接触机制所致ACL损伤而接受ACL重建术；②术前均接受患侧膝关节CT扫描。排除标准：②ACL部分断裂；②既往有患膝手术史、膝关节肿瘤病史；③存在严重骨关节炎(≥KL 2级)或炎性关节炎；④合并后交叉韧带损伤。同期共纳入无膝关节病变的182名志愿者作为对照组，男138名，女44名，年龄13～49岁，平均(29.6±8.4)岁；共182侧膝关节(左、右膝各91侧)。本研究获得院人体研究委员会批准(伦理编号：2017-108)。检查前所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Perspective 64排CT机，嘱受检者仰卧，膝关节伸展呈180°，足尖向上；在1名具有5年以上工作经验的放射科医师指导下进行轴位及矢状位膝关节CT扫描，参数：管电压130 kV，管电流67 mAs，层厚1 mm。将图像上传至图像存储与传输系统，由2名具有5年以上骨骼肌肉放射学诊断经验的医师独立测量股骨后髁相关形态学参数[8]：于股骨髁最宽层面轴位图像测量股骨髁内外侧宽度(medial-lateral width， MLW)、内侧后髁宽度(medial posterior condyle width， MPCW)、外侧后髁宽度(lateral posterior condyle width， LPCW)；于内、外侧髁前后最凸层面矢状位图像测量内侧髁长度(medial condyle length， MCL)、外侧髁长度(lateral condyle length， LCL)、内侧后髁长度(medial posterior condyle length， MPCL)、外侧后髁长度(lateral posterior condyle length， LPCL)、内侧后髁高度(medial posterior condyle height， MPCH)及外侧后髁高度(lateral posterior condyle height， LPCH)，见图1；计算MPCW/MLW×100、LPCW/MLW×100、LPCL/LCL×100及MPCL/MCL×100。由其中1名医师间隔4周再次独立测量以上各项参数。

图1 患者男，28岁，左膝关节ACL损伤 A.于股骨髁最宽层面轴位图像上测量MLW(内、外侧上髁最凸点垂直线之间的距离)、MPCW(内侧后髁左、右最凸两点垂线之间的距离)和LPCW(外侧后髁左、右最凸两点垂线之间的距离)； B、C.于内、外侧髁前后最凸层面矢状位图像上测量MCL和LCL(内、外侧髁前后最凸点两垂直线之间的距离)、MPCL和LPCL(股骨后缘骨皮质切线与内、外侧后髁最凸点的股骨长轴平行线之间的距离)、MPCH和LPCH(内、外侧髁最远端与最近端之间长轴方向的距离)

1.3 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计数资料以频数和百分率表示，χ2检验比较2组性别及检查部位；以±s表示符合正态分布的计量资料，采用独立样本t检验比较组间CT测量值。以单项随机效应模型计算组内相关系数(inter-class correlation coefficient， ICC)评估测量值的一致性，ICC<0.20为一致性差，0.20≤ICC<0.40为一致性较差，0.40≤ICC<0.60为一致性中等，0.60≤ICC<0.80为一致性良好，ICC≥0.80为一致性优异。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 ACL断裂组与对照组性别、年龄、受检膝关节左右侧数目之间差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.2 一致性分析 各参数测量值的观察者间及观察者内一致性均为优异(ICC均≥0.80)，见表1。

表1 股骨后髁形态学参数测量值的一致性分析

2.3 CT测量参数 ACL断裂组后髁宽度参数MLW和MPCW大于对照组(P均<0.05)；组间LPCW、MPCW/MLW和LPCW/MLW差异均无统计学意义(P均>0.05)。ACL断裂组后髁长度参数MCL、LCL、MPCL、MPCL/MCL及大于对照组(P均<0.05)，LPCL/LCL小于对照组(P<0.05)；组间LPCL

差异无统计学意义(P>0.05)。2组间后髁高度参数MPCH和LPCH差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表2 2组股骨后髁形态学参数测量值比较(±s)

表2 2组股骨后髁形态学参数测量值比较(±s)

组别MLW(mm)MPCW(mm)LPCW(mm)MPCW/MLW(%)LPCW/MLW(%)MCL(mm)LCL(mm)ACL断裂组(n=179)81.61±5.5926.56±2.3523.35±2.4032.58±2.3628.62±2.3165.40±4.1665.81±4.38对照组(n=182)80.12±4.9825.82±2.4023.03±2.3032.26±2.5428.75±2.3263.45±3.7763.51±4.70t值-2.687-2.922-1.293-1.2330.533-4.642-4.816P值0.0080.0040.1970.2180.595<0.001<0.001组别MPCL(mm)LPCL(mm)MPCL/MCL(%)LPCL/LCL(%)MPCH(mm)LPCH(mm)ACL断裂组(n=179)31.36±4.9525.31±3.8847.96±7.3638.35±6.4639.68±3.2138.57±3.78对照组(n=182)29.04±3.3525.80±2.8045.87±4.7740.52±4.9439.53±2.6738.27±2.76t值-5.2041.374-3.1803.575-0.475-0.859P值<0.0010.1700.002<0.0010.6350.391

3 讨论

ACL起自股骨外髁内侧面后部，可防止胫骨相对于股骨的前移和膝关节过度伸展，抵抗内翻-外翻和内旋-外旋力，并通过控制内侧胫骨旋转来控制膝关节处的旋转运动[3]；当其所承受的张力超过最大负荷值时，即会发生韧带断裂，以非接触性断裂最为常见[9]。目前ACL断裂的机制仍不十分明确，可能与膝关节外翻相关[9-10]，但对膝关节旋转方式仍然存在争议。

ROGER等[6]发现内侧后髁长度与滑车发育不良程度呈正相关，内侧后髁越长，则滑车发育不良程度越高；髌骨不稳定患者外侧后髁长度短于内侧[5]，而外侧后髁发育不良所致膝外翻是髌骨失稳的危险因素[11]。本研究亦发现ACL断裂组股骨后髁长度与对照组存在显著差异(P均<0.05)。为降低个体差异的影响，本研究计算后髁长度与髁总长度的比值，发现断裂组MPCL/MCL显著大于对照组，而LPCL/LCL显著小于对照组(P均<0.05)，提示非接触性ACL断裂患者外侧后髁更短，而内侧后髁则更长。

膝关节运动是胫骨股骨围绕骨内固定轴进行旋转，IMAI等[12]认为LPCL与膝关节旋转角度呈正相关，LPCL越短，关节旋转角度越小，可能使股骨相对胫骨外旋而对ACL施加额外的内外旋力矩，改变下肢负重力线，导致类似外翻-内翻畸形，产生外翻-内翻力矩，进而显著加重ACL的张力负荷，增加ACL断裂风险。此外，van HAVER等[8]发现较短的股骨外侧后髁可导致膝关节屈曲时处于外翻状态。本研究结果显示，外侧后髁过短及内侧后髁过长可能引起膝关节外翻和股骨外旋，进而增加ACL断裂风险。

本研究ACL断裂组MLW及MPCW显著大于对照组(P均>0.05)，但组间LPCW、MPCW/MLW、LPCW/MLW、MPCH和LPCH差异均无统计学意义(P均>0.05)，提示股骨后髁宽度及高度对膝关节旋转及外翻的影响可能较小。LIU等[13]认为较大的股骨内侧后髁和较小的外侧后髁会导致股骨远端内旋，引起髌骨外向性失稳。可能增加内侧关节面的接触面积及关节活动度而造成关节松弛，加重ACL断裂风险。另外，股骨与胫骨相对位置改变可能导致步态和负重位点变化，最终造成ACL的非正常张力负荷[3,5,7,12]。

本研究主要不足之处：①所有膝关节CT数据均在关节完全伸直状态下获得，膝关节屈曲时后髁测量值有待观察；②难以精确划分股骨后缘骨皮质切线，导致测量存在一定误差；③未考虑ACL断裂伴发损伤，如骨挫伤、内、外侧副韧带损伤及前外侧韧带损伤等。

综上，股骨后髁形态学差异与非接触性ACL损伤相关，并可能通过导致膝关节外翻和旋转而增加ACL损伤风险。