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MRI的非接触性前交叉韧带撕裂与膝关节解剖学危险因素研究

2025-01-23 69 上传者：管理员

摘要：目的探讨非接触性前交叉韧带（ACL）撕裂与髌骨位置、股骨滑车发育不良、α角之间的相关性。方法选取2019年4月至2022年7月在福州市第二总医院行常规膝关节MRI检查且经关节镜证实ACL撕裂的135例患者作为ACL撕裂组，男性99例，女性36例，年龄（25.9±7.9）岁，年龄范围为15～46岁。随机选取同期100例ACL正常、仅膝关节腔少量积液的纳入者作为正常组。比较ACL撕裂组与正常组的髌骨位置、股骨滑车形态学指标和α角之间的差异。采用二元logistic回归分析评估性别、髌骨位置、股骨滑车形态和α角对研究对象发生ACL撕裂的影响。结果男性ACL撕裂发生率高于女性，差异有统计学意义（P<0.05）。ACL撕裂组胫骨结节上缘到髌软骨下极距离、改良的IS(MIS)指数、股骨滑车沟深度、滑车沟角及a角增大与正常组比较，差异均有统计学意义（P<0.05）。二元Logistic回归分析显示，髌骨高位（OR=2.86,P<0.05）、滑车沟角（OR=10.18,P<0.05）、α角（OR=1.18,P<0.05）分别是ACL撕裂的独立预测因子。受试者操作特征曲线分析结果显示，增大的MIS指数、增大的滑车沟角和较大的α角与ACL撕裂的风险增加相关。结论 ACL撕裂患者的胫骨结节上缘到髌软骨下极距离、MIS指数、股骨滑车发育不良发生率和α角均高于ACL正常的膝关节人群。

关键词：
前交叉韧带
滑车发育不良
磁共振成像
膝关节
解剖学
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前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）是膝关节损伤时最易受损的结构之一，其中70%是非接触性损伤［1-2］。MRI是目前诊断ACL撕裂，观察膝关节形态和结构较有效且无创的方法［3］。ACL损伤与解剖学、生物力学、强度、激素等多种因素相关，髌骨位置、股骨滑车形态及深度、α角大小等解剖学因素与非接触性ACL撕裂有一定的相关性［4-5］，但这些因素与ACL撕裂之间的关系的相关研究较少。本研究通过比较ACL撕裂和未撕裂纳入者髌骨位置的定量指标、股骨滑车发育不良的定量指标和α角，评估三者与ACL撕裂的相关性，以期提高临床对ACL撕裂高危因素的认识，加强膝关节异常解剖形态人群ACL撕裂的防范意识。现报道如下。

1、资料与方法

1.1一般资料

选取2019年4月至2022年7月在福州市第二总医院行常规膝关节MRI检查且经关节镜证实ACL撕裂的135例患者作为ACL撕裂组，男性99例，女性36例，年龄（25.9±7.9）岁，年龄范围为15~46岁。纳入标准：（1）非接触性损伤者；（2）具备完整的临床和影像学检查资料者；（3）签署知情同意书者。排除标准：（1）直接接触性损伤（如车祸、坠落、碰撞等）者；（2）合并其他韧带损伤或半月板损伤者；（3）既往有膝关节骨折或手术史者；（4）膝关节骨性关节炎者；（5）膝关节肿物者；（6）膝关节软骨明显磨损或显示不清无法测量者。随机选取同期100例ACL正常、仅膝关节腔少量积液的纳入者作为正常组，男性56例，女性44例，年龄（30.7±8.2）岁，年龄范围为14~46岁。本研究经福州市第二医院临床试验伦理委员会批准（批准号：2023130）。

1.2研究方法

采用德国西门子Skyra 3.0 T超高场强磁共振扫描仪，15通道膝关节专用线圈。患者取仰卧位，下肢自然放松，膝关节屈曲10°，足先进，髌骨下缘与线圈中央位置重合并用沙袋充分固定，扫描层面以包全膝关节为准。扫描参数：（1）矢状位质子密度加权像（proton density weighted imaging，PdWI）。重复时间3 500 ms，回波时间41 ms。（2）矢状位T1WI。重复时间410 ms，回波时间11 ms。（3）冠状位PdWI。重复时间3 260 ms，回波时间41 ms。（4）横断位PdWI。重复时间2 400 ms，回波时间41 ms。所有序列均采用快速自旋回波，层厚4 mm，层间距0.4 mm，视野160 mm×160 mm，矩阵256×320。

1.3图像分析

由2名分别具有5年和10年的骨关节影像学工作经验的骨关节影像诊断医师独立完成测量结果，计算平均值。股骨滑车形态学指标参照Pfirrmann等［6］研究标准，于PdWI横断位图像上选取膝关节自近端至远端最早完整显示滑车软骨的层面，测量股骨滑车沟深度（图1A）、滑车内外侧面比例（图1B）、滑车沟角（图1C）。其中滑车沟深度（a+c）/2-b≤3 mm可诊断为股骨滑车发育不良（femoraltrochlear dysplasia，FTD）；滑车内外侧面比例e/d<40％可诊断为FTD；正常滑车沟角（142.4±6.9）°。髌骨位置采用改良的IS指数（modified insall-salvatiindex，MIS），参照Schlenzka和Schwesinger［7］研究标准，于矢状位PdWI图像上测量胫骨结节上缘至髌软骨下极距离与髌骨关节面长度的比值（图1D），g/f≥2.0则为髌骨高位。α角参照Roethke等［8］研究标准，于矢状位PdWI图像上进行测量。股骨长轴为通过2个确定的中点延伸线，第一个中点位于股骨髁最大前后宽度水平的股骨前后皮质之间，第二个中点位于靠近股骨近端的股骨前后皮质之间（图1E）。

1.4统计学方法

采用SPSS 26.0软件对数据进行统计学分析。采用组内相关系数（intraclasscorrelation coefficient，ICC）和相应的95%置信区间评价观察者间和观察者内测量的一致性。应用Kolmogorov-Smirnov检验评估计量资料是否符合正态分布，符合正态分布的计量资料以x±s表示，组间比较采用t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。计数资料以%表示，组间比较采用χ2检验。若四格表资料的理论数小于5，则应用Fisher精确概率法进行分析。采用logistic回归评估性别、髌骨位置、股骨滑车形态和α角对研究对象发生ACL撕裂的影响。采用受试者操作特征曲线（receiver operatorcharacteristic curve，ROC）观察MIS指数、滑车沟角和α角对ACL撕裂情况的预测价值。P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1基本人口统计学和膝关节解剖特征的比较

两名医师测量髌骨位置、滑车发育不良和α角各测量指标组间和组内测量一致良好（表1）。ACL撕裂组年龄［（25.93±7.92）岁］低于正常组［（30.67±8.19）岁］，差异有统计学意义（P<0.05）。男性ACL撕裂发生率［73.3%（99/135）］高于女性［26.7%（36/135）］，差异有统计学意义（P<0.05）。撕裂组中髌骨高位发生率［17.8%（24/135）］高于正常组［6.0%（6/·60.1100）］，差异有统计学意义（P<0.05）。撕裂组中股骨滑车发育不良患者发生率［75.6%（102/135）］明显高于正常组［20.0%（20/100）］，差异有统计学意义（P<0.05）。

2.2各膝关节解剖参数的比较

ACL撕裂组胫骨结节上缘至髌软骨下极距离、MIS指数、滑车沟深度、滑车沟角、α角与正常组比较，差异均有统计学意义（P<0.05）；两组纳入者的髌骨关节面长度、滑车内外侧面比例比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.3二元logistic回归分析

二元logistic回归分析显示，性别、髌骨高位、股骨滑车发育不良和α角是ACL撕裂的独立预测因素。女性是ACL撕裂的独立保护因素（OR=0.36，P<0.05）；滑车沟角（OR=10.18，P<0.05）、髌骨高位（OR=2.86，P<0.05）和α角增大（OR=1.18，P<0.05）分别是ACL撕裂的独立危险因素（表3）。

2.4 ROC分析结果

ROC分析结果显示，MIS指数、滑车沟角及 α 角可用于预测ACL损伤情况（表4、图2）。

表1对比参数的组间和组内测量一致性结果对比

表2 ACL撕裂组与正常组患者相关参数的比较

表3 ACL撕裂危险因素的logistic回归分析

图2 ACL撕裂患者的ROC曲线

3、讨论

ACL撕裂是一种严重的膝关节损伤，ACL撕裂后遗症发生率高，包括膝关节不稳定，半月板损伤、关节软骨磨损直至创伤性骨关节炎，甚至是健侧ACL损伤［8］。MRI以其独特的优势，能清楚地显示膝关节内外的解剖结构以及病变区域信号的变化，目前已成为膝关节检查的首选方法，是诊断ACL撕裂的影像学检查“金标准”［9-10］。

3.1髌骨位置与ACL撕裂的相关性

高位髌骨是指相对于股骨、胫骨位置异常高的髌骨，伴有与股骨滑车、髌骨接触面积的减少，这种髌骨与滑车接触的异常改变，使髌股关节的接触应力增加，最终导致ACL紧张度增大，增加撕裂的风险［1］。本研究结果提示ACL撕裂组MIS指数、胫骨结节上缘到髌软骨下极距离高于正常组，两者均具有统计学意义；而两组髌骨关节面长度无统计学意义，与赵静等［11］的研究结果相符。国内外研究关于ACL撕裂者MIS指数高于正常者的原因分析较少。本研究推测其原因可能与膝关节的相关解剖学及生物力学改变有关。有研究证实股四头肌与腘绳肌之间存在显著的力量差常导致ACL紧张度增加，进而增加其损伤风险［12-13］。我们假设这些因素也可能诱发髌骨高位，导致膝关节MIS指数增大。但目前关于ACL撕裂与髌骨位置的相关性尚未明确，故仍需作进一步研究证实。

3.2股骨滑车发育不良与ACL撕裂的相关性

股骨滑车发育不良是一种膝关节解剖结构的异常，主要表现为滑车沟角增大和滑车沟变浅甚至凸起。临床上关于股骨滑车解剖学与髌股关节稳定性的相关性研究较多，滑车的深度和形态直接影响膝关节屈伸状态下髌骨的稳定性［14-16］，但对于ACL撕裂与股骨滑车解剖学的相关性研究较少。Botchu等［17］首次揭示滑车发育不良与ACL撕裂的相关性。然而，研究对象的纳入标准存在选择偏移，他们仅对有膝关节前部疼痛且怀疑存在韧带损伤的95例患者进行股骨滑车发育不良DEJOUR分型的相关性研究。结果表明A型中ACL撕裂发生率最高，但未对其解剖形态学的各项指标进行定量研究。本研究对股骨滑车解剖形态学的各项指标进行定量分析。结果显示ACL撕裂组股骨滑车发育不良发生率显著高于正常组，滑车沟角显著大于正常组，滑车沟深度明显较正常组浅平，而两组间内外侧面比例的差异无明显统计学意义，其中增大的滑车沟角是最明显的危险因素，这与纪丙军等［18］的研究结果一致。国内外鲜有文献对ACL撕裂者股骨滑车发育不良发生率高于ACL正常者的原因进行系统性分析，本研究推测其原因可能有两点，一是股骨滑车发育不良导致髁间窝解剖结构改变，二是膝关节生物力学改变。Peeters等［19］研究显示股骨滑车发育不良者的髁间窝比正常者的小10%。在膝关节伸直状态下，ACL与狭窄的髁间窝之间的间隙变窄、甚至消失，在膝关节运动过程中会产生ACL与髁间窝的撞击现象，造成ACL应力集中增加，最终导致ACL损伤［20-21］。

图1膝关节各解剖参数测量方法

等［22］研究表明，股骨滑车发育不良可导致髁间窝发生不典型的骨质增生，致使髁间窝变窄，出现ACL与髁间窝撞击、磨损，引起ACL损伤。另外，有研究发现，股骨滑车发育不良可导致膝关节生物力学发生变化。股骨发育不良患者于膝关节部分屈曲状态下AMB的压力负荷明显较正常者增加，进而增加了ACL撕裂的风险［23-24］。

3.3α角与ACL撕裂的相关性

α角为股骨长轴与Blumensaat线之间形成的夹角，α角增加导致体内前交叉韧带损伤的机制尚不清楚。Bouras等［25］认为较大的α角可能会导致前髁间切迹与ACL发生碰撞，从而增加ACL损伤的可能性，而α角减小可能会导致更垂直的ACL不易发生碰撞。我们假设，较大的α角可能导致ACL更平直，从而导致ACL撞击前髁间切迹，增加ACL撕裂的风险；同样，当α角减小时，由于ACL处于更垂直的位置，撞击也会减少。

3.4本研究的局限性

第一，本研究为回顾性研究，缺乏详细的临床资料信息（包括身高、体质量等），无法进行综合评估。第二，本研究病例均来自单一机构，样本量偏小，存在选择偏移。第三，因本研究所选病例均经关节镜证实为ACL撕裂，并未对ACL损伤程度进行分组对比评估。第四，同时存在滑车发育不良、髌骨高位和增大的α角是否可能是ACL撕裂的更危险因素，有待进一步研究。综上，股骨滑车发育不良、髌骨高位和α角增大是非接触性ACL撕裂的危险因素。在实际工作中，我们可以很容易地在MRI图像上测量这些指标，临床医师应该提高对ACL撕裂高危因素的认识，加强膝关节异常解剖形态人群ACL撕裂的防范意识。

参考文献:

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[10]顾东明,王志华,王树云,等.三维磁共振成像(3D-MRI)在ACL损伤分级诊断中的应用[J].中国CT和MRI杂志,2020,18(10):163-165.

[11]赵静,朱红霞,庞善军,等.髌骨高度与膝关节前交叉韧带撕裂之间相关性的MR研究[J].医学影像学杂志,2017,27(8):1561-1564.

[14]刘丽思,袁慧书.轻度屈膝位MRI横断面测量指标对复发性髌骨脱位的诊断价值[J].中国医学影像学杂志,2020,28(6):451-455.

[15]瞿晓春,李勇,姚尧,等.髌股关节解剖学参数评估髌腱股外侧髁撞击综合征:基于MRI的对照研究[J].放射学实践,2023,38(4):480-484

文章来源:高慧晶,许尚文,林姗,等.基于MRI的非接触性前交叉韧带撕裂与膝关节解剖学危险因素的相关性研究[J].创伤与急危重病医学,2025,13(01):59-64.