膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷的研究進(jìn)展

夏婷婷，張丹

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院南區(qū)放射科，河北 承德 067000)

0 引言

膝關(guān)節(jié)損傷在日常體育活動(dòng)中經(jīng)常發(fā)生[1]，而前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)撕裂又是常見(jiàn)的嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)損傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年大約有20萬(wàn)例ACL損傷，且該損傷發(fā)生率正在增加，特別是在青春期[2-3]。而國(guó)內(nèi)，敖英芳等[4]人研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員ACL損傷的總體發(fā)病率為0.47%。前交叉韌帶損傷多見(jiàn)于日常體育運(yùn)動(dòng)，如足球、籃球、跳高等，專業(yè)運(yùn)動(dòng)員還常見(jiàn)于武術(shù)、體操、柔道等項(xiàng)目[4-5]。

ACL在維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性中起著重要作用，其損傷不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，還能引起繼發(fā)性膝關(guān)節(jié)損傷，比如半月板撕裂和關(guān)節(jié)軟骨損傷[6]。本文就解剖及生物力學(xué)、臨床診斷、影像學(xué)檢查等方面對(duì)前交叉韌帶損傷的研究進(jìn)展進(jìn)行論述。

1 ACL解剖及生物力學(xué)

ACL兩端分別附著在股骨外側(cè)髁的內(nèi)側(cè)面和脛骨平臺(tái)中央，從外后方斜行至內(nèi)前方[7]。含有血管來(lái)源的結(jié)締組織干細(xì)胞隔膜將前交叉韌帶分成兩束[8]，根據(jù)ACL在脛骨相對(duì)插入位點(diǎn)，再將這兩束分別命名為前內(nèi)側(cè)(the anterior medial，AM)束和后外側(cè)(the posterior lateral，PL)束，即2個(gè)功能性前交叉韌帶束[7,9,10]。但國(guó)外學(xué)者認(rèn)為ACL還存在中間束，由于中間束的解剖和生物力學(xué)特性與AM束最相似，因此通常將中間束視為AM束的一部分[11-12]。Norwood等[11]人認(rèn)為前交叉韌帶脛骨附著處形態(tài)為倒置的三角形，在脛骨髁間嵴附著點(diǎn)從內(nèi)向外依次為前內(nèi)側(cè)束、中間束、后外側(cè)束。在一項(xiàng)組織學(xué)研究中，Odensten[13]在ACL中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)單獨(dú)存在的纖維束，關(guān)于纖維束的解剖還存在一定爭(zhēng)議。ACL是一個(gè)位于膝關(guān)節(jié)內(nèi)滑膜外的結(jié)構(gòu)，周圍被兩層滑膜包裹[6]。該韌帶由大量致密的結(jié)締組織束組成，主要成分是Ⅰ型膠原蛋白，其次是Ⅲ型膠原蛋白[6,14]，Ⅲ型膠原纖維把I型膠原纖維分成小束[9]。ACL兩端組織的結(jié)構(gòu)與其典型的膠原纖維結(jié)構(gòu)不同，股骨起始處和脛骨起始處的組織學(xué)結(jié)構(gòu)由軟骨細(xì)胞樣細(xì)胞與典型的肌腱細(xì)胞整合而來(lái)[6,14,15]，分為4層，即韌帶層、纖維軟骨層、骨化的纖維軟骨層和軟骨下骨板層[16]。由韌帶逐漸向骨骼轉(zhuǎn)化的組織可緩沖通過(guò)ACL傳導(dǎo)的作用力，從而避免過(guò)大的應(yīng)力作用于附著點(diǎn)，這可能對(duì)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)有重要作用[6,9,14,16,17]。

ACL的主要功能是限制脛骨向前移位[18]，能有效防止膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)，其前內(nèi)側(cè)束有助于前外側(cè)穩(wěn)定性，后外側(cè)束有助于后外側(cè)穩(wěn)定性[11]。在著地過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)伸展(屈曲＜30°)這一姿勢(shì)易導(dǎo)致ACL損傷[19-23]。大量研究表明，尤其是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，伸膝著地前交叉韌帶更易受傷，可能與股四頭肌強(qiáng)烈收縮致脛骨前移，ACL張力增加有關(guān)[24-26]。

2 ACL損傷的臨床診斷

ACL損傷的患者常表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)腫脹、疼痛、跛行、膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定及彈響等。急性ACL損傷，常伴隨運(yùn)動(dòng)受傷史。臨床上普遍用于檢查ACL損傷的檢查方法有：①前抽屜試驗(yàn)(anterior drawer test，ADT)：患者仰臥位，屈膝約90°，足平放于床上。檢查者用臀部將患者的患側(cè)足部固定，雙手握住患側(cè)小腿上端前拉，并與健側(cè)對(duì)比。②Lachman試驗(yàn)：患者仰臥位，屈膝15°，檢查者一手握患側(cè)股骨下端，另一手握患側(cè)脛骨上端向前拉小腿，并與健側(cè)對(duì)比。③軸移試驗(yàn)(pivotshift test，PST)：患者仰臥位，檢查者一手握患肢足踝。屈髖45°、伸膝、下肢外展，一手握住足部使小腿內(nèi)旋外翻位，使膝逐漸屈曲，呈現(xiàn)突然錯(cuò)動(dòng)感，即為陽(yáng)性。④杠桿試驗(yàn)[27](lever sign test，LST)：患者仰臥位平躺在硬質(zhì)的檢查桌面或患肢下方墊一硬質(zhì)平板，檢查者將一手握拳置于患側(cè)小腿近端下方硬質(zhì)平板上，另一手對(duì)股四頭肌施加一個(gè)向下的力；患者足跟從檢查臺(tái)上抬起為陰性，表明ACL完整，患者的足跟保持不動(dòng)為陽(yáng)性，表明ACL斷裂。如果足跟抬起，ACL完整，通過(guò)小腿的支點(diǎn)，將向下的力從股骨傳遞到脛骨。如果足跟沒(méi)有在重力作用下抬起，則認(rèn)為ACL不起作用，可能是撕裂。

據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者吳宇峰[28]的研究報(bào)道，對(duì)于診斷ACL完全斷裂，Lachman試驗(yàn)診斷價(jià)值最高。國(guó)外學(xué)者M(jìn)assey[29]等人認(rèn)為L(zhǎng)achman試驗(yàn)的靈敏度最高，軸移試驗(yàn)的特異度最高，杠桿試驗(yàn)具有83%的高靈敏度和80%的特異性，其準(zhǔn)確性與Lachman試驗(yàn)、前抽屜試驗(yàn)和軸移試驗(yàn)沒(méi)有顯著差異。而前抽屜試驗(yàn)的準(zhǔn)確性低的原因有以下幾方面，急性患者由于關(guān)節(jié)疼痛無(wú)法屈曲90°行該檢查；膝關(guān)節(jié)屈曲90°時(shí)，附著在股骨內(nèi)側(cè)的半月板后角可阻止脛骨前移，造成假陰性；后交叉韌帶松弛或斷裂時(shí)，也出現(xiàn)脛骨前移，容易誤診[30]。

Peeler等人的研究稱骨科醫(yī)生行Lachman試驗(yàn)、前抽屜試驗(yàn)和軸移試驗(yàn)的準(zhǔn)確性更高[31,32]。因此，在懷疑ACL損傷行體格檢查時(shí)，建議由經(jīng)驗(yàn)豐富的骨科醫(yī)生實(shí)施，以得到更高的體格檢查準(zhǔn)確性，便于臨床醫(yī)生提早發(fā)現(xiàn)ACL病變，早期干預(yù)。但是物理檢查也存在一定的局限性，是主觀的，不精確的，伴隨一些急性期癥狀時(shí)，比如關(guān)節(jié)積液、活動(dòng)受限、疼痛等，患者常常無(wú)法完全配合[28,33]，導(dǎo)致物理檢查診斷價(jià)值降低，臨床上還需結(jié)合影像學(xué)檢查進(jìn)一步診斷。

3 ACL損傷的影像學(xué)檢查

3.1 X線檢查

X線檢查是臨床常見(jiàn)的影像學(xué)檢查，具有快速、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片對(duì)于急性膝關(guān)節(jié)損傷，可作為首選的檢查，用于排除骨折、脫位等相關(guān)急性損傷[34]。在X線片上可顯示脛骨髁間嵴骨折，這常提示伴隨ACL損傷，若發(fā)現(xiàn)Segond骨折，即脛骨平臺(tái)外側(cè)撕脫骨折，也可提示伴ACL損傷的可能[35]。一般情況下，X片能較好顯影骨結(jié)構(gòu)，是診斷骨折常見(jiàn)且快捷的診斷方式，但因膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其可能會(huì)遺漏部分骨折[36]，所以對(duì)于關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)構(gòu)還需行CT、MRI等檢查。

3.2 超聲檢查

因超聲具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，其在肌肉骨骼系統(tǒng)中的診斷價(jià)值日益提高[37]?，F(xiàn)在，超聲已成功應(yīng)用于腳踝、手腕、足部和肘部損傷的診斷[38-40]。正常ACL長(zhǎng)軸切面為均勻低回聲帶狀結(jié)構(gòu)，短軸切面股骨外側(cè)髁ACL起始處滑膜為光滑線狀回聲，且滑膜周圍無(wú)異常回聲[41,42]。當(dāng)超聲聲像圖顯示為韌帶回聲增粗減低、韌帶連續(xù)性中斷、韌帶變細(xì)、周邊回聲增粗或減輕、股骨外側(cè)髁ACL起始處見(jiàn)低回聲時(shí)，提示ACL部分損傷、完全損傷、吸收或萎縮[41-43]。

王海杰等[44]人證實(shí)低頻超聲對(duì)ACL損傷具有高準(zhǔn)確率，超聲具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、普及性強(qiáng)，既無(wú)電離輻射，也無(wú)檢查禁忌證，可作為篩查ACL損傷的首選方法。但是鑒于該檢查具有主觀性，圖像分辨率較差，前交叉韌帶各束不能得到清晰的顯示，對(duì)于細(xì)微結(jié)構(gòu)診斷困難，造成準(zhǔn)確率降低[42,44]。

3.3 MRI檢查

MRI檢查對(duì)軟組織顯示有較高的分辨率，能夠清楚的顯示出膝關(guān)節(jié)韌帶及其周圍組織細(xì)小的結(jié)構(gòu)環(huán)境，還能有效的去除膝關(guān)節(jié)周圍脂肪組織對(duì)掃描圖像的影響[45]。核磁共振的這些優(yōu)點(diǎn)，讓其成為目前診斷ACL損傷的首選影像學(xué)檢查，可以清楚的顯示ACL的信號(hào)、走行[46]，直觀的判斷ACL的狀態(tài)。

正常ACL在核磁共振圖像上表現(xiàn)為勻稱邊緣光滑的均勻低信號(hào)影，基本原理是因?yàn)槠渲械臍湓庸潭ㄔ诙嚯男纬傻木W(wǎng)架上，導(dǎo)致氫原子無(wú)法參與MRI成像[47,48]。而ACL中后部分的纖維束間被脂肪組織和疏松結(jié)締組織填充，從而使正常ACL內(nèi)可見(jiàn)線狀或條紋狀的中等或高信號(hào)影分隔。ACL受損時(shí)，多肽網(wǎng)架遭到破壞，氫原子及水腫液在MRI圖像上均表現(xiàn)為韌帶內(nèi)出現(xiàn)異常高信號(hào)[49]。

MRI診斷ACL損傷主要依靠直接征象和間接征象[49-51,46]。直接征象：(1)韌帶中斷：ACL走行區(qū)正常韌帶信號(hào)缺失，斷端攣縮；(2)ACL形態(tài)走行、信號(hào)不正常：ACL萎縮變細(xì)或水腫增粗，韌帶內(nèi)出現(xiàn)高信號(hào)。間接征象：(1)脛骨前移：股骨外側(cè)髁中間的矢狀位，股骨髁后緣垂直線位于脛骨后緣垂直線后方5mm或7mm以上；(2)外側(cè)半月板后角裸露征：矢狀位上，外側(cè)半月板后角后緣垂直線位于脛骨后緣皮質(zhì)垂直線后方；(3)后交叉韌帶(posterior cruciate ligment，PCL)指數(shù)：矢狀面上，后交叉韌帶股骨、脛骨附著點(diǎn)的最短連線(Y)與此線和PCL后凸處最高點(diǎn)間的垂直距離(X)的比值，該比值＞0.39表示ACL斷裂；(4)股骨外側(cè)髁凹陷征(Notch征)：股骨外側(cè)髁凹陷切跡大于1.5mm；(5)股骨外側(cè)髁和脛骨后外側(cè)平臺(tái)“對(duì)吻性”骨挫傷：局部呈網(wǎng)狀T1WI低信號(hào)，T2WI/PDWI+FS呈高信號(hào)影；(5)空髁間窩征：股骨髁外側(cè)髁的內(nèi)側(cè)面未見(jiàn)前交叉韌帶附著；(6)PCL角：矢狀面上，PCL向后呈拱形，其近段、遠(yuǎn)段形成的夾角，該夾角＜105°或109°時(shí)，提示ACL撕裂；(7)內(nèi)側(cè)副韌帶損傷；(8)前交叉韌帶附著點(diǎn)撕脫骨折等。王志斌等[46]人在一項(xiàng)對(duì)124例患者進(jìn)行回顧性分析的研究中，通過(guò)Logistic后退回歸法，得出與ACL損傷最相關(guān)的MRI征象為ACL信號(hào)或走行異常，其次為ACL連續(xù)性中斷、脛骨前移、外側(cè)半月板后角裸露征、PCL指數(shù)。郭吉敏等[49]人對(duì)194例患者的ACL損傷直接及間接征象分析后，還認(rèn)為Notch征、骨挫傷這些間接征象，也可強(qiáng)烈提示ACL損傷。ACL損傷的MRI主要診斷標(biāo)準(zhǔn)是直接征象，當(dāng)具備2種以上直接征象時(shí)診斷準(zhǔn)確率增加[49]，當(dāng)缺乏直接征象時(shí)，出現(xiàn)上述間接征象時(shí)，可在很大程度上提示ACL損傷。

根據(jù)MRI圖像將ACL損傷程度分級(jí)：①ACL完全撕裂：纖維束完全斷裂，韌帶松弛呈波浪狀；ACL的走行呈不正常平行或垂直走行；②ACL部分撕裂：ACL結(jié)構(gòu)完整，走行呈弓形或波浪狀，信號(hào)異常；③ACL完整：韌帶形態(tài)完整，走行及信號(hào)正常。

MRI輔助診斷前交叉韌帶損傷的方法快速、便捷、無(wú)創(chuàng)，尤其是在ACL完全斷裂和ACL正常時(shí)診斷價(jià)值高[52]，但是MRI圖像診斷ACL部分撕裂的敏感性、特異性及準(zhǔn)確性均低于完全撕裂[46]，而損傷程度分級(jí)對(duì)臨床治療有重要指導(dǎo)作用，臨床可根據(jù)嚴(yán)重程度行保守或手術(shù)治療。

3.4 彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

DTI已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大腦、周圍神經(jīng)、肌肉和腎臟等[53-58]領(lǐng)域。最近，還有學(xué)者嘗試將DTI應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨及韌帶重建術(shù)后評(píng)價(jià)[59-60]。DTI能越來(lái)越多的應(yīng)用于以上領(lǐng)域，這是因?yàn)樗梢圆捎靡环N無(wú)創(chuàng)的方式，量化水在生物組織中的擴(kuò)散，從而并評(píng)估其方向各項(xiàng)異性[53]。分子擴(kuò)散，即布朗運(yùn)動(dòng)，指的是流體中的任何類型的分子(如水)在熱能作用下流體發(fā)生的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。人體由各種不同擴(kuò)散系數(shù)的組織組成[61]，可以根據(jù)不同組織的彌散張量圖像中，得到一些量化的參數(shù)。這些參數(shù)可以提供組織的結(jié)構(gòu)重要信息，而傳統(tǒng)的磁共振成像中不能顯示微觀結(jié)構(gòu)。

最常見(jiàn)的DTI參數(shù)[60,62]包括(1)各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)：反映組織擴(kuò)散過(guò)程的各向異性程度，范圍在0(完全各向同性，即在所有方向上均勻地?cái)U(kuò)散)到1(總各向異性，即在一個(gè)方向上優(yōu)先擴(kuò)散)之間；(2)平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusivity，MD)：水的總體自由擴(kuò)散的平均值，不考慮方向；(3)軸向擴(kuò)散系數(shù)(axial diffusivity，AD)，表示擴(kuò)散主方向的擴(kuò)散系數(shù)；(4)徑向擴(kuò)散系數(shù)(radial diffusivity，RD)，表示垂直于擴(kuò)散主方向的擴(kuò)散系數(shù)。相鄰體素的主要擴(kuò)散方向可以用纖維束成像，進(jìn)行整合連接，從而實(shí)現(xiàn)組織纖維結(jié)構(gòu)的3D可視化。

我國(guó)學(xué)者陳立勛等[63]人用DTI對(duì)31名健康人行ACL測(cè)值，另外選取其中12名志愿者同一時(shí)期再次行DTI掃描，結(jié)果具有一致性，他們認(rèn)為將DTI應(yīng)用于ACL具有可行性。而楊榮麗等[64]人的研究顯示，DTI的FA值、ADC值與ACL損傷程度相關(guān)。通常，組織纖維排列的中斷會(huì)導(dǎo)致各向異性的喪失(FA減少)和水的自由運(yùn)動(dòng)增加(MD增加)[65]。然而，目前有關(guān)DTI應(yīng)用于韌帶的報(bào)道較少，還存在一定技術(shù)問(wèn)題，可能與膝關(guān)節(jié)解剖較復(fù)雜，易導(dǎo)致磁敏感偽影有關(guān)[59]。

4 小結(jié)

綜上所述，膝關(guān)節(jié)是人體最重要的關(guān)節(jié)之一，而ACL又是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，ACL損傷發(fā)生率越來(lái)越高，而Ⅰ度損傷易被忽略，造成繼發(fā)性損傷。如前所述，X線檢查可以對(duì)骨折、脫位等進(jìn)行排除，超聲適用于篩查ACL損傷，懷疑韌帶損傷還需更精確的檢查。MRI可以顯示ACL本身的形態(tài)和周圍解剖結(jié)構(gòu)，已經(jīng)證明DTI技術(shù)在ACL方面具有可行性，可通過(guò)量化參數(shù)和纖維示蹤成像反映ACL的微觀結(jié)構(gòu)改變。但是對(duì)于掃描參數(shù)、具體診斷標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，還需要進(jìn)一步探討，尋找最優(yōu)化的成像及診斷，便于臨床對(duì)ACL早診斷、早治療，保護(hù)膝關(guān)節(jié)的功能運(yùn)動(dòng)，減少繼發(fā)性損傷。