負重位磁共振成像與下肢全長 X 線片評估前交叉韌帶損傷患者脛骨前移程度的對比研究

羅飛 劉艷東 趙英威 馬超逸 劉超 黃朋舉 耿健 李慶 程曉光

膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶 ( anterior cruciate ligament，ACL ) 起自脛骨髁間隆起的前方內(nèi)側(cè)，斜向后上方走行，止于股骨外側(cè)髁內(nèi)側(cè)，是膝關(guān)節(jié)內(nèi)重要的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，主要作用是限制脛骨過度向前移位，ACL損傷后常出現(xiàn)脛骨前移。因此，脛骨前移程度不僅可以用來評估膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，還可作為臨床診斷ACL 損傷一項重要間接征象，同時也是 ACL 損傷術(shù)后評估的指標之一。

平臥位磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI ) 技術(shù)依然是目前診斷 ACL 損傷最重要、最常用的手段，但平臥狀態(tài)不能準確反應膝關(guān)節(jié)負重時的真實情況，診斷脛骨前移征的敏感性偏低。負重位 X 線檢查能較準確反映日常站立位下膝關(guān)節(jié)的實際功能狀態(tài)，是研究者們評估膝關(guān)節(jié)負重狀態(tài)的常用檢查方法。目前，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，負重位 MRI 也逐漸開始應用于臨床，本團隊既往的研究發(fā)現(xiàn)，相比平臥位 MRI，負重位 MRI 診斷脛骨前移征的敏感性更高。

本研究對北京積水潭醫(yī)院明確診斷為 ACL 損傷44 例患者的負重位 MRI 圖像和負重位下肢全長 X 線片 ( EOS )，進行了對比分析，以評估兩者對脛骨的前移程度，探討在負重狀態(tài)下的兩種檢查方法對脛骨前移程度的診斷意義。

對象與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 2021年 1 月至 2021年 5月，北京積水潭醫(yī)院收治的 ACL 損傷患者；( 2 ) 在24 h 內(nèi)完成負重位 MRI 及負重位 EOS 檢查者；( 3 )非接觸性損傷患者；( 4 ) 關(guān)節(jié)鏡下確診為 ACL 完全性損傷者；( 5 ) 資料齊全者。

2. 排除標準：( 1 ) 傷后 ＞ 24 h 者；( 2 ) 患側(cè)膝關(guān)節(jié)合并其它韌帶損傷者；( 3 ) 合并關(guān)節(jié)松弛者；( 4 ) 合并股骨遠端或脛腓骨近端骨折者；( 5 ) 既往存在患側(cè)膝關(guān)節(jié)手術(shù)史者。

二、基本資料

本研究共納入 44 例，女 14 例，男 30 例，年齡14～53 歲，平均 ( 30±9.9 ) 歲。所有患者均在 24 h內(nèi)完成負重位 MRI 及負重位 EOS 檢查，其中 23 例為術(shù)前檢查，21 例為術(shù)后檢查。

三、負重位 MRI 掃描條件

采用意大利的可站立式 0.25T 低場強磁共振G-scan Brio 儀 ( 百勝公司，G-scan Brio 0.25T，意大利 )。床面與地面呈 87°，患者處于站立負重位，膝關(guān)節(jié)呈伸直位，雙足分開與肩同寬，足尖向前，采用膝關(guān)節(jié)表面線圈，掃描線與股骨內(nèi)外側(cè)髁后緣的連線垂直，掃描范圍包括脛骨內(nèi)、外側(cè)平臺邊緣，掃描序列采用矢狀位質(zhì)子密度相 ( PD )：回波時間( TE ) 21.1 ms，重復時間 ( TR ) 1500 ms，掃描野 ( FOV )210 mm×210 mm，矩陣 256×216，層厚 4 mm。矢狀位自旋回波序列 ( SE ) TWI 序列：回波時間( TE ) 22 ms，重復時間 ( TR ) 400 ms，掃描野 ( FOV )210 mm×180 mm，矩陣 352×219，層厚 4 mm。

四、負重位 EOS 照射條件

采用法國 EOSimaging 公司的 EOS 全長機( EOSimaging 公司，EOSⅢ3.7.5.8463，法國 )，患者站立于機器中央，被檢測下肢完全伸直，足尖稍內(nèi)旋，確保髕骨指向正前方，采用狹縫曝光采集技術(shù)，即兩個正交 90° 的球管同時自上而下進行連續(xù)曝光，管電壓 80 kV，管電流 250 mA，曝光時間 10～18 s ( 視下肢長度進行調(diào)整 )，曝光完成后，軟件自動數(shù)字化線性成像，完成圖像拼接，獲得負重位EOS，操作者也可手動進入圖像處理界面，找到受照部位的負重中心，進行二次處理，避免圖像失真。

五、脛骨前移距離的測量

1. 負重位 MRI 脛骨前移距離的測量：采用Logan 等的測量方法，取 TWI 矢狀位圖像，以恰好暴露腓骨頭的層面作為測量層面。首先沿圖像中顯示的脛骨外側(cè)平臺作一切線 a，以 a 為參照過脛骨外側(cè)平臺最后方皮質(zhì)作 a 的垂線 b；再以股骨外側(cè)髁后方輪廓為參照畫一正圓，并在該圓的后方作一與b 平行的切線 c，b 和 c 之間的垂直距離即脛骨的前移距離 ( 圖 1 )。b 線位于 c 線前方位正值，反之為負值。

圖1 取 T1WI 矢狀位圖像，以恰好暴露腓骨頭的層面作為測量層面。首先沿圖像中顯示的脛骨外側(cè)平臺作一切線 a，以 a 為參照過脛骨外側(cè)平臺最后方皮質(zhì)作 a 的垂線 b；再以股骨外側(cè)髁后方輪廓為參照畫一正圓，并在該圓的后方作一與 b 平行的切線 c，b 和 c 之間的垂直距離即脛骨的前移距離圖2 負重位下肢全長側(cè)位片，以脛骨結(jié)節(jié)下方和踝關(guān)節(jié)上方前后皮質(zhì)中點的連線為脛骨干軸線 a’，過脛骨平臺最后緣和股骨髁最后緣分別作 a’ 的平行線 b’ 和 c’，若股骨內(nèi)外側(cè)髁在圖像上不完全重疊，則過股骨內(nèi)外側(cè)髁最后緣連線的中點處作 c’ 線，b’ 和c’ 之間的垂直距離即脛骨的前移距離Fig.1 Measurement level that exposed the fibular head was set on T1W1 sagittal image. First, line a was drawn along the lateral plateau of the tibia shown on the image. Line b was a vertical line of line a and passed the tibia posterior edge cortex. Then a perfect circle was drawn with the contour of the posterior lateral condyle of the femur as reference, and a tangent line c ( parallel to b ) was drawn behind the circle. The vertical dimension between b and c was the tibial anterior translation distanceFig.2 In the lateral film of lower limbs, the line connecting the midpoints of the front and back cortex below the tibial tubercle and above the ankle joint was the tibial shaft axis a’. Line b’ and c’ were parallel lines of a’ and passed the posterior edge of tibial plateau and femoral condyle respectively. If the medial and lateral femoral condyles did not completely overlap on the image, draw the line c’at the midpoint of the line passing through the posterior edge of the medial and lateral femoral condyles. The vertical dimension between b’and c’ was the tibial anterior translation distance

2. 負重位 EOS 脛骨前移距離的測量：采用Dejour 和 Bonnin的測量方法，取患側(cè)負重位下肢全長側(cè)位片，以脛骨結(jié)節(jié)下方和踝關(guān)節(jié)上方前后皮質(zhì)中點的連線為脛骨干軸線a’，過脛骨平臺最后緣和股骨髁最后緣分別作 a’ 的平行線 b’ 和 c’，若股骨內(nèi)外側(cè)髁在圖像上不完全重疊，則過股骨內(nèi)外側(cè)髁最后緣連線的中點處作 c’ 線，b’ c’ 之間的垂直距離即脛骨的前移距離 ( 圖 2 )。b’ 線位于 c’ 線前方位正值，反之為負值。

所有數(shù)據(jù)均由 2 名放射科醫(yī)師分別獨立測量，以兩組數(shù)據(jù)的平均值作為最終測量結(jié)果。

六、統(tǒng)計學處理

結(jié) 果

一、觀察者間一致性檢驗

負重位 MRI 脛骨前移距離測量結(jié)果的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為 0.892 ( 95%，0.811～0.940，＜ 0.05 )，負重位 EOS 脛骨前移距離測量結(jié)果的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.878 ( 95%，0.787～0.931，＜ 0.05 )，兩組數(shù)據(jù)的觀察者間結(jié)果一致性均較好。

二、兩種影像學檢查方法差異比較

以 2 位放射科醫(yī)師測量平均值作為最終結(jié)果，本研究 44 例患者的負重位 MRI 測量脛骨前移距離為 ( 8.51±4.31 ) mm，負重位 EOS 測量脛骨前移距離為 ( 7.16±4.88 ) mm，差異有統(tǒng)計學意義 (＜0.05 )。按照患者手術(shù)與否進行分層，23 例術(shù)前患者負重位 MRI 測量脛骨前移距離為 ( 8.00±4.37 ) mm，負重位 EOS 測量脛骨前移距離為 ( 6.36±4.66 ) mm，差異有統(tǒng)計學意義 (＜ 0.05 )；21 例術(shù)后患者負重位 MRI 測量脛骨前移距離為 ( 9.06±4.29 ) mm，負重位 EOS 測量脛骨前移距離為 ( 8.06±5.07 ) mm，差異無統(tǒng)計學意義 (= 0.085 ) ( 表 1 )。

表1 負重位 MRI 與 EOS 測量脛骨前移距離Tab.1 TAT measured by weight-bearing MRI and EOS

三、兩種影像學檢查方法相關(guān)性分析

本研究的術(shù)前、術(shù)后兩組數(shù)據(jù)間符合線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)= 0.6885，＜ 0.05，兩者之間具有相關(guān)性 ( 圖 3 )。按照患者手術(shù)與否進行分層，24 例術(shù)前患者的 MRI 與 EOS 結(jié)果的= 0.6254，＜ 0.05，兩者間有相關(guān)性 ( 圖 4 )；用兩種影像學檢查方法測量 21 例術(shù)后脛骨前移，結(jié)果進行相關(guān)性分析得出= 0.7514，＜ 0.05，兩者間有相關(guān)性( 圖 5 )。

圖3 整體病例脛骨前移測量值散點圖Fig.3 Scatter plot of tibial anterior translation of all patients

圖4 術(shù)前病例脛骨前移測量值散點圖Fig.4 Scatter plot of tibial anterior translation of patients before surgery

圖5 術(shù)后病例脛骨前移測量值散點圖Fig.5 Scatter plot of tibial anterior translation of patients after surgery

討 論

本研究針對同一 ACL 損傷的患者在 24 h 內(nèi)完成的負重位 MRI 和負重位 EOS 圖像進行評估，測量并比較兩種影像學檢查方法下測得的脛骨前移距離，發(fā)現(xiàn)兩者具有良好的相關(guān)性，且該相關(guān)性在 ACL 重建術(shù)后患者中更顯著 (= 0.7514，＜ 0.05 )。無論是術(shù)前還是術(shù)后患者，在負重位 MRI 圖像上測得的脛骨前移距離均大于負重位 EOS 圖像所測得的距離，且在本研究納入的全體患者以及術(shù)前患者中這種差異有統(tǒng)計學意義，術(shù)后差異則無統(tǒng)計學意義，說明整體的差異主要是由術(shù)前患者帶來的。

ACL 損傷導致膝關(guān)節(jié)發(fā)生松弛，引起脛骨的過度前移，患者在行 ACL 重建手術(shù)之前，膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的情況持續(xù)存在，患者在兩次檢查間歇中不可避免地會進行下肢活動，膝關(guān)節(jié)周圍肌肉收縮即可引發(fā)脛骨的移位，即使限制檢查的間隔時間( 24 h )，但也無法完全避免這種情況的發(fā)生，這或許可以解釋為何術(shù)前患者的負重位 MRI 測量結(jié)果與負重位 EOS 結(jié)果之間存在差異。而對于進行 ACL 重建的術(shù)后患者，手術(shù)可以明顯改善膝關(guān)節(jié)的前后松弛情況，消除不穩(wěn)定的癥狀，避免了兩次檢查間歇中因活動導致的脛骨移位，在這種情況下，兩種不同影像學檢查方法下測得的脛骨前移距離沒有明顯差異。

但膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定時的肌肉收縮引發(fā)的脛骨移位在兩種檢查結(jié)果中應該是隨機的，無法解釋為何負重位 MRI 圖像上測得的脛骨前移距離始終大于負重位 EOS 圖像所測得的距離。這或許與兩種影像學方法的成像方式不同有關(guān)。下肢全長片屬于 X 線圖像，實質(zhì)上是一種重疊圖像，是三維到二維的投影，反映的是下肢結(jié)構(gòu)的整體情況，在全長片上測量時，顯示的脛骨平臺和股骨髁最后緣即為膝關(guān)節(jié)真實的最后緣。MRI 成像為斷層成像，每幅圖像僅能顯示相應層面的組織結(jié)構(gòu)，本研究以恰好暴露腓骨頭的層面作為測量層面得出的脛骨前移距離是該層面的脛骨后緣相對股骨后緣前移的距離，而非整體前移距離。

脛骨外側(cè)平臺較內(nèi)側(cè)稍小，后緣比脛骨整體后緣略靠前，股骨內(nèi)外髁的最后緣則幾乎處于同一冠狀面上，因此在脛骨偏外側(cè)層面測得的前移距離會略大于以脛骨平臺和股骨髁整體最后緣為參考測得的前移距離，也就是 MRI 測量值會略大于 X 線下肢全長片測量值。ACL 除了限制脛骨前移還有限制膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋的作用，ACL 損傷的術(shù)前患者膝關(guān)節(jié)可能存在一定程度內(nèi)旋，脛骨外側(cè)平臺則在脛骨整體前移的基礎(chǔ)上還存在一個旋轉(zhuǎn)后的輕微前移，Logan等的試驗也證明了膝關(guān)節(jié)外側(cè)對脛骨前移位的貢獻大于內(nèi)側(cè)。術(shù)后患者一定程度恢復了 ACL 功能，從而限制膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋，也就解釋了為什么術(shù)前患者的 MRI 與 X 線的測量差值比術(shù)后患者更為顯著( 表 1 )。

膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性檢測是膝關(guān)節(jié)功能評價的一個重要環(huán)節(jié)，膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定能力可分為靜力性穩(wěn)定和動力性穩(wěn)定，靜力性穩(wěn)定主要是由膝關(guān)節(jié)韌帶和關(guān)節(jié)囊維持，動力性穩(wěn)定則是由膝關(guān)節(jié)周圍肌肉協(xié)調(diào)收縮來維持。目前膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性檢測方法主要是圍繞靜力性穩(wěn)定展開的，包括使用 KT-2000、Kneelax 3在內(nèi)的膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性測試儀測量膝關(guān)節(jié)被動松弛度，行常規(guī) MRI 檢查測量脛骨前移距離，均是在平臥位狀態(tài)下進行檢測，此時膝關(guān)節(jié)處于完全放松的狀態(tài)，不受重力的影響，肌肉收縮狀態(tài)也與日常站立時大不相同，所得出的結(jié)果并不能完整評價膝關(guān)節(jié)負重狀態(tài)下的真實情況，此前本團隊的研究結(jié)果也表明平臥位 MRI 對脛骨前移征的檢出率不如負重位 MRI，證明平臥狀態(tài)下進行膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性評價存在較大局限。

目前，如何評價負重或運動狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)的情況仍是學界的一大難題，對此學者們探索了多種方式，負重位 X 線片是應用較多的一類手段，一般是在短節(jié)段膝關(guān)節(jié) X 線側(cè)位片上進行測量，參考線僅為脛骨干近端軸線，本研究采用下肢全長側(cè)位片，以脛骨全長軸線為參考，測得的數(shù)據(jù)更為真實可靠。隨著技術(shù)的革新，負重位 MRI 開始進入人們的視野，進行負重位 MRI 掃描不僅能夠了解膝關(guān)節(jié)韌帶的情況，還能較真實地反映負重時膝關(guān)節(jié)的狀態(tài)，其在臨床和科研中的應用逐漸增多。本研究發(fā)現(xiàn)負重位 MRI 和負重位 EOS 在評價 ACL 損傷患者的脛骨前移情況的相關(guān)性較好，特別是對 ACL重建術(shù)后的患者，兩者的測量結(jié)果沒有顯著差異。負重位 MRI 在評估 ACL 損傷方面有很多優(yōu)勢，但因其尚未普及，且掃描時間較長，部分患者難以承受，使用起來受到一定條件限制，相較之下，X 線檢查較為簡便、快捷，對于沒有條件行負重位膝關(guān)節(jié) MRI 檢查的機構(gòu)，可以將常規(guī)平臥位 MRI 與負重位 X 線結(jié)合起來，亦能較好地評估 ACL 損傷患者站立時的脛骨前移情況，從而較全面地了解膝關(guān)節(jié)不同狀態(tài)下的穩(wěn)定性，對指導臨床治療有一定幫助。

本研究的局限性：( 1 ) 本研究為橫斷面研究，缺乏縱向?qū)Ρ?，無法評價負重位 MRI 和負重位 EOS測量脛骨前移程度在患者膝關(guān)節(jié)功能恢復和遠期預后方面是否存在價值以及兩者的價值有無差異；( 2 )行負重位 MRI 檢查時被檢者的足尖向前以維持長時間的站立，而照射下肢全長時為了保證確保髕骨指向正前方則采用足尖輕度內(nèi)旋的體位，這可能對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，但足尖內(nèi)旋時少有膝關(guān)節(jié)周圍肌肉參與，且內(nèi)旋角度較小，影響可以忽略不計；( 3 ) 缺乏臨床資料和測量數(shù)據(jù)，如 KT-1000 側(cè)側(cè)差值、Lysholm 評分等，對膝關(guān)節(jié)松弛度、功能評價不夠全面，但研究主要是想探討兩種影像學檢查在評估脛骨前移時差異和相關(guān)性，其它問題有待日后進一步研究。