基于MRI的膝關(guān)節(jié)后外側(cè)復(fù)合體測量在膝關(guān)節(jié)退行性疾病中的應(yīng)用研究

段麗歡 張雅晨

(1天津市東麗醫(yī)院放射科,天津 300300;2天津市東麗區(qū)軍糧城醫(yī)院放射科)

近年來,膝關(guān)節(jié)退行性疾病發(fā)病率逐年升高,嚴(yán)重影響了患者的生活健康。膝關(guān)節(jié)退行性疾病中,運(yùn)動(dòng)相關(guān)性關(guān)節(jié)損傷占有重要地位[1]。但是目前關(guān)于膝關(guān)節(jié)退行性疾病的早期診斷和檢測方法一直尚未定論。MRI是一種無創(chuàng)的影像學(xué)檢測方法,膝關(guān)節(jié)后外側(cè)結(jié)構(gòu)(PLC)是位于膝關(guān)節(jié)后外側(cè)區(qū)域的復(fù)雜解剖和功能復(fù)合體,由多個(gè)肌腱和韌帶組成[2]。通過MRI檢測膝關(guān)節(jié)后外側(cè)復(fù)合體中肌腱的厚度,可以為膝關(guān)節(jié)退行性疾病發(fā)生發(fā)展的提供一種檢測指標(biāo)[3]。本文研究各種原因接受膝關(guān)節(jié)磁共振成像檢查的患者作為研究對象,探究基于MRI的膝關(guān)節(jié)后外側(cè)復(fù)合體測量在膝關(guān)節(jié)退行性疾病中的應(yīng)用,現(xiàn)報(bào)告如下

臨床資料

1 一般資料:選取2018年6月-2019年12月我院骨科就診的200例膝關(guān)節(jié)慢性退行性變的患者。其中男性96例,女性104例,年齡13-56歲,平均年齡為54.87歲(SD=12.45)。

2 方法:MRI檢查。磁共振成像檢查是在1.5T核磁設(shè)備(德國西門子)。T1加權(quán)SE(TR/TE=600/15 ms,256×512像素,3 mm層厚,3次采集,冠狀位)顯示后外側(cè)和外側(cè)隔室的軟骨層、副韌帶和半月板中間部分。隨后的質(zhì)子密度和T2加權(quán)SE序列(TR/TE=2000/20/80 ms,256×256像素,3 mm層厚,1次采集)呈矢狀方向,中間夾角為15°,以準(zhǔn)確顯示十字韌帶、半月板前后角和髁突軟骨。第3個(gè)序列是中等T2加權(quán)的3D FISP(TR/TE/翻轉(zhuǎn)角度=42/12 ms/40,64個(gè)分區(qū),1.5 mm層厚),主要是矢狀位,允許重新評(píng)估所有檢查結(jié)果。為了證明新的MRI技術(shù)在檢測退行性關(guān)節(jié)疾病方面的影響,可以在200例患者中的100個(gè)亞組中測試其他3種技術(shù):T1加權(quán)(TR TE=600/15 ms,256×512像素,3 mm層厚)。3次采集,冠狀位,化學(xué)位移脂肪抑制,T2加權(quán)梯度回波(GE:FLASH。TR/TE/翻轉(zhuǎn)角度=400/12 ms,20),磁化傳遞對比度(MTC:1400 ms偏移。240 Hz帶寬,8.13 ms)。根據(jù)損傷程度判斷軟骨病變,根據(jù)類型判斷半月板病變。膝后外側(cè)結(jié)構(gòu)的測量研究中主要是針對膝外側(cè)復(fù)合體中后外側(cè)副韌帶的厚度,在MRI檢查后,收集每位患者膝關(guān)節(jié)后橫斷面圖像,每張圖片請3位在臨床上工作6年以上技師進(jìn)行檢測,測量后外側(cè)副韌帶的厚度,取平均值作為最終數(shù)據(jù)(圖1)。200例患者膝外側(cè)復(fù)合體中后外側(cè)副韌帶的厚度,分別與MRI診斷進(jìn)行對比,檢測膝外側(cè)復(fù)合體中后外側(cè)副韌帶的厚度對膝關(guān)節(jié)退行性改變的診斷意義。

圖1 半月板損傷分級(jí)與后外側(cè)副韌帶厚度測量

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:利用描述性統(tǒng)計(jì)MRI評(píng)分,并分析與臨床數(shù)據(jù)和體力活動(dòng)有關(guān)的評(píng)分值。相關(guān)性通過卡方(x2)檢驗(yàn)、Bowker檢驗(yàn)或Spearman秩相關(guān)檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

4 結(jié)果

4.1 膝關(guān)節(jié)退行性改變評(píng)分:在臨床癥狀檢查中,200例患者中75%的患者發(fā)現(xiàn)軟骨退行性改變(圖2-1),退行性半月板改變的部位與撕裂部位相同(圖2-2)。對每個(gè)關(guān)節(jié)的4個(gè)半月板區(qū)域進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果顯示,1280個(gè)半月板區(qū)域中有888個(gè)(69.4%)完整,10%(n=128)有退行性變,11.4%(n=146)有撕裂,9.2%(n=118)有復(fù)雜病變。MRI診斷軟骨和半月板病變的準(zhǔn)確率:對200個(gè)關(guān)節(jié)的每個(gè)單獨(dú)軟骨表面和半月板區(qū)域進(jìn)行MRI和臨床癥狀檢查的比較顯示了敏感性和特異性以及預(yù)測值,見表1。磁共振成像診斷1級(jí)和2級(jí)病變的病例分別為14%和32%。更嚴(yán)重的缺陷階段(3級(jí)和4級(jí))分別敏感地檢測到94%和100%。晚期軟骨局灶性變薄或剝脫(3級(jí)或4級(jí)),所有序列的敏感性均超過90%(圖2-3)。臨床癥狀下軟骨退行性變分期與MRI分期符合率為75%,1920個(gè)關(guān)節(jié)面中1435個(gè)關(guān)節(jié)面分期相同。然而,MRI顯示出低估損傷嚴(yán)重程度的傾向(Bowker對稱性檢驗(yàn);P＜0.001,顯著)。MRI對半月板撕裂的檢出率低于臨床癥狀檢查,但MRI對半月板退變的檢出率更高(Bowker對稱性檢驗(yàn),P＜0.01,有顯著性意義)。使用評(píng)分值對膝關(guān)節(jié)的總損傷(輕度、中度或重度變化)進(jìn)行分級(jí),以便比較MRI和臨床癥狀檢查結(jié)果,見表2。2種方法的個(gè)體評(píng)分值之間的總體一致性為81%(200個(gè)關(guān)節(jié)中有285個(gè)),證明MRI允許對關(guān)節(jié)損傷進(jìn)行整體分級(jí)。磁共振成像顯示總體傾向于低估關(guān)節(jié)損傷的嚴(yán)重程度(鮑克試驗(yàn);P＜0.001,顯著)。

表2 臨床癥狀和MRI在膝關(guān)節(jié)退行性變評(píng)分的相關(guān)性

圖2-3 MRI顯示軟骨和半月板退行性改變

表1 MRI診斷軟骨和半月板病變的準(zhǔn)確率(%)

圖2-1 膝臨床癥狀檢查中軟骨瘤性關(guān)節(jié)改變的頻率和分布1-4級(jí)(n=200例)mfc股骨內(nèi)髁;Ifc股骨外髁;mtp脛骨內(nèi)平臺(tái);ltp脛骨外平臺(tái)

圖2-2 內(nèi)側(cè)和外側(cè)半月板前角和后角半月板病變(退變、撕裂、復(fù)雜病變)的分布(200例患者1274個(gè)區(qū)域)

4.2 臨床及運(yùn)動(dòng)史與MRI結(jié)果的相關(guān)性:患者年齡與退行性關(guān)節(jié)病的發(fā)病率和嚴(yán)重程度呈正相關(guān)(圖2-4a)。既往有嚴(yán)重外傷史且膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)或功能未完全重建的患者,MRI顯示半月板或軟骨有57%的嚴(yán)重改變(42例患者中有24例;圖2-4b),在創(chuàng)傷后膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定無缺損的患者中,僅有26%的患者有嚴(yán)重的關(guān)節(jié)改變(198例患者中有52例)。體力活動(dòng)的類型和強(qiáng)度與嚴(yán)重關(guān)節(jié)退變的頻率沒有直接關(guān)系,見表3。頂級(jí)聯(lián)賽的活躍運(yùn)動(dòng)員(國家、地區(qū)盡管頂級(jí)聯(lián)賽運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練量大于美國運(yùn)動(dòng)員,但在MRI上的中度至重度關(guān)節(jié)改變甚至少于競技水平較低的運(yùn)動(dòng)員(17%vs37%;Fisher精確檢驗(yàn),P＜0.0001)。在該組運(yùn)動(dòng)員每周進(jìn)行4-7次訓(xùn)練,嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎與運(yùn)動(dòng)量較少的運(yùn)動(dòng)員組相比,在2-3次訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)損傷的頻率較低(16% vs36%:Fisher精確檢驗(yàn),P=0.018)。Tegner評(píng)分與關(guān)節(jié)損傷頻率無相關(guān)性。得分在8-10分之間的運(yùn)動(dòng)員,其關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生率(37%)并不高于得分在4-7分之間的運(yùn)動(dòng)員(38%)或得分在1-3分之間的運(yùn)動(dòng)員(35%)(Spearman等級(jí)相關(guān),P=0.572)。因此,MRI技術(shù)能夠準(zhǔn)確無創(chuàng)地顯示膝關(guān)節(jié)的整體狀況,可用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)。

圖2-4a 不同MR技術(shù)對軟骨損傷早期(1級(jí)和2級(jí)病變伴間質(zhì)和淺表變性)和確定期(3級(jí)和4級(jí)病變伴變薄和剝脫)診斷的敏感性。SE兩個(gè)序列的總靈敏度(SE,512 x 512矩陣,冠狀切片,加上質(zhì)子密度和T2加權(quán)SE矢狀切片)

圖2-4b MRI上中度至重度關(guān)節(jié)改變的頻率取決于患者的年齡和b嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷史

表3 膝關(guān)節(jié)MRI病變總積分與臨床及體力活動(dòng)史的相關(guān)性研究

4.3 膝關(guān)節(jié)后外側(cè)復(fù)合體(PLC)結(jié)構(gòu)的測量:(1)腘腱(PT)。腘腱干長(31.39±6.11)mm,寬(5.31±0.49)mm,外側(cè)束長(16.21±4.02)mm,內(nèi)側(cè)束長(15.76±4.46)mm。在CVH圖像中,PT呈暗紅色,并且在MR圖像中具有低信號(hào)強(qiáng)度和清晰邊界。(2)腘腓韌帶(PFL)。PFL的長度為(18.55±4.01)mm,寬度為(2.44±0.62)mm,厚度為(1.68±0.11)mm。橫位MR圖像難以準(zhǔn)確識(shí)別韌帶,CVH冠狀位圖像顯示低信號(hào)強(qiáng)度,形狀與MR冠狀位圖像相同。(3)腘弓韌帶(APL)。側(cè)頭較厚較長,長(18.11±3.05)mm,寬(10.10±2.29)mm。內(nèi)側(cè)頭較短,長(12.83±1.4)mm,寬(4.37±0.9)mm。在MR圖像中,它不能與鄰近的關(guān)節(jié)囊和脂肪的高信號(hào)強(qiáng)度連續(xù)識(shí)別和區(qū)分。(4)腓骨副韌帶(FCL)。長(42.12±8.67)mm,寬(4.15±0.16)mm,厚(2.58±0.24)mm。在CVH橫切面圖像上,FCL呈規(guī)則的橢圓形結(jié)構(gòu),在CVH冠狀面圖像上,FCL長而窄,呈暗紅色。FCL信號(hào)強(qiáng)度低,MR圖像邊界清晰。(5)股二頭肌腱(BT)。長度為(69.07±10.94)mm,寬度為(8.37±1.69)mm。在CVH圖像上BT呈暗紅色;在CVH冠狀面圖像上BT窄而長,位于股二頭肌和腓骨頭之間以及APL外側(cè)。磁共振圖像上,信號(hào)強(qiáng)度低,邊界清晰。(6)腓韌帶(FFL)。FFL長28.27mm,寬5.28mm,在CVH圖像中呈暗紅色;在MR圖像上信號(hào)強(qiáng)度低,邊界清晰。見圖2-5、圖2-6。

圖2-5 基于CVH冠狀位圖像的膝關(guān)節(jié)三維重建及膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的形態(tài)和地形關(guān)系

圖2-6 基于CVH橫切面圖像的膝關(guān)節(jié)三維重建后視圖及膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的形態(tài)和地形關(guān)系

4.4 PLC結(jié)構(gòu)的測量與膝關(guān)節(jié)退行性疾病診斷的相關(guān)性:本研究測量了200個(gè)標(biāo)本股骨遠(yuǎn)端前后緣之間的距離。測量數(shù)據(jù)表明,同一人左右膝關(guān)節(jié)的數(shù)值相等或有微小差異。6個(gè)樣本的測量結(jié)果顯示,CVH-1和CVH-5的高度相同,而CVH-2樣本的高度比CVH-1和CVH-5短,并且由于樣本的性別和身高差異,樣本值沒有顯著差異。在膝關(guān)節(jié)退行性疾病,男性膝關(guān)節(jié)退行性疾病與女性數(shù)據(jù)集相比,左膝關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端外側(cè)股骨前后緣的距離分別為71.29 mm和61.88mm,右膝關(guān)節(jié)前后緣的距離分別為71.29 mm和61.89 mm。膝關(guān)節(jié)退行性疾病膝關(guān)節(jié)股骨遠(yuǎn)端外側(cè)緣前后緣距離為(66.59±5.43)mm。膝關(guān)節(jié)退行性疾病男性的距離值大于膝關(guān)節(jié)退行性疾病女性。PI.C結(jié)構(gòu)中的FCL和PT與基體的結(jié)合是恒定的股骨。從側(cè)面FCL置入于股骨外側(cè)髁突,PT置入于腋窩。股骨外側(cè)髁窩和股骨腱骨交界處通常位于PT的前上方。然而,CVH-5的右膝和膝關(guān)節(jié)退行性疾病男性的左膝的重心位于PT的后上方,占10個(gè)樣本的20%。(1)FCL常附著于腓骨頭上側(cè)后外側(cè)關(guān)節(jié)面。腱骨結(jié)合區(qū)大小不規(guī)則,平均接觸面積為(50.34±38.58)mm2。而膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)集為(69.88±54.88)mm2。FCL腓腱-骨連接點(diǎn)的中心點(diǎn)大多位于腓上關(guān)節(jié)面的后外側(cè),只有CVH-1左右膝FCL腱-骨連接點(diǎn)的中心點(diǎn)位于腓上關(guān)節(jié)面的外側(cè)緣。BT常附著于腓骨上側(cè)中后關(guān)節(jié)面。腱骨結(jié)合區(qū)大小不規(guī)則,平均接觸面積為(62.76±28.37)mm2,CVH數(shù) 據(jù) 為(58.94±27.14)mm2,膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)為(68.50±33.37)mm2。(2)BT腱-骨連接的中心點(diǎn)位于腓骨上側(cè)的中后關(guān)節(jié)面。PFL常附著于腓骨頭尖。接觸面積小于FCL和BT,平均接觸面積為(16.04±11.43)mm2,CVH數(shù)據(jù)集的平均接觸面積為(11.72±5.83)mm2。其中膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)集的面積為(22.52±15.56)mm2。中心點(diǎn)位于腓骨頭尖。在90%的標(biāo)本中,FCL腱骨的后上緣與BT腱骨的前上緣相鄰鑒于PFL腱-骨連接處與BT腱-骨連接處不相鄰。FCL中心點(diǎn)與BT肌腱骨功能的距離為(6.85±1.8)2mm。FCL與PFL腱骨交界處中心點(diǎn)間距為(16.27±3.34)mm,BT與PFL腱骨交界處中心點(diǎn)間距為(10.58±3.13)mm。在CVH數(shù)據(jù)集中。FCL與BT、FCL與PEL、BT與PFL骨連接中心點(diǎn)之間的距離為(6.03±0.89)mm。(14.81±3.33)mm。和(10.07±2.47)mm.在膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)集中,FCL與BT、FCL與PFL以及BT與PFL肌腱-骨連接處的中心點(diǎn)之間的距離分別為(8.08±2.29)mm、(18.48±2.07)mm和(11.34±4.24)mm。見圖2-7、圖2-8。表4、表5。

圖2-7 股骨FCL和PT腱骨連接點(diǎn)之間的距離測量方案。(A)股骨-股骨連接的側(cè)視圖,顯示股骨FCL和股骨-股骨連接中心點(diǎn)之間的距離為18.5 mm。(B)單束單隧道測量方案。(C)股骨雙束雙隧道測量方案。(D)CVH股肌腱骨功能側(cè)視圖:股骨FCL與PT肌腱骨功能中心點(diǎn)的距離平均為7.73mm。(E)針對中國人股骨單隧道測量方案。選擇FCL與PT腱骨結(jié)合部中心點(diǎn)的中間位置作為隧道點(diǎn)

表4 CVH和膝關(guān)節(jié)退行性變患者中PLC股骨相關(guān)結(jié)構(gòu)的測量

表5 CVH和膝關(guān)節(jié)退行性變患者中PLC腓骨相關(guān)結(jié)構(gòu)的測量

討 論

雖然MRI已用于運(yùn)動(dòng)員關(guān)節(jié)變化的一些流行病學(xué)研究,但該方法在該領(lǐng)域正變得越來越重要。主要是特定的運(yùn)動(dòng)員群體,如職業(yè)足球和籃球運(yùn)動(dòng)員、慢跑運(yùn)動(dòng)員、長跑運(yùn)動(dòng)員和青少年足球運(yùn)動(dòng)員。研究表明,在半月板和軟骨重建過程的信號(hào)變化更頻繁地在高度活躍的人比不太活躍的人明顯[4]。Brunner等人觀察到55%的職業(yè)籃球運(yùn)動(dòng)員半月板的信號(hào)變化,Heilmeier[5]等人觀察到只有25%的非運(yùn)動(dòng)員半月板的信號(hào)變化。半月板變化與體力活動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)一步表明,只有10%的活動(dòng)個(gè)體在體力勞動(dòng)后信號(hào)強(qiáng)度增加,而50%的未經(jīng)訓(xùn)練的個(gè)體在體力勞動(dòng)后信號(hào)強(qiáng)度增加[6]。此外,Xia[7]等人顯示,在1年的持續(xù)體力活動(dòng)期間,縱向?qū)φ战M半月板的信號(hào)強(qiáng)度增加。缺乏關(guān)節(jié)鏡檢查是對這些研究結(jié)果的一個(gè)重要異議,這使得很難估計(jì)MRI表現(xiàn)的臨床和病理生理學(xué)意義。慢營養(yǎng)組織中的信號(hào)變化甚至可能是生理適應(yīng)過程的標(biāo)志。在MRI上識(shí)別早期退行性變需要一種可靠的參考方法。

生理應(yīng)激和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對慢營養(yǎng)性關(guān)節(jié)的營養(yǎng)和功能至關(guān)重要。但是過度勞累會(huì)對軟骨和半月板造成持續(xù)性損傷[8]。體力勞動(dòng)可以支持或損害緩慢的組織,沒有限制尚不清楚。楊君[9]等人在MRI上觀察到股骨髁軟骨厚度的增加,這是年輕足球運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過幾年的廣泛訓(xùn)練后對活動(dòng)的生理適應(yīng)的標(biāo)志,好幾年了軟骨平均比對照組厚25%。另一方面,在老年足球運(yùn)動(dòng)員明顯退行性關(guān)節(jié)改變已被觀察到。

磁共振成像可以可靠地檢查慢性關(guān)節(jié)病變,無創(chuàng)檢測和分級(jí)。隨著磁共振成像技術(shù)的日益普及和新技術(shù)的發(fā)展,磁共振成像技術(shù)必將在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和流行病學(xué)研究中發(fā)揮重要作用[10]。這種方法只有在能夠敏感地檢測出退化的早期階段時(shí)才會(huì)被廣泛接受。本文通過對每位對象的一般人口學(xué)資料,包括年齡、性別、身高、體質(zhì)量等。將MRI圖像與中國國人可視圖像(CVH)進(jìn)行對比研究。PLC數(shù)據(jù)主要由腓側(cè)副韌帶(FCL)、腘腓韌帶(PFL)、腘弓狀韌帶(APL)、腘肌腱(PT)、腓腓韌帶(FFL)和股二頭肌腱(BT)組成。這些結(jié)構(gòu)的起源或插入位置彼此接近,共同維持了PLC的穩(wěn)定性。FCL、PT與股骨有固定附著,FCL、BT、PFL與腓骨有固定附著。各結(jié)構(gòu)的肌腱和骨骼連接處形態(tài)不一致,接觸面積也不相同,肌腱和骨骼連接處的位置相似。CVH數(shù)據(jù)集的所有測量值均小于膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)集。在腱骨交界處,中心點(diǎn)之間的平均距離為(8.84±1.62)mm,〔CVH數(shù)據(jù)集中為(7.73±)1.44mm,膝關(guān)節(jié)退行性疾病數(shù)據(jù)集中為(9.50±1.38)mm〕。PT和FCL起源于股骨外側(cè)髁。APL呈“Y”形的發(fā)生率為100%。其外側(cè)頭和后外側(cè)頭分別起源于靠近股骨外側(cè)髁的纖維囊的后外側(cè)部和后外側(cè)下部。FCL、BT、APL、PT、PFL和FFL在腓骨頭后外側(cè)有相鄰的插入。通過MRI測量膝關(guān)節(jié)后外側(cè)復(fù)合體中后外側(cè)副韌帶的厚度提示對比后外側(cè)副韌帶的厚度測量數(shù)據(jù)和膝關(guān)節(jié)評(píng)分系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),后外側(cè)副韌帶的厚度和膝關(guān)節(jié)損傷程度呈負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。然而,后外側(cè)副韌帶的厚度較單純MRI,提示半月板退行性變數(shù)量更多,相關(guān)性更加密切(P＜0.01)。MRI檢測后外側(cè)副韌帶的厚度是一種有效的無創(chuàng)成像方法,可以準(zhǔn)確定位和量化軟骨和半月板的慢性關(guān)節(jié)改變,為膝關(guān)節(jié)退行性改變的監(jiān)測提供了一種新的測量方法。