基于MRI 測量正常成人半月板厚度的形態(tài)學研究

潘斯學 ，何光雄 ，夏吉良 ，陳 帥 ，向俊宜 ，保超宇

（1）云南中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，云南 昆明 650500;2）云南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院/云南省中醫(yī)醫(yī)院骨四科，云南 昆明 650021）

膝關節(jié)是人體最大最復雜的關節(jié)，其病損的發(fā)生率也較高，臨床上以半月板的損傷最為常見[1-2]。半月板或半月軟骨是人體復雜生物力學中不可或缺的組成部分，它們可以減少脛骨平臺和股骨髁之間的幾何不協(xié)調(diào)[3-4]。半月板將力分布在關節(jié)軟骨面上，從而減少股脛骨應力，可能有助于關節(jié)潤滑，并在十字韌帶力量不足時為受傷的膝關節(jié)提供穩(wěn)定性[5]。半月板損傷手術能否成功關鍵在于恢復半月板的形態(tài)及其匹配程度[6]。近年來，構建人工合成半月板進行半月板置換一直是組織工程修復的研究熱點，異體半月板移植物的尺寸匹配不良將顯著影響術后關節(jié)功能和移植物使用壽命[7]，然而關于人半月板形態(tài)學研究仍較為有限，而國內(nèi)外半月板的形態(tài)學研究較少。MRI 以多平面成像能力和對軟組織的高對比度及高分辨力，而且在膝關節(jié)病損的診斷中應用越來越廣[8-9]，因此MRI 掃描技術可以測量半月板的厚度，從而能夠較準確地估計移植半月板的形狀和大小。本研究擬通過應用MRI 成像技術測量正常成人半月板前、后角的厚度，以期對臨床提供更為詳盡的形態(tài)學測量數(shù)據(jù)，旨在全膝關節(jié)置換假體設計和優(yōu)化人工半月板設計提供技術手段、參數(shù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

隨機抽取 2020 年 01 月至 2022 年06 月在云南省中醫(yī)醫(yī)院就診的成年患者行單側膝關節(jié)MRI掃描的影像學資料，MRI 片示無膝關節(jié)水腫、半月板明顯退變、半月板損傷及撕裂等的248 例資料作為樣本，其中女性137 例，女性年齡范圍18～80 歲，平均為（47.41±14.12）歲；男 性111 例，男性年齡范圍為19～80 歲，平均為（43.64±15.52）歲，研究對象均知情同意該研究。納入標準：MRI 片示無膝關節(jié)水腫、半月板明顯退變、半月板損傷及撕裂。排除標準：（1）膝關節(jié)存在畸形；（2）膝關節(jié)MRI 影像片不清晰。本試驗已通過云南省中醫(yī)醫(yī)院倫理委員會審批（編號：SD2022-021）。

1.2 實驗儀器與參數(shù)

使用荷蘭飛利浦1.5T 磁共振儀。常規(guī)使用膝關節(jié)線圈，患者取仰臥位.膝關節(jié)取伸直位，沙袋固定膝部于中立位并且足尖外旋15°，在非負重狀態(tài)下接受MRI 掃描：所有病例均接受常規(guī)檢查，掃描軸面、矢狀面和冠狀面，采用SE T1WI、T2W2 和抑脂序列，掃描層厚均為4 mm。

1.3 測量方法

由3 名不同資深醫(yī)師獨立完成測量，選擇標準的膝關節(jié)MRI 影像圖像作為研究對象，以矢狀面T1W1 內(nèi)側間室中軸位影像為測量對象，先作一條平行于脛骨上緣軟骨皮質(zhì)的直線，再以髁間嵴為點作一條垂直于這條直線的直線，兩條直線的交點定義為B，外側間室最遠端的點定義為A，內(nèi)側間室最遠端的點定義為C，利用MRI 掃描定位像取B 至C 中點處的影像為測量影像，然后在該測量影像上前后角脛骨上緣軟骨皮質(zhì)面各作1條基線，內(nèi)側半月板前后角的最高點至2 條基線的距離分為內(nèi)側間室半月板前角厚度（a）、內(nèi)側間室半月板后角厚度（b）；見圖1。再以矢狀面T1W1 外側間室中軸位影像為測量對象，利用MRI 掃描定位像取A 至B 中點處的影像為測量影像，然后在該測量影像上前后角脛骨上緣軟骨皮質(zhì)面各作1 條基線，外側半月板前后角的最高點至2 條基線的距離分為外側間室半月板前角厚度（c）、外側間室半月板后角厚度（d）；所有研究圖像均放大3 倍且每個測量值取3 次所得平均值作為最終結果，測量精度為0.01 mm，見圖2。

圖1 內(nèi)側間室半月板前后角測量Fig. 1 Measurement of anteroposterior and posterior angles of medial interventricular meniscus

圖2 外側間室半月板前后角測量Fig. 2 Measurement of anteroposterior and posterior angles of lateral interventricular meniscus

1.4 統(tǒng)計學處理

測量結果采用SPSS27.0 統(tǒng)計學軟件包進行統(tǒng)計學分析，基本描述正態(tài)分布計量資料采用平均值、中位數(shù)、標準差、最大值、最小值、（）表示，正態(tài)分布計量資料2 組間比較采用兩獨立樣本t檢驗，相關性分析采用Pearson相關性分析，P＜ 0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

內(nèi)側間室半月板前角厚度為（3.65±0.93）mm，內(nèi)側間室半月板后角厚度為（5.25±1.17）mm，外側間室半月板前角厚度為（4.82±1.08）mm，外側間室半月板后角厚度為（6.89±1.03）mm，見表1。經(jīng)2 獨立樣本t檢驗，男性和女性情況對比，內(nèi)側間室半月板后角厚度差異具有統(tǒng)計學意義（P＜ 0.05），見表2。經(jīng)兩獨立樣本t檢驗左側與右側患者組間的內(nèi)側間室半月板前角厚度、內(nèi)側間室半月板后角厚度和外側間室半月板前角厚度差異均有統(tǒng)計學意義（P＜ 0.05），見表3。經(jīng)Pearson 相關性分析男性和女性膝關節(jié)內(nèi)側間室半月板前、后角厚度具有相關性（P＜ 0.05），見表4，圖3，圖4。經(jīng)Pearson 相關性分析男性和女性膝關節(jié)外側間室半月板前、后角厚度具有相關性（P＜ 0.05），見表4，圖5，圖6。

圖5 男性 c 與 d 相關性Fig. 5 Correlation between male c and d

圖6 女性 c 與 d 相關性Fig. 6 Correlation between female c and d

表1 基本資料描述Tab.1 Description of basic data

表2 男性和女性情況比較（）Tab.2 Comparison of male and female（）

表2 男性和女性情況比較（）Tab.2 Comparison of male and female（）

a：內(nèi)側間室半月板前角厚度；b：內(nèi)側間室半月板后角厚度；c：外側間室半月板前角厚度；d：外側間室半月板后角厚度。*P ＜ 0.05。

表3 左側和右側情況比較（）Tab.3 Comparison of left and right

表3 左側和右側情況比較（）Tab.3 Comparison of left and right

a：內(nèi)側間室半月板前角厚度；b：內(nèi)側間室半月板后角厚度；c：外側間室半月板前角厚度；d：外側間室半月板后角厚度。*P ＜ 0.05。

表4 相關性分析Tab.4 Correlation analysis

圖3 男性 a 與 b 相關性Fig. 3 Correlation between male a and b

圖4 女性 a 與 b 相關性Fig. 4 Correlation between female a and b

3 討論

半月板或半月軟骨是人體復雜生物力學中不可或缺的組成部分，因為它們可以減少了脛骨平臺和股骨髁之間的不協(xié)調(diào)。半月板將力分布在關節(jié)軟骨面上，從而減少股脛骨應力，可能有助于關節(jié)潤滑，并在十字韌帶力量不足時為受傷的膝關節(jié)提供穩(wěn)定性[10]。半月板損傷是最常見的膝關節(jié)疾病，約占所有膝關節(jié)運動損傷的15%[11]，且大多數(shù)半月板損傷常伴有急性前交叉韌帶（ACL）損傷，尤其是職業(yè)運動員嚴重半月板損傷的診斷率越來越高[12-13]。對于嚴重的半月板撕裂，全部或部分切除是不可避免的，這是促進關節(jié)軟骨退行性變和骨關節(jié)炎的重要誘發(fā)因素[14-16]。深入的生物力學基礎研究認識到半月板在傳導負荷、分散應力方面不可替代的作用，膠原半月板植入術主要作為半月板部分切除的替代治療方法，患者術后短期臨床隨訪均取得滿意效果，但長期治療效果難以保證[6]。目前半月板置換材料研究方面取得了較大成就，但考慮到半月板復雜的異質(zhì)性結構，其仿生功能的臨床轉化仍有很長的路要走。半月板切除術后雖然可以暫時減輕患者膝關節(jié)癥狀和改善功能，但術后異常的關節(jié)應力及軟骨磨損將會顯著加劇膝關節(jié)退變進程和膝骨關節(jié)炎的發(fā)生，因此恢復半月板正常的形態(tài)學是治療半月板嚴重損傷的根本方法[17]。目前國內(nèi)外對于人工半月板的研究大多集中于材料學和生物力學方面，對于形態(tài)學的研究尚較少。本研究旨在應用MRI成像技術測量正常成人半月板前、后角的厚度，尋找正常成人的半月板形態(tài)特點，為全膝關節(jié)置換假體設計和優(yōu)化人工半月板設計提供技術手段、參數(shù)。

本研究是采取MRI 成像技術用于半月板前后角厚度數(shù)字化資料的影像學回顧性研究，從研究結果中可以得出，內(nèi)側間室半月板前角厚度為（3.65±0.93）mm；內(nèi)側間室半月板后角厚度為（5.25±1.17）mm；外側間室半月板前角的厚度為（4.82±1.08）mm；外側間室半月板后角厚度為（6.89±1.03）mm，從研究結果來看，外側間室半月板前后角厚度要大于內(nèi)側間室半月板前后角的厚度，這與半月板解剖形態(tài)相符合的，半月板是新月型，分內(nèi)外兩側，內(nèi)薄外厚，同時也與趙衛(wèi)民等[18]的研究結論一致，說明筆者數(shù)據(jù)具有一定的代表性。同時無論是內(nèi)側間室內(nèi)還是外側間室內(nèi)，半月板前角的厚度均厚于半月板后角的厚度，這與李釗等[17]的研究結論一致，因為他們是通過膝關節(jié)MRI 掃描數(shù)據(jù)導入軟件行三維重建后再進行測量，而筆者通過內(nèi)外間室中軸位測量半月板前后角厚度，因此兩者測量數(shù)據(jù)有一定的差異，但是總體規(guī)律存在，筆者的方法相對更簡單，而且更符合臨床需求。經(jīng)兩獨立樣本t檢驗，男性和女性情況對比，內(nèi)側間室半月板后角厚度，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜ 0.05），可以得出膝關節(jié)半月板前后角厚度除了內(nèi)側半月板后角的后厚度，其它與性別沒有區(qū)別，意味著設計假體的時候不用過多關注性別；經(jīng)兩獨立樣本t檢驗左側與右側患者組間的內(nèi)側間室半月板前角厚度、內(nèi)側間室半月板后角厚度和外側間室半月板前角厚度均有統(tǒng)計學意義（P＜ 0.05），而且無論是內(nèi)側間室還是外側間室右側半月板前后角的厚度均大于左側；經(jīng)Pearson 相關性分析男性和女性膝關節(jié)內(nèi)側間室半月板前、后角厚度具有相關性（P＜ 0.05）和經(jīng)Pearson 相關性分析男性和女性膝關節(jié)外側間室半月板前、后角厚度具有相關性（P＜ 0.05），表明無論是男性還是女性，內(nèi)側間室半月板前角厚度和內(nèi)側間室半月板后角厚度具有關聯(lián)，同時外側間室半月板前角和外側間室半月板后角具有關聯(lián)性。

MRI 是目前少有的對人體沒有任何嚴重傷害的安全、快速、準確的臨床診斷方法，被認為是診斷膝關節(jié)半月板疾病的首選影像檢查手段[19]，因此本研究是采取回顧性研究MRI 影像資料的方式，是安全合理的，無需再次對患者進行二次掃描，更符合倫理要求，但本研究也存在不足，雖然MRI 掃描技術是目前國內(nèi)外比較先進的影像技術，筆者已從矢狀面進行了研究，但是半月板是立體的，它的特異性、差異性不僅僅表現(xiàn)在矢狀面上，另外一方面由于每一個病例測量工作量較大，因此測量的樣本量有限，后續(xù)研究會增加相應的病例，進一步完善相關指標之間的關系。

綜上所述，應用MRI 掃描成像技術測量正常成人內(nèi)外側間室半月板前、后角的厚度，可以為臨床提供更為詳盡的形態(tài)學測量數(shù)據(jù)，有利于指導全膝關節(jié)置換假體設計和優(yōu)化人工半月板設計提供技術支持。