MRI 檢測(cè)髕骨高度、傾斜角和T2 對(duì)早期髕骨軟化癥的診斷價(jià)值

張佳樂(lè)，趙 朋，王 勇

（衡水市第四人民醫(yī)院MR 室，河北 衡水 053000）

0 引言

髕骨處于股骨下端，與股骨內(nèi)踝、外踝形成髕股關(guān)節(jié)，以支持膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)。髕骨軟化癥是發(fā)生在髕骨軟骨面的骨關(guān)節(jié)病，病理變化為軟骨存在腫脹、龜裂、破裂或脫落等，好發(fā)于30～50 歲，且女性發(fā)病率明顯高于男性，與負(fù)荷重、營(yíng)養(yǎng)不良、解剖結(jié)構(gòu)異常等相關(guān)，常表現(xiàn)為髕骨疼痛、膝關(guān)節(jié)無(wú)力及膝前痛等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1-3]。早期髕骨軟化癥可通過(guò)手法按摩、肌肉鍛煉及藥物治療等緩解癥狀，最大限度維持膝關(guān)節(jié)功能；而中晚期髕骨軟化癥則須通過(guò)軟骨切除加鉆孔術(shù)、外側(cè)支持帶松解術(shù)及人工關(guān)節(jié)置換術(shù)等手術(shù)方式增強(qiáng)髕股關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性、修復(fù)關(guān)節(jié)軟化、降低骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率。但中晚期可能會(huì)出現(xiàn)不可逆損傷、預(yù)后差、患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重的情況，因此及早篩選髕骨軟化癥并對(duì)癥治療，對(duì)緩解病癥、改善生活質(zhì)量等具有重要臨床價(jià)值[4-5]。常規(guī)X 射線和MRI 等影像學(xué)可直觀顯示軟骨損傷情況，但只能檢出明顯的組織軟化癥狀，具有一定的延滯性[4]。研究發(fā)現(xiàn)[6-7]，MRI 可定量測(cè)定髕骨高度（Caton指數(shù)）、髕骨傾斜角及T2等參數(shù)，與髕骨軟骨損傷存在一定的相關(guān)性，并可通過(guò)具體數(shù)值評(píng)估髕骨解剖結(jié)構(gòu)的變化情況，但具體應(yīng)用于髕骨軟化癥的研究相對(duì)較少。本文研究Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2單獨(dú)和三者聯(lián)合檢測(cè)在髕骨軟化癥早期篩查中的作用，旨在為臨床提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性研究，并獲得本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。選取我院骨科2017 年10月至2019 年12月收治的200 例早期髕骨軟化癥患者為髕骨軟化癥組，其中男性80 例、女性120 例，年齡31～48 歲，平均年齡（39.54±3.01）歲。選擇同期于我院行身體檢查的120 例健康志愿者為對(duì)照組，其中男性43 例、女性77 例，年齡31～47 歲，平均年齡（39.69±3.10）歲。髕骨軟化癥組和對(duì)照組受試者的年齡（t=0.427，P=0.670）、性別（χ2=0.550，P=0.458）等基線資料未見(jiàn)顯著性差異。

髕骨軟化癥組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）經(jīng)CT 或MRI 影像學(xué)確認(rèn)為髕骨軟化癥，MRI 分期為Ⅰ～Ⅱ期，即MRI未見(jiàn)異常信號(hào)，但結(jié)構(gòu)不良；（2）X 射線為陰性，并在劇烈運(yùn)動(dòng)、久坐、行走、負(fù)重等情況下出現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)疼痛[8-9]；（3）首次發(fā)病年齡＞18 歲；（4）入院前未經(jīng)歷止痛、手術(shù)等相應(yīng)治療，單膝患病；（5）小學(xué)以上學(xué)歷，認(rèn)知功能正常，無(wú)精神疾病障礙者；（6）膝關(guān)節(jié)軟組織失衡或結(jié)構(gòu)異常者；（7）患者及其家屬知情同意，并簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并其他惡性腫瘤者；（2）既往存在膝關(guān)節(jié)置換、韌帶重建術(shù)者；（3）中晚期髕骨軟化癥或膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎者；（4）合并系統(tǒng)感染、肺炎、重要器官衰竭者；（5）不配合基線資料采集者。

1.2 方法

所有受試者均由高年資影像學(xué)醫(yī)師進(jìn)行MRI檢查，設(shè)備為GE Optima MR 3601.5T 光纖超導(dǎo)型掃描儀，線圈為8 通道膝線圈。受試者行仰臥體位，髕骨下沿放在膝關(guān)節(jié)專(zhuān)用線圈中心，腳尖垂直向上，使用量角器在膝關(guān)節(jié)體表測(cè)量脛骨長(zhǎng)軸和股骨的夾角，當(dāng)夾角為20°時(shí)，進(jìn)行膝關(guān)節(jié)定位相掃描，測(cè)量髕骨高度（Caton 指數(shù)）和髕骨傾斜角。采用T2mapping測(cè)定T2，具體參數(shù)為重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）：1270 ms；層厚：3 mm；回波時(shí)間（echo time，TE）：69 ms；層間距：0.6 mm；視野（field of view，F(xiàn)OV）：16 cm；矩陣：384×384。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以MRI 檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，以Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2為檢驗(yàn)標(biāo)量，以是否出現(xiàn)早期髕骨軟化癥為狀態(tài)標(biāo)量，繪制ROC 曲線，評(píng)估指標(biāo)單獨(dú)和聯(lián)合診斷早期髕骨軟化癥的診斷效能。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，性別等計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，行χ2檢驗(yàn)；年齡、Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2等計(jì)量資料以±s 表示，行t 檢驗(yàn)；采用Spearman 相關(guān)分析分析Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2的關(guān)系，采用Logistic 回歸分析確定髕骨軟化癥發(fā)生的獨(dú)立影響因素；繪制Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2單獨(dú)和三者聯(lián)合診斷早期髕骨軟化癥的ROC 曲線，采用Hanley-McNeil 方法比較AUC，P＜0.05 表示結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2

髕骨軟化癥組患者的Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2數(shù)值均顯著高于對(duì)照組（P 均＜0.001），結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 2 組受試者Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2 比較（±s）

表1 2 組受試者Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2 比較（±s）

組別 Caton 指數(shù) 髕骨傾斜角/（°） T2/ms髕骨軟化癥組（n=200） 1.48±0.4525.54±4.7848.23±5.01對(duì)照組（n=120） 1.09±0.3218.40±4.0940.30±4.37 t 9.02913.63814.366 P＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 相關(guān)性分析

如圖1～3 所示，相關(guān)性分析顯示，Caton 指數(shù)與髕骨傾斜角呈正相關(guān)（r=0.227，P＜0.001），與T2呈正相關(guān)（r=0.285，P＜0.001）；髕骨傾斜角與T2呈正相關(guān)（r=0.368，P＜0.001）。

圖1 Capton 指數(shù)與髕骨傾斜角的相關(guān)性

圖2 Caton 指數(shù)與T2 的相關(guān)性

2.3 Logistic 回歸分析

Logistic 回歸分析結(jié)果見(jiàn)表2。以單因素中有統(tǒng)計(jì)意義的3 項(xiàng)指標(biāo)為自變量，以是否發(fā)生早期髕骨軟化癥為因變量，行非條件Logistic 回歸分析，結(jié)果表明Caton 指數(shù)[比值比（odds ratio，OR）=1.948，95%CI：1.239～3.064]、髕骨傾斜角（OR=2.201，95%CI：1.802～2.688）和T2（OR=1.902，95%CI：1.280～2.826）等指標(biāo)是髕骨軟化癥發(fā)生的獨(dú)立影響因素（P＜0.05），預(yù)測(cè)方程為L(zhǎng)ogit（P）=-0.603+0.667XCaton指數(shù)+0.789X髕骨傾斜角+0.643XT2。

表2 Logistic 回歸分析結(jié)果

2.4 Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角、T2 單獨(dú)及三者聯(lián)合診斷效能比較

Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角、T2單獨(dú)及三者聯(lián)合診斷效能比較結(jié)果見(jiàn)表3～4。以Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2作為檢驗(yàn)變量，以有無(wú)早期髕骨軟化癥為狀態(tài)標(biāo)量，以敏感度為Y 軸，以“1-特異度”為X 軸繪制ROC 曲線，如圖4 所示。根據(jù)ROC 曲線可得Caton指數(shù)的臨界值為1.33，其對(duì)應(yīng)的敏感度為70.50%，特異度為69.17%，AUC 為0.801（95%CI：0.750～0.852）；髕骨傾斜角的臨界值為20.25°，其對(duì)應(yīng)的敏感度為70.00%，特異度為61.67%，AUC 為0.760（95%CI：0.707～0.812）；T2的臨界值為43.27 ms，其對(duì)應(yīng)的敏感度為61.00%，特異度為60.83%，AUC 為0.631（95%CI：0.564～0.698）；將回歸預(yù)測(cè)方程作為新變量P，在最佳臨界切點(diǎn)時(shí)，三者聯(lián)合診斷的敏感度為85.00%，特異度為72.50%，AUC 為0.903（95%CI：0.831～0.907），三者聯(lián)合診斷的敏感度和AUC 顯著高于各指標(biāo)單獨(dú)診斷（P＜0.05）。

圖4 Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角、T2 單獨(dú)及三者聯(lián)合診斷早期髕骨軟化癥的ROC 曲線

表3 Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角、T2 單獨(dú)及三者聯(lián)合診斷早期髕骨軟化癥的ROC 曲線分析結(jié)果

3 討論

髕骨軟化癥系多因素造成的退變性疾病，發(fā)病率較高，約為36%，且以青壯年為主[10-11]。在疾病早期，患側(cè)髕骨僅存在軟化、水腫或纖維化等癥狀，若不及時(shí)診斷和救治，則會(huì)出現(xiàn)髕骨碎裂、軟骨異常，進(jìn)而發(fā)展成骨性關(guān)節(jié)炎，嚴(yán)重影響患者的運(yùn)動(dòng)功能，因此及早診斷并對(duì)癥治療對(duì)修復(fù)患者髕骨功能、改善預(yù)后和優(yōu)化生活質(zhì)量等具有重要意義[10-11]。解剖結(jié)構(gòu)表明[12]，髕骨軟骨是透明軟骨，由細(xì)胞外基質(zhì)、軟骨細(xì)胞和水構(gòu)成，且水占濕重的75%，X 射線和MRI 可觀察軟骨和關(guān)節(jié)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而判斷損傷情況，前者在疾病早期未見(jiàn)異常信號(hào)，且輻射較大；后者為診斷髕骨軟化癥的首選方法。其中，T2可評(píng)估髕骨生化組成和微觀結(jié)構(gòu)[13]；髕骨傾斜是髕股關(guān)節(jié)失調(diào)的重要因素，若不及時(shí)治療可誘導(dǎo)髕股關(guān)節(jié)發(fā)生撞擊，形成骨關(guān)節(jié)炎[14]；髕骨高度（Caton 指數(shù)）是髕股關(guān)節(jié)解剖的重要參數(shù)，與髕骨異常結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[15]。以上3 種定量參數(shù)均可表征髕骨軟化癥的病理情況，但其具體應(yīng)用于早期髕骨軟化癥的診斷研究相對(duì)較少，因此本文探討MRI 檢測(cè)髕骨高度、髕骨傾斜角和T2對(duì)早期髕骨軟化癥的臨床診斷價(jià)值，旨在為臨床提高陽(yáng)性檢出率、改善生存條件等提供依據(jù)。

圖3 T2 與髕骨傾斜角的相關(guān)性

髕股關(guān)節(jié)由髕骨、股骨滑車(chē)及髕周軟組織組成，且依靠三維運(yùn)動(dòng)行髕骨運(yùn)動(dòng)，因此髕股關(guān)節(jié)各部位的正常結(jié)構(gòu)是髕骨正常運(yùn)動(dòng)的主要因素。機(jī)體正常的股骨內(nèi)外側(cè)踝的外高內(nèi)低結(jié)構(gòu)阻擋髕骨，使其沿著股骨滑車(chē)溝運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)外側(cè)踝發(fā)育異常時(shí)，則不能規(guī)范髕骨的正常運(yùn)動(dòng)軌跡，髕骨會(huì)發(fā)生偏移、脫位，長(zhǎng)此以往會(huì)增加髕骨軟化癥的發(fā)生概率。髕骨高度與髕骨軟化癥存在相關(guān)性，高位髕骨是髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，一般情況下膝關(guān)節(jié)彎曲30°可介入股骨滑車(chē)，而高位髕骨者因位置和結(jié)構(gòu)異常，彎曲后不能及時(shí)介入股骨滑車(chē)，因而增加髕股關(guān)節(jié)壓力，改變關(guān)節(jié)應(yīng)力，損傷軟骨；而且髕骨延遲進(jìn)入股骨滑車(chē)會(huì)喪失髕股關(guān)節(jié)的省力作用，持續(xù)的損傷超過(guò)軟骨自我修復(fù)的速度，最終形成髕骨軟化癥[16]。研究發(fā)現(xiàn)[17]，正常狀態(tài)下，膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)髕骨為外側(cè)傾斜，而屈膝15°～30°后髕骨開(kāi)始外移，并在120°時(shí)外移距離達(dá)到最大；當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)股內(nèi)側(cè)肌發(fā)育不良時(shí)，斜行肌纖維的缺乏可降低肌力，造成股四頭肌肌力不平衡，引發(fā)髕骨傾斜。異常的髕骨傾斜角度可使髕骨偏離正常的運(yùn)動(dòng)軌道，加重髕骨外側(cè)軟骨面負(fù)荷，形成髕骨軟化癥。宿鵬等[18]研究證實(shí)正常組膝關(guān)節(jié)外側(cè)傾斜角為20.71°，明顯低于髕骨軟化癥組的27.68°，與本文結(jié)果一致，即髕骨傾斜與髕骨軟化存在關(guān)聯(lián)。本研究中，髕骨軟化癥組患者Caton 指數(shù)和髕骨傾斜角明顯高于對(duì)照組，進(jìn)一步比較Logistic 回歸分析和ROC曲線，表明Caton 指數(shù)（OR=1.948，95%CI：1.239～3.064）是髕骨軟化癥發(fā)生的獨(dú)立影響因素（P＜0.05），且Caton指數(shù)的臨界值為1.33，其對(duì)應(yīng)的敏感度為70.50%，特異度為69.17%，AUC 為0.801（95%CI：0.750～0.852）；髕骨傾斜角的臨界值為20.25°，其對(duì)應(yīng)的敏感度為70.00%，特異度為61.67%，AUC 為0.760（95%CI：0.707～0.812），證實(shí)髕骨高度和髕骨傾斜角可誘發(fā)髕骨軟化癥的發(fā)生、發(fā)展，并可應(yīng)用于髕骨軟化癥的早期診斷，但診斷效能偏低。

表4 Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角、T2 單獨(dú)及三者聯(lián)合診斷早期髕骨軟化癥的診斷效能比較

T2mapping 是臨床研究關(guān)節(jié)軟骨成熟的技術(shù)之一，T2主要反映軟骨膠原纖維和水分子相互作用的情況，在正常關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)，膠原纖維和水分子共價(jià)結(jié)合可減小自由水濃度，進(jìn)而降低T2值，且在軟骨各層數(shù)值不同，主要與膠原纖維排列方式的不同有關(guān)：中間層膠原纖維T2值高，而表層和深層T2值低。本文髕骨軟化癥組患者T2值高于對(duì)照組[（48.23±5.01）ms vs（40.30±4.37）ms，t=14.366，P＜0.001）]，T2的臨界值為43.27 ms，其對(duì)應(yīng)的敏感度為61.00%，特異度為60.83%，AUC 為0.631（95%CI：0.564～0.698），診斷效能較低，主要與關(guān)節(jié)軟骨T2值干擾較多有關(guān)。最常見(jiàn)的“魔角效應(yīng)”具體表現(xiàn)為當(dāng)深層軟骨膠原纖維排列方向與主磁場(chǎng)夾角接近55°時(shí)，T2值異常變化，但具體原因尚未明確。本研究對(duì)Caton 指數(shù)、髕骨傾斜角及T2進(jìn)行Logistic 回歸分析，結(jié)果顯示三者聯(lián)合診斷的敏感度顯著高于單獨(dú)指標(biāo)診斷，且保持較高的特異度和準(zhǔn)確率。本文研究結(jié)果僅限于納入的200例早期髕骨軟化癥患者，未來(lái)仍需增加樣本量，延長(zhǎng)研究時(shí)間，納入多中心樣本，從而驗(yàn)證本文結(jié)果的合理性和可靠性。

綜上，MRI 檢測(cè)髕骨高度、髕骨傾斜角及T2對(duì)髕骨軟化癥的早期診斷具有重要意義，而三者聯(lián)合可提高早期髕骨軟化癥的診斷效能，可為早期髕骨軟化癥提供一種快速、準(zhǔn)確的新方法。