基于MRI圖像分析股骨滑車高度發(fā)育不良的股骨髁形態(tài)學(xué)特點(diǎn)

袁 茂，李 佳，盛 波，邱藍(lán)玉，肖智博，呂發(fā)金，呂富榮

400016 重慶，重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科

髕骨不穩(wěn)(patellar instability，PI)是一種多因素病因的疾病，包括滑車發(fā)育不良、過度偏側(cè)的脛骨結(jié)節(jié)、旋轉(zhuǎn)畸形、髕骨傾斜和髕骨高位等[1-3]。在這些危險(xiǎn)因素中，股骨滑車發(fā)育不良被證明是與復(fù)發(fā)性PI最顯著相關(guān)的解剖學(xué)因素[2]。DEJOUR等[1]發(fā)現(xiàn)85%的復(fù)發(fā)性PI患者存在股骨滑車發(fā)育不良。股骨滑車發(fā)育不良被描述為較淺的滑車溝和滑車溝形態(tài)異常，在膝關(guān)節(jié)伸展期間無法為髕骨提供足夠的骨穩(wěn)定性而易導(dǎo)致髕骨外側(cè)脫位[4-6]。根據(jù)Dejour分型[7]可將滑車發(fā)育不良分為：A型(滑車形態(tài)正常，但較正常淺)、B型(扁平或凸形滑車)、C型(滑車小關(guān)節(jié)不對(duì)稱伴內(nèi)側(cè)髁發(fā)育不良)和D型(滑車小關(guān)節(jié)不對(duì)稱加峭壁征)。LIPPACHER等[8]將滑車發(fā)育不良又分為低度(A型)和高度(B、C和D型)。滑車高度發(fā)育不良患者滑車溝形態(tài)異常，更不足以防止髕骨外側(cè)脫位[7,9]。根據(jù)滑車發(fā)育不良的嚴(yán)重程度，明確區(qū)分滑車低度和高度發(fā)育不良對(duì)于預(yù)后和治療至關(guān)重要[10-12]。

研究表明，股骨后髁形態(tài)異?？赡芤才cPI相關(guān)[13-15]。股骨后外側(cè)髁發(fā)育不良可引起膝關(guān)節(jié)外翻，是PI的危險(xiǎn)因素之一[16]。有研究發(fā)現(xiàn)在滑車發(fā)育不良的患者中，其股骨遠(yuǎn)端骨性解剖結(jié)構(gòu)往往也存在異常，較大的股骨內(nèi)側(cè)髁和較小的股骨外側(cè)髁?xí)鹣リP(guān)節(jié)屈曲期間股骨相對(duì)于脛骨外旋，可能會(huì)導(dǎo)致髕骨傾斜或半脫位[14-15,17]。ROGER等[14]和YANG等[16]研究表明，股骨髁前部和后部的畸形更傾向于聯(lián)合畸形，而非孤立存在。在臨床實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)在滑車高度發(fā)育不良的患者中，部分患者會(huì)發(fā)生復(fù)發(fā)性髕骨脫位，而部分患者則不會(huì)發(fā)生脫位。雖然已有不少研究探討了股骨后髁形態(tài)學(xué)特征與PI之間的相關(guān)性，然而，在具有滑車高度發(fā)育不良的脫位患者和無脫位患者的股骨髁形態(tài)是否存在差異，目前尚不清楚。

因此，本研究對(duì)滑車高度發(fā)育不良患者的股骨髁前后部的形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了定量測(cè)量，以評(píng)估髕骨脫位和無脫位的滑車高度發(fā)育不良患者的股骨髁形態(tài)學(xué)差異，旨在探討股骨髁前后部的幾何形態(tài)特征對(duì)PI的影響，并幫助骨科醫(yī)師選擇最佳治療方法。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性篩選2014年1月至2021年1月在我科接受MRI檢查的股骨滑車高度發(fā)育不良的患者74名，共82例膝關(guān)節(jié)MRI圖像。所有被診斷為滑車高度發(fā)育不良的患者被分為髕骨脫位組(45例)和無髕骨脫位組(37例)，其中髕骨脫位組為有1次及以上髕骨脫位，且能夠通過臨床及影像學(xué)證據(jù)明確髕骨脫位診斷的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在嚴(yán)重的骨關(guān)節(jié)炎(≥KL 2級(jí))或炎性關(guān)節(jié)炎；②有膝關(guān)節(jié)手術(shù)或腫瘤病史；③缺乏高質(zhì)量的MRI圖像以進(jìn)行準(zhǔn)確的圖像評(píng)估；④臨床記錄不完整，髕骨病史不詳。圖1展示了患者選擇過程。所有臨床信息通過查閱電子病歷獲得，如果病歷不確定，則通過電話收集病史。本研究獲得本院倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理編號(hào)：2021-202)。

圖1 滑車高度發(fā)育不良患者選擇流程圖

1.2 儀器與方法

MRI掃描使用1.5-T MRI設(shè)備(Magnetom Essenza; Siemens Healthcare)和四肢矩陣膝關(guān)節(jié)線圈(Tim線圈)進(jìn)行。成像方案如下：矢狀位和冠狀位T1自旋回波(重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間306/12 ms，視野16 cm，矩陣大小320×320，層厚4 mm)，矢狀位T2自旋回波(重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間3 220/99 ms，視野16 cm，矩陣大小320×320，層厚4 mm)，矢狀位和冠狀位脂肪飽和加權(quán)自旋回波(重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間2 800/38 ms 視野16 cm，矩陣大小256×256，層厚4 mm)，橫斷面脂肪飽和自旋回波(重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間2 800/51 ms，視野16 cm，矩陣大小232×256，層厚4 mm)。

1.3 圖像評(píng)估及參數(shù)測(cè)量

股骨滑車發(fā)育不良評(píng)估和分類的層面為股骨滑車出現(xiàn)完整軟骨覆蓋的最近端MRI層面(圖2)。MRI圖像上股骨髁前后部形態(tài)學(xué)參數(shù)的測(cè)量由2名具有5年以上臨床經(jīng)驗(yàn)的骨肌放射診斷醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行，間隔4周后，其中1名醫(yī)師再次獨(dú)立測(cè)量。參照VAN HAVER等[18]和IMAI等[17]的方法進(jìn)行測(cè)量。以下參數(shù)在同一MRI層面上對(duì)每個(gè)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量。

A：A型發(fā)育不良 軸位圖像顯示有1個(gè)較淺的滑車(箭頭)；B：B型發(fā)育不良 軸位圖像顯示平坦或凸起的滑車(白色箭頭)和近期脫位引起的骨髓水腫(黑色箭頭)；C：C型發(fā)育不良 軸位圖像顯示滑車關(guān)節(jié)面不對(duì)稱，內(nèi)側(cè)髁發(fā)育不良(箭頭)；D：D型發(fā)育不良 矢狀位圖像顯示峭壁征(箭頭)

在MRI軸位圖像上，解剖髁上軸(anatomical epicondylar axis，AEA)是股骨內(nèi)上髁與外上髁最凸點(diǎn)之間的連線，而AEA的長度被定義為股骨髁內(nèi)外側(cè)寬度(medial-lateral width，MLW)。股骨后髁線(posterior femoral condylar line，PFCL)是平行于雙側(cè)后髁突皮質(zhì)邊緣的線。后髁角(posterior condylar angle，PCA)被定義為AEA和PFCL之間的角度(圖3A)。

在內(nèi)-外(medial-lateral，ML)方向上，過內(nèi)側(cè)和外側(cè)后髁的左側(cè)和右側(cè)的最凸點(diǎn)作垂直于MLW的直線。內(nèi)側(cè)后髁寬度(medial posterior condyle width，MPCW)被定義為內(nèi)側(cè)后髁左、右最凸點(diǎn)之間的距離。外側(cè)后髁寬度(lateral posterior condyle width，LPCW)被定義為外側(cè)后髁左、右最凸點(diǎn)之間的距離(圖3B)。

在前-后(anterior-posterior，AP)方向上，過股骨髁前部內(nèi)側(cè)和外側(cè)的最凸點(diǎn)作垂直于MLW的線。內(nèi)側(cè)前髁長度(medial anterior condyle length，MACL)和外側(cè)前髁長度(lateral anterior condyle length，LACL)分別定義為股骨內(nèi)側(cè)前髁的最凸點(diǎn)和股骨外側(cè)前髁的最凸點(diǎn)到MLW的距離。同樣，內(nèi)側(cè)后髁長度(medial posterior condyle length，MPCL)和外側(cè)后髁長度(lateral posterior condyle length，LPCL)分別定義為股骨內(nèi)側(cè)后髁最凸點(diǎn)和股骨外側(cè)后髁最凸點(diǎn)到MLW的距離(圖3C)。

A:后髁角(PCA)的測(cè)量 PCA：解剖髁上軸(AEA)和股骨后髁線(PFCL)之間的角度；B:股骨髁寬度的測(cè)量 MLW：內(nèi)外側(cè)髁寬度；MPCW：內(nèi)側(cè)后髁寬度；LPCW：外側(cè)后髁寬度；C: 股骨髁長度的測(cè)量 MACL：內(nèi)側(cè)前髁長度；LACL：外側(cè)前髁長度；MPCL：內(nèi)側(cè)后髁長度；LPCL：外側(cè)后髁長度

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 兩組患者的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息

髕骨脫位組納入38名患者，其中男性11名，女性27名；年齡12～34(19.24±6.78)歲；共45例膝關(guān)節(jié)(右膝27例，左膝18例)。無髕骨脫位組納入36名患者，其中男性12名，女性24名；年齡13～57(29.54±12.59)歲；共37例膝關(guān)節(jié)(右膝14例，左膝23例)。兩組患者年齡、受檢膝關(guān)節(jié)左右側(cè)部位差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 觀察者內(nèi)部和觀察者之間測(cè)量的可靠性

如表1所示，所有測(cè)量值的觀察者內(nèi)和觀察者間可靠性都較高。PCA、MLW、MPCW、LPCW、MACL、LACL、MPCL和LPCL的intra-ICC范圍為0.891～0.997，inter-ICC范圍為0.808～0.997。

表1 各測(cè)量參數(shù)一致性分析

2.3 寬度測(cè)量值

如表2所示，在ML方向上，與無髕骨脫位組相比，髕骨脫位組的MPCW較小(P<0.05)。兩組間PCA、MLW和LPCW差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 長度測(cè)量值

如表2所示，在AP方向上，組間LACL差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，髕骨脫位組的LACL小于無髕骨脫位組。兩組間MACL、MPCL、LPCL差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 兩組形態(tài)學(xué)測(cè)量參數(shù)分析結(jié)果

3 討論

髕骨的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是由一致的骨性解剖結(jié)構(gòu)和完整的軟組織約束來維持的[6, 19]。其靜態(tài)穩(wěn)定性主要取決于滑車和髕骨的形狀。因此，為了確保膝關(guān)節(jié)屈曲期間髕骨的安全跟蹤，滑車溝應(yīng)足夠深，而股骨前外側(cè)髁應(yīng)具有適當(dāng)?shù)拈L度，通常股骨外側(cè)髁應(yīng)高于內(nèi)側(cè)髁。而較短的股骨前外側(cè)髁提供了極淺的滑車溝，可能會(huì)導(dǎo)致在膝關(guān)節(jié)屈曲期間髕骨傾斜或半脫位。股骨滑車發(fā)育不良的特征是股骨滑車溝變淺和異常形態(tài)，減少了其對(duì)髕骨的骨性靜態(tài)約束。有生物力學(xué)和模型研究表明，股骨滑車發(fā)育不良是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)伸展時(shí)髕骨平移矢量橫向化的最重要因素[4-5]。BIEDERT等[20]量化了正常和異常的滑車高度，他們描述和區(qū)分了滑車發(fā)育不良的兩種主要類型：滑車中央/內(nèi)側(cè)深度減少和滑車外側(cè)小關(guān)節(jié)傾斜度減少。該研究表明當(dāng)主要是由滑車發(fā)育不良引起的髕骨不穩(wěn)時(shí)，加深滑車成形術(shù)以糾正髕骨不穩(wěn)定是最常見的選擇。而本研究發(fā)現(xiàn)滑車高度發(fā)育不良且發(fā)生脫位的患者具有較短的股骨前外側(cè)髁。在具有較短的股骨前外側(cè)髁的滑車高度發(fā)育不良患者中，滑車關(guān)節(jié)面近端變平，可能會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)屈曲期間髕骨向外側(cè)的過度移位，可通過延長外側(cè)髁突使髕骨在屈曲期間能夠更早地得到引導(dǎo)以糾正PI。因此，骨科醫(yī)師應(yīng)注意區(qū)分滑車高度發(fā)育不良患者股骨髁前部形態(tài)特征的影像學(xué)診斷，并選擇不同的手術(shù)方式。

糾正滑車發(fā)育不良有多種外科手術(shù)方式，文獻(xiàn)[21-22]建議滑車成形術(shù)作為糾正滑車高度發(fā)育不良必要的獨(dú)立手術(shù)方式。一些外科醫(yī)師可能會(huì)根據(jù)Dejour分類選擇不同的方法，DEJOUR等[23]指出，B型及D型發(fā)育不良需要進(jìn)行滑車溝加深術(shù)，C型在進(jìn)行滑車溝加深術(shù)前需要進(jìn)行評(píng)估，而A型發(fā)育不良被認(rèn)為不需要進(jìn)行滑車溝加深術(shù)。因此，滑車發(fā)育不良的術(shù)前準(zhǔn)確分類至關(guān)重要。雖然迄今為止Dejour 4級(jí)分類仍然是最常用的滑車發(fā)育不良嚴(yán)重程度分級(jí)系統(tǒng)，但有研究者提出了一種更可靠的2級(jí)分類系統(tǒng)，其將Dejour A型分類為滑車低度發(fā)育不良，B型、C型和D型為滑車高度發(fā)育不良[8]。區(qū)分低度和高度發(fā)育不良是影像學(xué)評(píng)估的一個(gè)重要組成部分，因?yàn)樗鶝Q定了是否需要進(jìn)行滑車成形術(shù)，且滑車成形術(shù)根據(jù)滑車發(fā)育不良的類型，其矯正部位也不同[24-25]。通常情況下，為了治療因滑車發(fā)育不良引起的PI，滑車成形術(shù)以兩種方式進(jìn)行：抬高發(fā)育不良滑車的外側(cè)面或加深扁平的滑車[1, 23]。在本研究中，我們定量測(cè)量了滑車高度發(fā)育不良患者股骨髁前部的形態(tài)學(xué)參數(shù)，并分析了股骨髁前部的幾何形態(tài)學(xué)特征。結(jié)果顯示股骨前外側(cè)髁減短可能是滑車高度發(fā)育不良患者發(fā)生脫位的危險(xiǎn)因素，表明延長前外側(cè)髁的滑車成形術(shù)或許是滑車高度發(fā)育不良患者的首選手術(shù)方式。

LIU等[13]和ROGER等[14]的研究報(bào)道了在滑車發(fā)育不良患者中股骨外側(cè)髁的后部相對(duì)內(nèi)側(cè)髁較短，并且伴有較高的PCA。本研究定量測(cè)量了股骨髁后部的形態(tài)學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩組患者的PCA、股骨后髁的長度及外側(cè)后髁的寬度無明顯差異。造成這些結(jié)果差異的原因可能是，先前的研究是在正常對(duì)照組和滑車發(fā)育不良組之間進(jìn)行比較，而本研究納入的對(duì)象均為滑車高度發(fā)育不良患者。YANG等[16]研究發(fā)現(xiàn)突出的前外側(cè)髁與較短的后外側(cè)髁相關(guān)，研究表明股骨髁前部和后部的畸形應(yīng)為聯(lián)合畸形，而非孤立存在。本研究結(jié)果顯示，髕骨脫位組的股骨內(nèi)側(cè)后髁更窄，滑車高度發(fā)育不良伴隨著內(nèi)側(cè)后髁形態(tài)的異常，可能與滑車高度發(fā)育不良患者發(fā)生髕骨脫位有關(guān)。KESHMIRI等[26]對(duì)股骨內(nèi)側(cè)髁進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)滑車發(fā)育不良組的內(nèi)側(cè)髁高度、寬度及深度均較小，其研究結(jié)果表明滑車發(fā)育不良可能是由內(nèi)側(cè)發(fā)育不良引起的，不存在孤立性滑車發(fā)育不良，與本研究的報(bào)道相符。此外，GRAMMENS等[27]描述了一種特殊的膝關(guān)節(jié)形態(tài)類型，其特征是股骨內(nèi)側(cè)髁較小。在本研究中，發(fā)生脫位的滑車高度發(fā)育不良患者具有更小的股骨內(nèi)側(cè)后髁。但較小的股骨內(nèi)側(cè)后髁對(duì)滑車高度發(fā)育不良患者發(fā)生脫位的影響，目前筆者所查閱文獻(xiàn)并未提及相關(guān)作用機(jī)制。在髕骨不穩(wěn)的多因素致病機(jī)制中，形態(tài)是一種內(nèi)在的不可改變的因素，為了更好地了解不同的形態(tài)類型所帶來的生物力學(xué)影響，未來還需進(jìn)行進(jìn)一步的生物力學(xué)研究。

本研究存在一些局限性：①本研究為回顧性研究，無法獲得受傷時(shí)的數(shù)據(jù)和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)；②臨床患者大多數(shù)是滑車低度發(fā)育不良，滑車高度發(fā)育不良較少，導(dǎo)致納入的樣本量較??；③兩組受試者之間沒有嚴(yán)格的年齡和性別匹配；④PI的機(jī)制涉及多個(gè)解剖因素，本研究僅關(guān)注股骨髁前后部幾何形狀，未考慮脛骨和周圍軟組織的解剖特征對(duì)PI的影響。

綜上所述，滑車高度發(fā)育不良的髕骨脫位患者的股骨外側(cè)前髁更短，股骨內(nèi)側(cè)后髁更窄，這些股骨髁前后部形態(tài)學(xué)的改變可能是導(dǎo)致滑車高度發(fā)育不良患者發(fā)生脫位的危險(xiǎn)因素。本研究可為PI的解剖學(xué)危險(xiǎn)因素提供新的研究方向，并為骨科醫(yī)師手術(shù)方式的選擇提供參考。