3.0T MRI評估青年人群膝關節前交叉韌帶（ACL）損傷的危險相關因素

呂 琦 馬春輝 王培軍 邵志紅 趙小虎 朱海燕 張 敏

（1同濟大學附屬同濟醫院醫學影像科 上海 200065；2上海交通大學附屬上海市第一人民醫院骨科 上海 200080）

3.0T MRI評估青年人群膝關節前交叉韌帶（ACL）損傷的危險相關因素

呂 琦1▲馬春輝2▲王培軍1△邵志紅1趙小虎1朱海燕1張 敏1

（1同濟大學附屬同濟醫院醫學影像科 上海 200065；2上海交通大學附屬上海市第一人民醫院骨科 上海 200080）

目的探討3.0T MRI評估青年人群前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）損傷的危險相關因素。方法回顧性分析已確診ACL損傷的患者69例（其中男35例，女34例）及正常對照組62例（其中男33例，女29例）膝關節3.0T MRI掃描資料，比較MRI診斷ACL損傷的敏感性，特異性及準確性。測量不同性別人群及損傷組與正常組的膝關節形態，測量參數包括：股骨髁間凹的寬度（notch width，NW）、股骨內外側髁的總長（bicondylar width，BW）以及兩者的比例即髁間窩寬度指數（NW index，NWI），內側髁至髁間凹的寬度（medial condyle size，M）、外側髁至髁間凹的寬度（lateral condyle size，L）及兩者的比值（L∶M），并測量不同性別及損傷組與未損傷組脛骨內側平臺坡度（medial tibial plateau slope，MTS）及外側脛骨平臺坡度（lateral tibial plateau slope，LTS）。結果MRI診斷ACL損傷的敏感性為94.2％，特異性為92.3％，準確性為93.5％。68例男性與63例女性比較，BW、L及NWI的差異有統計學意義（P＜0.05），NW、M及L∶M的差異無統計學意義（P＞0.05），青年男性與女性膝關節形態不同，男性膝關節的NWI較女性更小，在男性ACL損傷組與正常組相比，BW、L∶M及NWI的差異有統計學意義（P＜0.05），ACL損傷組的NWI更小；而女性中ACL損傷組與正常組相比，各參數的差異均無統計學意義。所有參數在活動的強度及損傷部位（左右）之間的差異均無統計學意義（P＞0.05）。ACL損傷組與正常組相比，身高、體重、MTS及LTS的差異均無統計學意義（P＞0.05）。結論較小的NWI很可能是青年男性ACL損傷的危險相關因素，BW及L∶M是影響青年男性膝關節動力學的重要因素。MTS和LTS可能無法作為膝關節ACL損傷的直接危險相關因素。

膝關節；前交叉韌帶（ACL）；髁間窩寬度指數（NWI）；脛骨平臺坡度

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）是膝關節穩定最重要的結構之一，其損傷可以導致膝關節的不穩定以及并發損傷，如半月板撕裂及關節軟骨的退化。目前的研究聚焦于髁間窩，認為狹窄的髁間窩是ACL損傷的危險因素［1-2］，但此觀點還存在認識上的不足與爭議［3-4］。ACL損傷在青年人群中常見，明確膝關節ACL損傷的危險因素有助于預防并減少損傷。本研究的目的是利用3.0T MRI來評估青年人群中正常人與ACL損傷患者及不同性別人群膝關節形態的影像特征，以期明確青年人群（包括體育運動員）ACL損傷的危險相關因素。

資料和方法

臨床資料自2010年5月至2013年6月期間在同濟大學附屬同濟醫院影像科接受MRI檢查且行關節鏡證實ACL損傷的青年患者共69例，其中男35例，女34例，年齡16～44歲，平均27.5歲，所有患者均在受傷12h內行MRI檢查，1月內行關節鏡探查，所有患者均無骨骼肌紊亂家族史。同時選取正常健康志愿者62例，男33例，女29例，年齡17～35歲，平均25.8歲。所有研究對象在MRI檢查前均簽署知情書。

檢查方法采用3.0T超導MRI掃描儀（Trio Tim 3.0T，德國Siemens公司）進行檢查。患者仰臥位，雙下肢自然伸直，膝關節表面柔性線圈，膝關節取微屈10°體位，制動，中心線對準髕骨下緣。采用常規橫軸位和冠狀位連續掃描，再行斜矢狀面掃描，使用通過股骨髁間窩的橫斷面圖像為定位像，橫斷位掃描序列采用快速自旋回波T1加權序列和快速自旋回波T2加權壓脂序列，冠狀位及矢狀面掃描序列采用快速自旋回波T1加權序列和2D質子加權自旋回波壓脂序列。檢查結果由2名高年資影像醫師閱片，觀察ACL有無損傷及損傷程度，結果不一致商議后作出評定，最終MRI診斷結果分別與關節鏡診斷結果進行對照。

圖像分析所有ACL損傷組及正常組的膝關節參數由1名觀察者單獨測量，具體方法參照文獻［5-6］。髁間窩寬度（notch width，NW）、內外側髁總長（bicondylas width，BW）、內外側髁寬度的測量：在T2壓脂冠狀位序列上，先在股骨最下端劃一條線，然后在腘肌腱溝水平劃一條與之相平行的線，確定并測量NW，內側髁至髁間凹的寬度（medial condyle size，M）、外側髁至髁間凹的寬度（lateral condyle size，L）、BW、L∶M以及NWI（NWI=NW/BW，圖1）。內側脛骨坡度（medial tibial plateau slope，MTS）及外側脛骨坡度（lateral tibial plateau slope，LTS）的測量：在T1矢狀位序列先確定脛骨骨干的縱軸，橫斷面通過脛股關節面，這個面顯示了脛骨平臺的背側面，矢狀面最接近脛骨平臺質心內側及外側脛骨平臺，MTS及LTS，坡度由脛骨平臺前后關節面的最高點連線及垂直于骨干的縱軸線構成，包括MTS及LTS（圖2）。

統計學處理采用SPSS 13.0軟件進行統計學分析，采用配對t檢驗及χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

結果

MRI診斷ACL損傷的結果MRI診斷結果與關節鏡檢查結果見表1，MRI診斷的敏感性為94.2％，特異性為92.3％，準確性為93.5％，約登指數為0.86。其中ACL完好的患者因其他原因行MRI檢查。

圖1 MRI測量NW，BW，L，M和L∶MFig 1 Measurement of NW，BW，L，M and L∶M using MRI

圖2 MRI測量MTS和LTSFig 2 Measurement of MTS and LTS using MRI

表1 MRI檢查結果與關節鏡檢查比較Tab 1 MRI findings compared with arthroscopy findings

對于ACL損傷組，我們收集的信息包括患者的性別、損傷機制（接觸損傷及非接觸損傷）和損傷時活動的強度，其中接觸損傷50例（72.5％），非接觸損傷（如減速、跳躍和承受剪切力的動作）19例（27.5％）。根據Dorizas標準，從事高強度運動（如籃球、冰球等）52例（75.4％），從事中等強度運動（壘球、棒球等）8例（11.6％），從事低強度運動9例（13％）。損傷位于左側30例，位于右側39例，這些參數中，年齡、活動的強度及損傷部位（左右）之間差異均無統計學意義（P＞0.05）。68例青年男性與63例青年女性比較，股骨下端形態差異見表2。男性膝關節與女性膝關節各參數比較，BW、L及NWI的差異均有統計學意義（P＜0.01），NW、M及L∶M的差異均無統計學意義（P＞0.05）。ACL損傷組與正常組人群的各測量指標見表3，青年男性人群中ACL損傷組與正常組相比，BW、L∶M及NWI的差異均有統計學意義（P＜0.05）；青年女性中ACL損傷與正常組相比，各測量指標差異均無統計學意義（P＞0.05）。ACL損傷組與正常組相比，身高、體重的差異均無統計學意義（P＞0.05），NWI較小，MTS和LTS的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2 青年男性與女性膝關節各測量參數比較Tab 2 Comparisons of knee joint morphometry in young male and female （±s）

表2 青年男性與女性膝關節各測量參數比較Tab 2 Comparisons of knee joint morphometry in young male and female （±s）

M：Medial condyle size；L：Lateral condyle size；BW：Bicondylar width；NW：Notch width；NWI：NW/BW；MTS：Medial tibial plateau slope；LTS：Lateral tibial plateau slope.

Parameters Male（n=68）Female（n=63）t P M（cm）2.50+0.26 2.24+0.20 1.103 0.291 BW（cm）7.41+0.44 6.47+0.28 3.162 0.002 L（cm）2.86+0.27 2.46+0.16 3.160 0.002 NW（cm）1.96+0.30 1.75+0.26 0.359 0.886 L∶M 1.10+0.14 1.08+0.09 0.820 0.432 NWI 0.26+0.04 0.37+0.42 2.793 0.008 MTS（°）5.47+0.99 5.58+1.21 0.412 0.723 LTS（°）7.63+1.78 7.80+1.51 0.566 0.650

表3 男、女損傷組與正常組ACL各測量參數比較Tab 3 Comparisons of knee joint morphometry in ACL-injured and normal groups （±s）

表3 男、女損傷組與正常組ACL各測量參數比較Tab 3 Comparisons of knee joint morphometry in ACL-injured and normal groups （±s）

M：Medial condyle size；L：Lateral condyle size；BW：Bicondylar width；NW：Notch width；NWI：NW/BW；MTS：Medial tibial slope；LTS：Lateral medial slope.

Parameters Injury group Normal group t P Male n=35 n=33 Height（cm）176.52+5.33 174.98+4.67 0.258 0.912 Weight（kg）76.39+10.36 77.96+8.99 0.376 0.845 MTS（°）5.64+0.54 5.43+0.65 0.839 0.407 LTS（°）7.56+0.62 7.46+0.89 0.678 0.501 M（cm）2.57+0.25 2.53+0.22 0.298 0.971 L（cm）2.83+0.25 2.86+0.26 0.612 0.528 BW（cm）7.25+0.33 7.41+0.45 1.993 0.046 NW（cm）0.91+0.20 2.00+0.22 0.598 0.661 L：M 1.03+0.16 1.17+0.11 2.003 0.041 NWI 0.23+0.22 0.27+0.03 2.158 0.03 Female n=34 n=29 Height（cm）164.99+4.76 165.88+3.99 0.258 0.912 Weight（kg）55.78+11.02 56.19+10.31 0.236 0.981 MTS（°）5.58+0.64 5.49+0.75 0.613 0.613 LTS（°）7.39+0.70 7.50+0.69 1.062 0.309 NW（cm）1.67+0.34 1.68+0.26 1.480 0.149 M（cm）2.29+0.14 2.31+0.18 1.520 0.135 L（cm）2.55+0.19 2.52+0.20 0.608 0.629 BW（cm）6.5+0.31 6.5+0.21 1.098 0.271 L：M 1.11+0.08 1.07+0.09 1.791 0.06 NWI 0.35+0.06 0.39+0.04 0.607 0.628

討論

ACL損傷的發病率較高，在青年人群中尤為顯著［7］，據統計，美國青年ACL損傷年發病率達40/10萬。ACL撕裂會導致膝關節部分功能喪失，即使行ACL重建手術，關節的損傷也是不可逆的，認識ACL損傷的危險相關因素對ACL損傷的預防至關重要。ACL損傷的原因是多方面的，股骨髁間窩的形態及其與ACL損傷的關系是目前研究的熱點。MRI由于其多方位成像的特點，可以清晰的顯示ACL及其周圍軟組織的結構，被認為是無創性評估ACL損傷的金標準［8-9］，本研究使用3.0T MRI測量膝關節骨形態學參數并進行比較分析，旨在為ACL損傷的預防提供影像學依據。

早在1938年，Palmer首次提出了髁間窩狹窄人群的ACL可能更容易損傷，Souryal等［10］也認為可以用NWI來判斷髁間窩的狹窄程度，NWI可以排除大部分干擾因素，準確表示髁間窩的大小。此后，多位學者相繼評估了髁間窩狹窄特別是NWI與ACL損傷的關系。使用NWI可以排除身高及體重對髁間窩寬度及股骨內外側髁總長的干擾，旨在減少誤差并使測量值標準化。Ireland［11］的報道及本研究均表明，身高與NW及BW成正相關（r=0.80），所以NWI可以作為評估膝關節髁間窩解剖的有效參數。

國外大部分研究認為較小的NWI更易導致ACL損傷［2，12-13］。León等［14］和Stein等［15］在骨關節炎患者中也得出了相似的結論，認為NWI較小的膝關節通常穩定性及伸展功能較差，是骨關節炎患者ACL損傷的危險因素，但此結果尚存在爭議。Uhorchak等［13］認為只有在雙側膝關節ACL都損傷的條件下測量NWI才有意義。Guermazi等［16］發現NWI只是男性膝關節損傷的危險因素。有學者報道ACL撕裂的運動員與ACL正常組股骨髁凹的形態學差異無統計學意義［3］。本研究結果表明，對比ACL損傷組與正常組青年男性人群，NWI差異有統計學意義，ACL損傷組青年男性的NWI值較小，支持了NWI是ACL損傷的危險因素這一觀點。因此認為，ACL作為膝關節的穩定結構位于髁間窩內，其損傷很可能與髁間窩狹窄導致的韌帶與骨性結構的撞擊相關，故較小的NWI是ACL損傷的危險相關因素。

本研究進一步比較得出，青年男性中BW及L∶M損傷組較正常組更小，這與Vrooijink等［5］的研究結果相似。我們認為這些值的大小與膝關節動力學有關，特別是與膝關節的旋轉有關，考慮到BW越小，L∶M越大，膝關節旋轉的角度越小，越不容易受損。而青年女性群體中損傷組與正常組膝關節形態各組數據均無統計學意義，可能與膝關節形態無直接關系。

不同性別青年人群的膝關節形態學參數與ACL損傷是否有關也是本研究觀察的主要內容之一。本研究結果提示，青年男性與青年女性相比，BW、LC及NWI的差異均有統計學意義，男、女NWI平均值分別為0.26及0.37，男性NWI最小值僅為0.16，女性NWI較男性更大。文獻報道［2、12-13］及本研究結果提示，較小的NWI是ACL損傷的危險相關因素，我國青年男性可能較女性更易發生ACL損傷。但也有研究指出女性ACL損傷可能還與神經肌肉、生物力學及荷爾蒙等因素相關［17］，因此關于性別與ACL損傷關系的結論尚存爭議［18-19］，本研究結論尚需要大樣本量進一步研究證實。

由于參與構成膝關節的脛骨平臺并非絕對水平，而是在一定程度上呈由前向后逐漸下降的趨勢，脛骨平臺的坡度（MTS、LTS）與ACL損傷的關系也引起了學者的關注［20］。本研究中，MTS和LTS在ACL損傷組與正常組之間及不同性別之間的差異無統計學意義，這一結論與Hudek等［21］的報道一致，這意味著這些參數可能無法作為ACL損傷的直接危險相關因素，相關結果尚需大樣本進一步研究證實。

綜上所述，3.0T MRI評估青年人群膝關節ACL損傷的危險相關因素具有一定的臨床意義，將為青年人尤其是運動員預防膝關節ACL損傷提供影像學依據，如篩選運動員中NWI較小的人群，限制或減少其參加易引起ACL損傷的相關危險體育競技比賽，而對于ACL損傷的人群及時治療有助于預防病變的進展等。當然，目前的研究只是初步結果，由于樣本量有限，未能進行多因素分層分析，還有待以后進一步深入研究證實。

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Assessment of the related risk factors for anterior cruciate ligament（ACL）injury with 3.0T MRI

LV Qi1▲，MA Chun-hui2▲，WANG Pei-jun1△，SHAO Zhi-hong1，ZHAO Xiao-hu1，ZHU Hai-yan1，ZHANG Min1
（1Department of Medtcal Imagtng，Tongjt Hospttal，Tongjt Untverstty，Shanghat200065，Chtna；2Department of Orthopedtcs，Shanghat Ftrst People's Hospttal，Shanghat Jtaotong Untverstty，Shanghat200080，Chtna）

ObjectiveTo explore the related risk factors of anterior cruciate ligament（ACL）injury in the young people on 3.0T MRI scans.MethodsMRI findings of patients confirmed ACL injury（including 69 cases of 35 males and 34 females）and 62 normal controls（including 33 males and 29 females）were retrospectively analyzed.We compared the diagnostic sensitivity，specificity and accuracyof MRI with operative results.The bone morphology between men and women，between the injured group and the control group were compared with 3.0T MRI.MRI measurements of notch with（NW），bicondylar width（BW），NW index（NWI），lateral condyle size（L），medial condyle size（M）and and lateral to medial condyle ratio（L∶M）、medial tibial plateau slope（MTS）and lateral tibial plateau slope（LTS）were taken from all the subjects.ResultsMRI findings as compared with operative results showed specificity，sensitivity and accuracy were respectively 94.2％，92.3％and 93.5％.We found a statistically significant difference in BW、L and NWI in 68 young males and 63 young females（P＜0.05），while there was no difference in NW、M、L∶M（P＞0.05）.There were differences between male and female young group.The knee morphology of the male is different from the normal group.NWI of the male knee joint was smaller than female.When knee morphology was compared between injured and normal subjects，the male group showed significant differences in BW，L∶M and NWI（P＜0.05）.For the female group，there was no difference in all parameters with and without ACL injury（P＞0.05）.Statistical analysis suggested that there was no difference with regard to age、activity intensity and injury site（P＞0.05）.There was no significant differences in height and weight in LTS and MTS between ACL injured and without injury（P＞0.05）.ConclusionsNarrower NWI may be related risk factor for ACL injury in young male.BW and L∶M may be important factors in influencing young male′s knee joint dynamics.LTSand MTS may be not direct related risk related factors in young people with and without ACL injury.

knee joint；anterior cruciate ligament（ACL）；notch with index（NWI）；tibial plateau slope

R 686.5；R 445.2

B

10.3969/j.issn.1672-8467.2014.05.017

▲Co-first authors

△Corresponding author E-mail：tongjipjwang@vip.sina.com

2013-10-25；編輯：段佳）