MR定量測量指標對復發性髕骨不穩的診斷價值

高暢， 王文濤， 徐磊， 鄒月芬

·骨骼肌肉影像學·

MR定量測量指標對復發性髕骨不穩的診斷價值

高暢， 王文濤， 徐磊， 鄒月芬

目的探討復發性髕骨不穩的MR定量測量指標在不同性別和年齡段中的差異性及其相應的診斷價值。方法將54例(58例患膝)經保守治療失敗的臨床確診為復發性髕骨不穩的患者作為髕骨不穩組，另收集53例(53例健膝)無膝關節疼痛、外傷等不適癥狀的健康人群作為對照組，進行回顧性MRI圖像分析。測量指標包括：髕骨偏移指數、髕骨傾斜角、滑車溝角度、股骨外側滑車傾斜角、ISR及脛骨結節-股骨滑車溝距離(TT-TG)共6個指標。采用Mann-Whitney U檢驗或獨立樣本t檢驗分別比較各測量指標在病例組和對照組間的差異性，以及各指標在同一組內不同性別以及年齡上的差異性，并計算各指標的受試者工作特征曲線下面積(AUC)，確定其診斷界值及相應的靈敏度與特異度。結果復發性髕骨不穩患者的髕骨偏移指數、髕骨傾斜角、滑車溝角度、ISR及TT-TG距離較健康人群均顯著增大，而股骨外側滑車傾斜角顯著減小，且各指標相應的AUC均>0.9。其中：髕骨偏移指數、髕骨傾斜角和ISR的診斷閾值在女性中較男性分別高出13.8%、3.1°及0.03(P<0.05)；而TT-TG距離的診斷閾值在>16歲成人中較≤16歲青少年兒童高出2.1mm(P<0.05)。結論伸膝時，MR定量測量的髕股關節指標對復發性髕骨不穩具有較好的臨床診斷價值，且部分指標具有特異性的性別或年齡的診斷閾值：髕骨偏移指數、髕骨傾斜角和ISR的診斷界值在女性中明顯高于男性，而TT-TG距離的診斷界值在>16歲成人中明顯高于≤16歲青少年兒童，即TT-TG距離隨著骨骼發育的成熟而增加。

髕骨； 磁共振成像； 診斷

髕股關節的穩定裝置包括骨性結構和軟組織結構，任何相關因素的異常均會誘導復發性的髕股軌跡異常，例如：股骨滑車發育不全，髕骨高位或髕股支持帶力量不平衡等[1-3]。10～17歲的青少年兒童是發病高危人群，保守治療后髕骨脫位的復發率約為15%～44%[2]，且與潛在的髕股撞擊綜合征及髕股關節退行性改變密切相關。因此保守治療后的定期隨訪以及應用影像學手段早期預測潛伏性的髕骨不穩及軟骨缺失，有助于臨床選擇最佳術式和時間來調整髕股解剖學形態、提高髕骨穩定性。目前MRI被認為是評價髕股線性排列及軟骨解剖最為敏感的方式[4，5]，而由于橫斷面選取層面的不同，MRI測量指標對復發性髕骨不穩的診斷閾值爭議較大[2，6-11]，同時因女性在發病率中占一定程度上的性別優勢[12]，且年齡(骨骼發育情況)對髕股關節骨性結構的影響有無臨床意義尚未達成統一觀念[13-15]，因此有待進一步研究。

筆者主要通過MR定量測量6個指標。描述髕骨軌跡的2個指標：髕骨偏移指數和髕骨傾斜角；描述髕股關節骨性結構的4個指標：滑車溝角度、股骨外側滑車傾斜角、ISR和TT-TG距離[12，16]，評估在伸膝時，上述各指標對復發性髕骨不穩患者在不同性別和年齡段中的診斷價值。

材料與方法

1.研究對象

病例組:回顧性分析我院骨關節外科門診在2010年1月-2016年5月共收入的臨床確診為復發性髕骨不穩患者54例(58膝)。患者均主訴膝周有持續性鈍痛不適，體格檢查示:Q角>15°且恐懼征陽性，首次髕骨脫位至此次MR檢查平均時間為(5.8±2.6)年，首次脫位原因為直接暴力傷或間接性扭傷。納入標準：<28周歲人群，至少有2次髕骨完全脫位史，保守治療失敗歷時3月以上，初次脫位后均經處理或自行復位。本次MR掃描發現髕股關節排列異常，但尚未完全脫離至滑車溝外。排除標準：曾接受過手術治療干預髕股關節解剖，此次MR檢查合并有髕骨骨折、半月板或韌帶損傷。

對照組:招募53例(53膝)健康志愿者與病例組進行對照，所有志愿者膝關節均無疼痛、外傷、不穩或手術病史，且體格檢查未見異常。并將病例組和對照組人群均以16歲為界[13，14，20]，細分為成人組>16歲(骨骼發育趨于成熟組)和青少年兒童組≤16歲。本研究獲得醫院倫理委員會批準，檢查前均簽署知情同意書。

2.MR技術

采用德國3.0T磁共振(Magnetom Trio Tim System,Siemens)進行掃描，8通道柔性表面線圈。掃描時要求患者及志愿者股四頭肌放松且膝關節處于伸直狀態，掃描范圍包括髕骨、股骨滑車及脛骨結節，掃描層厚3.0 mm，掃描序列包括；矢狀面質子加權成像(PDWI)：TR 3600 ms，TE 17 ms；矢狀面脂肪抑制T2WI-FS：TR 4000 ms，TE 52 ms；冠狀面T1WI：TR 765 ms，TE 16 ms；冠狀面脂肪抑制T2WI-FS：TR 4000 ms，TE 52 ms；橫軸面脂肪抑制T2WI-FS：TR 4000 ms，TE 52 ms。

3.影像學測量

兩名高年資影像科醫生在未知受試者信息的情況下分別獨立完成測量，測量指標如下。其中ISR在矢狀面PDWI上測量，其余指標均在軸面T2WI-FS上進行測量，圖1～5為同一例患膝MRI圖像。

選取參考線(圖1)，此線可顯示于其他任意層面中。選取股骨滑車凹最低點作參考線的垂線，并將此線顯示于髕骨最長橫徑的層面中測量髕骨偏移指數(圖2a)；經髕骨最長橫徑的層面測量髕骨傾斜角[6，12，16](圖2b)。

選用滑車近端層面即最早出現軟骨全部覆蓋股骨滑車的層面，以低信號的軟骨下骨板作為基線，測量股骨外側滑車傾斜角(圖3a)及滑車溝角度(圖3b)[16，17]。

TT-TG距離：分別選取經股骨滑車溝最凹點的層面(圖4a)及脛骨結節最凸點的層面(圖4b)測量TT-TG距離[18]。

通過髕韌帶長度與髕骨最長徑之比測量ISR(圖5)[19]。

4.統計學處理

分別評估男性、女性、≤16歲青少年兒童和>16歲成人中，病例組和對照組間各測量指標有無統計學差異性。同時分析各測量指標在病例組和對照組內有無性別及年齡上的統計學差異性，并采用受試者工作特征(ROC)曲線分析各測量指標的曲線下面積(AUC，95%可信區間CI)、診斷界值及相應的敏感度和特異性。所有統計應用SPSS 22.0軟件進行統計學分析，P<0.05代表差異有統計學意義。

結 果

2名醫師對髕骨偏移指數、髕骨傾斜角、滑車溝角度、股骨外側滑車傾斜角、ISR和TT-TG距離的組內相關系數分別為0.91，0.90，0.90，0.89，0.85，0.85(P<0.05),說明一致性良好，取平均值作為最后的統計數值。

髕骨不穩組的髕骨偏移指數、髕骨傾斜角、滑車溝角度、ISR及TT-TG距離較對照組均顯著增大，而股骨外側滑車傾斜角顯著減小，差異均有統計學意義；而兩組間的性別構成和年齡無統計學差異(表1)。其中，髕骨偏移指數、髕骨傾斜角、滑車溝角度、股骨外側滑車傾斜角、ISR和TT-TG距離的AUC分別為：0.991，0.992，0.983，0.996，0.939和0.981(P<0.05)，同時在男性、女性、≤16歲青少年兒童和>16歲成人中，病例組和對照組間各測量指標均存在顯著性差異(P<0.01)。

β)； b) 滑車溝角度：股骨內外側髁最高點與股骨髁間最低點連線的夾角(角θ)。 圖4 TT-TG距離的測量。分別經股骨滑車溝最凹點及脛骨結節最凸點作參考線的垂線E(圖a)和F(圖b)，E和F之間的垂直距離即為TT-TG。 圖5 髕骨高位的測量。ISR=b/a。

圖1 女，16歲，右膝反復疼痛4年，確診為復發性髕骨不穩。經過股骨髁間窩頂呈“羅馬拱門”時的橫斷面，以股骨內外后髁連線為參考線。圖2 髕骨軌跡異常指標的測量。a) 髕骨偏移指數=OB/AB，AB為髕骨橫斷面的最長橫徑，OB為髕骨在股骨滑車凹中線外側的部分； b) 髕骨傾斜角：髕骨長軸與參考線的夾角(角α)。圖3 股骨滑車發育不良指標的測量。a) 股骨外側滑車傾斜角：股骨外側滑車面與參考線的夾角(角

表2、3分別比較了病例組和對照組內6個MR測量指標在不同性別以及年齡段的組內差異性，并得出兩組人群的髕骨偏移指數、髕骨傾斜角和ISR值在女性中均顯著高于男性(P<0.05)；而兩組人群的TT-TG距離在>16歲成人中均顯著高于≤16歲青少年兒童(P<0.05)。各測量指標在不同性別或年齡段中的AUC(95%CI)、相應的診斷閾值、靈敏度及特異度見表4。

討 論

本研究表明在膝關節伸直位時，基于MR定量測量的6個指標在髕骨不穩組和對照組間均存在統計學差異，同時在男性、女性、≤16歲青少年兒童和>16歲成人中，兩組間各測量值也均有顯著性差異。且各指標相應的AUC都>0.9，表明上述各項指標對復發性髕骨不穩具有較好的臨床診斷價值，同時，部分指標具有特異性的性別或年齡上的診斷閾值。

表1 各組受試者髕骨軌跡指標及髕股關節骨性結構指標結果比較

注：BSO，髕骨偏移指數；PTA，髕骨傾斜角；SA，滑車溝角度；LTI，股骨滑車外側傾斜角；ISR，Insall-Salvati Ratio；TT-TG，TT-TG距離。

表2 髕骨軌跡指標及髕股關節骨性結構指標在不同性別以及年齡段的差異性比較

注：BSO，髕骨偏移指數；PTA，髕骨傾斜角；SA，滑車溝角度；LTI，股骨滑車外側傾斜角；ISR，Insall-Salvati Ratio；TT-TG，TT-TG距離。*有統計學差異，a：數據符合正態分布，采用獨立樣本t檢驗；b：數據呈非正態分布，采用Mann-Whitney U檢驗。

表3 髕骨軌跡指標及髕股關節骨性結構指標在不同性別以及年齡段的差異性比較

注：BSO，髕骨偏移指數；PTA，髕骨傾斜角；SA，滑車溝角度；LTI，股骨滑車外側傾斜角；ISR，Insall-Salvati Ratio；TT-TG，TT-TG距離。*有統計學差異，a：數據符合正態分布，采用獨立樣本t檢驗；b：數據呈非正態分布，采用Mann-Whitney U檢驗。

表4 髕骨軌跡指標及髕股關節骨性結構指標在不同性別或年齡段中的診斷效能

注：AUC，受試者工作特征(ROC)曲線下面積；CI95%，95%可信區間；BSO，髕骨偏移指數；PTA，髕骨傾斜角；SA，滑車溝角度；LTI，股骨滑車外側傾斜角；ISR，Insall-Salvati Ratio；TT-TG，TT-TG距離。

髕骨軌跡異常主要通過髕骨偏移指數和髕骨傾斜角來衡量[10]，髕骨偏移指數僅用于描述髕骨外移程度，即髕骨在股骨滑車凹中線外側所占的比例，是反映髕骨半脫位的定量指標，而髕骨傾斜角僅用于描述髕骨傾斜程度，是反映髕骨內外側支持力量平衡性的定量指標，傾斜角的異常增大可能是由于松弛或萎縮的內側髕股韌帶和股內斜肌所致[6，21]。Pal等[10]研究發現髕骨軌跡異常患者中，不同性別組間的診斷界值有統計學差異并提出在所有受試者中，女性髕骨偏移指數和髕骨傾斜角的平均值較男性分別高出11%和4°。與上述結論類似。本文研究表明髕骨不穩組中女性髕骨偏移指數和髕骨傾斜角的平均值較男性分別高出13.8%和3.1°，髕骨偏移指數的診斷界值分別為男>62.4%，女>76.2%；而髕骨傾斜角的診斷界值分別為男>11.6°，女>14.7°，且其對復發性髕骨不穩均具有良好的診斷價值(AUC>0.97)。

股骨外側滑車傾斜角和滑車溝角度均是反映滑車發育情況的定量指標，而滑車是構成髕股骨性穩定裝置的重要組成部分。本文采取股骨滑車近端層面進行測量，即最早出現軟骨全覆蓋滑車的橫斷面[4，6]，不僅可以完整的展現滑車近端形態特征，而且可以使測量標準化。滑車溝角度可以間接反映滑車溝的深度，>144°即被認為是滑車發育不全[5]，本文中滑車溝角度的診斷閾值>144.4°。股骨外側滑車傾斜角過小代表外側滑車面發育扁平，伸膝時對抗髕骨外移或傾斜的阻力減弱，是髕骨外側脫位的首要解剖學危險預測指標[22-26]。本文中股骨外側滑車傾斜角對復發性髕骨不穩的診斷閾值為<15.1°，高于Carrillon等[11]定義的診斷閾值<11°，與本文采取滑車近端層面測得的髕骨不穩組均值(11.1±2.5)°和對照組均值(20.5±2.8)°有所差異，可能與Carrillon等[11]納入人群年齡跨度較大有關。Balcarek等[20]認為股骨滑車溝角度及深度在不同年齡段的髕骨不穩患者中沒有統計學差異，與本文結果一致。

ISR值被證實為測量髕骨位置最可靠的指標之一，其MR所測正常值約1.1±0.2[24]，稍低于本文對照組均值1.2±0.09。高位髕骨可能是由髕韌帶增長和/或股四頭肌攣縮引起，屈膝時髕骨移位至滑車溝的距離增加，導致關節面下軟骨慢性磨損，同樣是導致髕骨不穩的重要危險因素[6，16，23]。本文研究結果表明復發性髕骨不穩患者的ISR診斷界值具有性別上的統計學差異，分別為男>1.30，女>1.33，低于Meyers[2]等研究結果：男>1.32，女>1.52，考慮與Meyers等[2]研究對象沒有排除骨關節炎、外傷或手術治療等病史有關，但就ISR的診斷閾值在女性中顯著高于男性而言觀點一致。

另外一個影響髕骨不穩的因素為脛骨結節外移或外旋，可以通過測量TT-TG(脛骨結節-股骨滑車溝)距離來反映。既往文獻對TT-TG的正常范圍爭議較大，從(8.6±0.3)mm到(14.8±3.9)mm均有報道[2，13，14]，目前被普遍接受的一個參考指南[8]為TT-TG<15mm為正常，15～20mm為臨界范圍，>20mm為顯著異常，因此，不同文獻提出的脛骨結節內移術的干預指標在15～20mm中浮動[2，9]。TT-TG距離的增大反映了脛骨結節向外側牽拉髕韌帶使之作用于髕骨的外翻矢量加大，誘發髕骨脫位，是髕骨不穩術前常規測量指標之一。以16歲為界，Dickens等[14]報道青少年兒童(≤16歲)髕骨不穩組和正常組TT-TG均值分別為(12.2±1.1)mm和(8.6±0.3)mm，并提出TT-TG距離隨著年齡的增長(即骨骼發育的成熟)而增加，而在男女性別中沒有統計學差異，Balcarek等[15]卻認為TT-TG距離與年齡沒有明確的相關性。本文研究結果表明復發性髕骨不穩組的TT-TG均值(18.7±2.8)mm顯著高于對照組(8.5±3.6)mm，且在兩組人群中均具有年齡上的統計學差異，TT-TG診斷閾值在>16歲成人中較≤16歲青少年兒童高出2.1mm，分別為>14.7mm和>12.6mm。

綜上所示，伸膝時MR定量測量的髕股關節指標對復發性髕骨不穩具有較好的臨床診斷價值，且部分指標具有特異性的性別或年齡的診斷閾值。髕骨偏移指數、髕骨傾斜角和ISR的診斷界值在女性中明顯高于男性，而TT-TG距離的診斷界值在>16歲成人中明顯高于≤16歲青少年兒童，即TT-TG距離隨著骨骼發育的成熟而增加。

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ApplicationvaluesofMRIquantitativemeasurementsinthediagnosisofrecurrentpatellarinstability

GAO Chang,WANG Wen-tao,XU Lei,et al.

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China

Objective：To explore the MRI quantitative measurements in different genders and ages and the value of MR quantitative measurement in diagnosing the recurrent patellar instability．Methods54 patients (58 knees) failed of conservative treatment and clinically confirmed with recurrent patellar instability were recruited as the patellar instability group.53 healthy volunteers (53 knees) without pain and trauma were recruited as the control group.All of them were retrospectively evaluated using MRI images,including bisect offset index,patellar lateral tilt,sulcus angle,lateral trochlear inclination,insall-salvati ratio (ISR),and tibial tuberosity-trochlear groove distance (TT-TG).Independent samplettest or Mann-Whitney U test were used to compare the differences of these measurements between two groups,as well as different genders and ages in each group.The area under curve (AUC) of receiver operating characteristic was used to calculate and define the diagnostic thresholds,sensitivity and specificity．ResultsBisect offset index,patellar lateral tilt,sulcus angle,ISR and TT-TG in patients with recurrent patellar instability were significantly higher than those in control group，whereas lateral trochlear inclination was significantly reduced，and the AUCs of each measurement were all greater than 0.9.For all participants,the diagnostic thresholds of bisect offset index,patellar lateral tilt and ISR in females were greater of 13.8%,3.1° and 0.03 respectively than those in males (P<0.05),whereas the diagnostic thresholds of TT-TG were 2.1mm greater in adults above the age of 16 than that in adolescents under the age of 16 (P<0.05).ConclusionAt full extension of the knee，MRI quantitative measurement (bisect offset index，patellar tilt angle，sulcus angle，lateral trochlear inclination，ISR and TT-TG) are effective in evaluating recurrent patellar instability．Furthermore，some measurements (bisect offset index，patellar lateral tilt and ISR) had specific diagnostic thresholds in different ages and different genders.

Patellar; Magnetic resonance imaging; Diagnosis

R323.72; R445.2

A

1000-0313(2017)10-1051-06

2016-12-29

2017-03-14)

210029 南京，南京醫科大學第一附屬醫院放射科

高暢(1991-)，女，江蘇鹽城大豐區人，碩士研究生，主要從事肌肉骨骼系統影像診斷工作。

鄒月芬，E-mail：zou_yf@163.com

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.012