膝關節不同體位MR掃描評價前交叉韌帶損傷及髕股關節不穩的研究進展

金笑，袁慧書

膝關節是人體最大、構成最復雜的關節，其損傷在臨床上十分常見。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有軟組織密度分辨率高、多方位、多參數成像的優勢，在顯示骨與骨髓、關節與關節軟骨、關節內結構及軟組織等方面優于X線及計算機斷層掃描(computed tomography，CT)，在無創性上優于關節鏡，因此近年來廣泛應用于多種膝關節損傷的影像學診斷。以往的膝關節MRI檢查多采取患者仰臥位、膝關節伸直的體位作為膝關節的常規掃描體位。國內外文獻發現，膝關節不同伸屈位置時的解剖關系和運動學特點使得僅于伸直位掃描進行的膝關節病變的評價的準確性有待提高，主要反映在前交叉韌帶損傷及髕股關節不穩上。筆者將對在不同掃描體位時評價前交叉韌帶損傷及髕股關節不穩這兩方面的影響進行綜述。

1 評估前交叉韌帶損傷

1.1 ACL解剖與膝關節伸屈活動的關系

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)可分為股骨附著區、中間段及脛骨附著區，其中股骨附著區是ACL斷裂的好發部位。雖然MRI對ACL完全斷裂的診斷特異性和敏感性高，但較難診斷部分斷裂和陳舊損傷。這是由于大多數醫院以伸直位作為常規MRI膝關節檢查的體位，而此時少數患者的ACL股骨附著點不能被完全顯示。一般認為，ACL由兩大纖維束即前內側束(anteromedial bundle，AMB)及后外側束(posterolateral bundle，PLB)組成[1]。膝關節處于伸直位時，AMB松弛、PLB拉緊，隨著膝關節的屈曲，AMB拉緊、PLB松弛。由于AMB較粗大而PLB細小，ACL的總體長度與AMB的測量相關性更強[2]，因此屈曲時觀察ACL更為完整、清晰。傾斜角(elevation angle)是指前交叉韌帶縱軸與脛骨平臺面之間的夾角。不少研究發現，AMB的傾斜角在伸直位較大，在膝關節屈曲0°～120°范圍內逐漸顯著減小[3]。伸直位時，AMB傾斜角大，矢狀位上ACL的股骨附著點在少數患者中不能被完全顯示，而這正是ACL斷裂的好發部位。隨著膝關節屈曲，AMB與髁間窩頂區逐漸分離，ACL股骨附著區總體也更朝向水平方向，因此可以有效降低ACL損傷的假陰性。

由于上述ACL獨特的走行方式、纖維束結構及伸屈活動中的變化，常規MRI在顯示正常ACL結構及其損傷時的異常征象上難度較大，易造成假陽性或假陰性。主要原因包括：(1)在伸直位時股骨附著部顯示較寬、平，隨著屈曲角度增大，前交叉韌帶纖維束扭曲，股骨段在矢狀面上變窄，從而能從扇形逐漸變為圓柱形的束狀結構[4]，顯示更清晰；(2)正常前交叉韌帶在伸直位時拉緊，因此股骨附著區顯示不佳，而隨著屈曲角度增大，股骨段與髁間頂區分離，髁間窩容積變大，股骨附著區顯示更清晰；(3)伸直位時因部分容積偽影的影響，正常的前交叉韌帶內可能也表現出MRI信號不均，出現類似于損傷的表現，從而造成假陽性，而屈曲位可以減少部分容積偽影[5]。

1.2 屈曲角度對ACL正常結構觀察的影響

以往不少研究表明，在利用MR圖像觀察ACL結構時，屈曲位相比伸直位有顯著優勢。Niitsu等[6]最先進行了膝關節半曲位(30°～60°，平均45°)的掃描并與常規伸直位時的MRI圖像對比，對于關節鏡證實為未受損的前交叉韌帶，半曲位圖像在呈現股骨附著區和中間段上分別以53%和36%的比例優于伸直位。Pereira等[7]發現微曲位(10°～30°，平均17°)的MR掃描圖像相比伸直位在顯示全長和各個部分都更具優越性。陳旭高等[8]發現90°屈曲時ACL增粗明顯，PCL、Wrisberg韌帶被拉直，三者在矢狀位上同時被完整成像的程度較高。Guenoun等[9]首次利用動態MRI研究正常ACL隨膝關節伸屈(過伸位、中立位、屈曲45°及屈曲90°位)時的動態變化，ACL長度、近端附著角(the angle of proximal insertion)及遠端附著角(the angle of distal insertion)，三者皆隨膝關節屈曲角度增大而增大，AMB逐漸拉伸、PLB逐漸縮短。這一結果提示了ACL的動態軌跡，亦確立了AMB在ACL伸直時的主要作用。

1.3 屈曲角度對診斷ACL撕裂的影響

屈曲位所得的MR圖像相比伸直位在診斷ACL斷裂(尤其是部分斷裂)上也具有優越性。Niitsu等[6]發現，對于關節鏡證實為斷裂的前交叉韌帶，半曲位圖像呈現了更清晰的撕裂灶(48%)和韌帶殘端結構(52%)。Muhle等[4]比較了屈曲30°、55°及伸直位時的MR掃描結果，發現屈曲30°和55°位相比伸直位對前交叉韌帶部分撕裂的診斷更準確，而55°時則能更清晰顯示脛骨附著段。對于ACL損傷繼發的半月板損傷的評估則在屈曲位和伸直位上沒有明顯差異。Nenezic等[5]發現在診斷部分撕裂的ACL時，屈曲位及斜矢狀位相比常規伸直矢狀位都具有優越性，且屈曲位時更能精確提示韌帶內的高信號。另外，有時斜矢狀位未必能與ACL走行完全平行，而使ACL中間纖維束顯示不清，股骨附著區顯示不佳，因此斜矢狀位也具有其局限性。另外，國內外對于評價ACL斷裂合并其他結構損傷的研究仍少，現僅有少數文獻發現ACL損傷繼發的半月板損傷的評估在屈曲位和伸直位上沒有明顯差異[4，10-12]。目前，還尚無文獻利用動態MRI比較損傷的ACL在不同屈膝角度時的軌跡，這可能是未來進一步研究的方向。

國內外許多文獻嘗試了多種多樣的膝關節擺位方式。最初，研究者多使用表面線圈，將海綿墊、布團等放置于患膝下方以達到微曲位及半曲位[7，13]，但此類方式所得的角度易隨身高波動，誤差較大。除柔性表面線圈外，目前國內外也常采用膝關節專用線圈進行MRI掃描，此時由于線圈本身為硬材質、有一定高度，因此病人實際上是以膝關節微曲位(約17°)[14]進行掃描，但目前尚無文獻比較17°微曲位與其他屈曲體位(如30°、45°等)在顯示前交叉韌帶和診斷ACL損傷上的優劣。近年來常采用角度固定的非磁性支架及量角器以準確控制角度在15°、30°、45°等范圍[9，15]。如果要達到較大屈曲角度，則需要使患者側臥并處于盡量舒適的狀態，幫助保持受試膝關節的靜止狀態。對于身材較高大、體型較肥胖的患者，大角度屈曲位的掃描仍存在一定困難，尚需進一步改進掃描方法[16]，并規范多角度掃描的適應證、禁忌證等。另外，目前尚無研究表明不同體位對ACL重建術后MRI評估的影響，鑒于動態MRI對正常或病理性的ACL變化的揭示作用，這很可能為手術方式優劣的選擇、預后的功能評估帶來新的探討。

2 評估髕股關節不穩

目前，包括傳統X線片、CT、MRI在內的多種影像學手段均可評估髕股關節的位置及其穩定性。早在1977年就有學者報道髕骨的位置異常在屈曲20°～30°之間更顯著[17]，這是由于股四頭肌向外作用力的矢量大于向內的矢量，且髕骨在此時還未完全進入股骨滑車溝內、不能被股骨內外側髁穩定，所以此時髕骨的穩定性完全取決于肌肉的緊張度。因此，膝關節屈曲至少30°投照的X線軸位片在評價髕股關節不穩上就存在固有的局限性，從而可能錯過診斷髕股關節排列異常所需的重要臨床提示信息。MRI以其無創性、多層面成像能力及良好的組織分辨率逐漸成為評價髕股關節不穩的重要影像學手段。目前，在傳統X線片上采取的評價髕股關節穩定性的參數也被廣泛應用在了MRI上，從而定量研究髕骨移位、傾斜、脫位等解剖和運動特征。

2.1 評價股骨滑車發育不良

膝關節小角度屈曲位對于評價滑車發育不良更有特異性。目前常用股骨滑車角(femoral trochlear angle，FTA/sulcus angle，SA)反映股骨髁的解剖學特征。FTA是股骨滑車溝最低點分別與股骨內外側髁最高點的連線形成的夾角(圖1)，越大提示股骨滑車凹越淺；隨著髕骨在膝關節屈曲過程中逐漸進入滑車凹并由淺凹向深凹移動，FTA逐漸減小[18]。文獻發現，髕股關節排列異常的患者與對照組的FTA在小角度(即＜30°，亦有文獻顯示男性0°～20°，女性0°～10°[19])屈曲時相比伸直時的差異更明顯，說明小角度屈曲時通過測量FTA診斷滑車發育不良的特異性更高。

2.2 評價髕骨脫位/半脫位

膝關節屈曲15°～30°位相比伸直位評價髕骨脫位/半脫位更準確，主要有兩方面的原因：(1)小角度屈曲位所得MR圖像對評價髕骨脫位及半脫位更為敏感；(2)可減少由于患者股四頭肌緊張造成的誤差。

圖1 股骨滑車角。指股骨滑車溝最低點分別與股骨內外側髁最高點的連線形成的夾角 圖2 適合角。指股骨滑車溝最低點和髕骨中央脊的連線與FTA的平分線所形成的夾角 圖3 髕骨傾斜角。指髕骨內外側最突出點與股骨髁后緣軟骨下骨切線的夾角Fig. 1 Femoral trochlear angle, FTA. FTA is the angle formed between lines joining the highest points of the bony medial and lateral condyles and the lowest bony point of the intercondylar sulcus. Fig. 2 Congruence angle, CA. CA is the angle formed by the line bisecting the FTA and the line connecting the apex of the trochlea to the deepest portion of the median groove of the patella. Fig. 3 Patellar tilt angle, PTA. PTA is the angle formed by lines joining the posterior femoral condyles and the maximum width of the patella.

運動醫學研究發現，正常人屈膝初期髕骨從起始位置向遠端滑移的同時也開始向膝關節內側移動，屈膝至15°～30°時，髕骨內移逐漸達到最大，然后轉向外側移動，至屈膝40°時，髕骨又回到中位線上[20]。而髕股關節不穩的患者在膝關節屈曲15°～45°時髕骨中心從初始外移位置持續向外側移動[21-22]，因此30°時正常人與患者的差異可能更顯著，這種運動軌跡的差異同樣體現MR圖像上[23]。評估髕骨脫位/半脫位時常用適合角(congruence angle，CA)，即股骨滑車溝最低點和髕骨中央脊的連線與FTA的平分線所形成的夾角(圖2)，此角在平分線的外側為正值，正值越大說明髕骨越向外移，＞16°可以診斷半脫位[24]。多數文獻表明，髕股關節不穩的患者與對照組的CA在屈膝＜30°時差異較明顯[25]，且屈曲30°時髕骨半脫位的發現率高于0°及45°[26]，因為此時髕骨的運動受滑車凹及伸膝裝置的影響尚小，髕骨最不穩定；而屈膝＞30°時，伸膝裝置緊張度增加、滑車凹骨性突起等因素會減輕髕骨移位，因此輕微的髕骨脫位不能被確切反映出來。

另外，Laugharne等[27]發現正常人在膝關節伸直位且股四頭肌緊張時測量的髕骨移動率(bisect offset，BSO)可超過正常參考值，而在屈曲30°時無論股四頭肌緊張與否均處于正常區間內。由于病人在進行MRI檢查時心情緊張，可能會不自覺地收縮股四頭肌，這就導致伸直位BSO測量值升高的假陽性，高估了髕骨外移程度而進行不必要的手術。因此屈曲位可以有效防止股四頭肌收縮或松弛對測量BSO造成的誤差。

2.3 評價髕骨傾斜

國內外文獻發現，在10°～30°時評價髕骨傾斜較為準確。廣泛應用于評估髕骨傾斜的參數是髕骨傾斜角(patellar tilt angle，PTA/lateral patellar tilt，LPT)。PTA指的是髕骨內外側最突出點與股骨髁后緣軟骨下骨切線的夾角(圖3)，此角度為正值時提示髕骨外傾，角度越大提示外傾程度越大，從膝關節伸直位到屈曲30°時PTA逐漸減小。有學者發現，45°時髕股關節不穩患者與正常人十分接近[23]，提示在45°時測量PTA對診斷髕骨傾斜幾乎沒有臨床意義。另外，類似BSO，正常人在伸直位且股四頭肌緊張時測量的PTA可以達到正常值高限，在伸直位時測得的PTA可能影響臨床判斷[27]。因此，選擇在10°～30°時測量PTA評價髕骨傾斜可能是一個相對合適的妥協[28]。

2.4 評價股骨和脛骨相對位置

在小角度屈曲時評價股骨和脛骨的相對位置更有優越性。目前國內外常使用脛骨結節-股骨滑車距離(tibial tuberosity-trochlear groove distance，TTTG)反映股骨和脛骨的相對位置，評估伸肌裝置的外移。TTTG指選取股骨滑車凹最低點和脛骨結節的最高點并測量這兩點間的水平位移，TTTG值的增大是導致髕股關節不穩的一個可能因素[29]。既往文獻認為，不同角度之間的TTTG和參考值不具有可比性，在進行MRI檢查時有必要將TTTG測量時的屈膝角度標明，以防對手術指征的判斷造成誤差。Dietrich等[30]比較了健康成年人在膝關節屈曲0°、15°、30°時橫斷面T1加權自旋回波圖像的TTTG，發現隨著角度增大，TTTG減小，這可能是由于在膝關節接近伸直位時脛骨外旋的“擰緊”機制[31]。Figueroa等[32]在膝關節屈曲20°時發現有髕股關節疼痛癥狀的患者與健康人的TTTG之間具有統計學差異。Becher等[23]發現髕股關節不穩的患者與正常人的TTTG在0°和15°有明顯差異，而在30°、45°時不顯著。因此推薦在15°時測量TTTG，因為此時病人處于比較舒適的位置并可以使運動偽影的影響最小化。

2.5 評價內側髕股韌帶

內側髕股韌帶(medial patellofemoral ligament，MPFL)提供了限制髕骨向外側移位約53%的作用力[33]，因此在限制髕骨外移上起著重要的作用，尤其在小角度屈曲位時更具意義[34]。分析MPFL的長度變化可以協助髕骨復發性脫位的診斷。Arai等[35]在體外通過開放式MRI多角度地(膝關節伸直、屈膝30°、60°、90°及120°)研究髕骨脫位病史的患者與健康成人的MPFL長度變化的差異，發現正常人的MPFL在屈膝60°時有最強的張力，在0°～60°時貢獻主要的張力；而患者的MPFL在0°和30°時長度明顯增加，大于30°時減小，60°時損傷的MPFL凸向髕骨關節面。這些區別表明，有髕骨脫位史的患者MPFL在0°～60°時缺乏足夠的張力，特別在0°～30°時。因此30°時測量MPFL的長度更具臨床意義。

目前，國內外對不同膝關節伸屈角度對于評價髕股關節不穩的影響的研究尚有不同程度的局限性。首先，多數研究集中于0°～60°屈曲時的動態變化，對于屈曲更大角度時諸測量參數的變化研究較少。近年來由于開放式MRI的出現，大角度屈曲位時髕股關節的運動軌跡或許可以得到更準確、完整的補充，也可以更便于研究負重時髕股關節的運動軌跡。其次，以上評估髕股關節不穩的測量指標參數大多是為傳統X線片所設計的，隨著使用MRI評價髕股關節解剖及運動特征的普及，尋找新的更適合MRI檢查的測量指標或許是日后的研究方向。另外，作者發現健康人的各個參數在諸多角度時所呈現的值的差異可以較顯著，因此建立并規范在不同膝關節屈曲角度時的參考區間，并在檢查時標明膝關節所處的角度是很有必要的，未來將會需要更多的研究來完善MRI檢查在角度和參數選擇上的規范性。

3 結論

通過比較國內外文獻中不同膝關節伸屈角度對評價膝關節損傷的影響，發現不同掃描體位在評價不同類型損傷時各有側重。對于前交叉韌帶的觀察與評價，屈曲位相比伸直位有顯著優勢。而對于髕股關節不穩，則推薦在小角度屈曲時評估多種病變。因此，采取不同屈曲角度的膝關節掃描體位有利于減少假陽性及假陰性，為臨床診斷相關疾病提供更完善的影像學證據，未來在進一步完善MRI掃描方案上仍有較大的研究空間。