復發性髕骨不穩MRI測量的影響因素及其預測價值

曹慧芳, 李慧明, 劉璐, 楊慧敏

髕骨脫位經保守治療后，出現復發性髕骨不穩的情況非常常見，文獻報道其復發率為40%～60%[1,2]。這是由于復發性髕骨不穩患者其自身髕股關節存在一定的解剖異常[3]，因此臨床上需要早期預測潛在的復發性髕骨不穩情況從而調整治療方式。MRI具有軟組織分辨力高、無電離輻射等優勢[4,5]，是目前公認的評估髕股線性排列及軟骨解剖最佳的影像學手段[6,7]。但MRI多用于髕骨脫位的診斷，其是否能用于復發性髕骨不穩的預測目前未見相關文獻報道。因此，本研究以首次髕骨脫位并經保守治療后，出現復發性髕骨不穩的患者為研究對象，分析其導致復發性髕骨不穩的影像學影響因素，并探討預測復發性髕骨不穩的MRI測量指標，旨在幫助臨床選擇更適合的治療方式來提高髕骨的穩定性。

材料與方法

1.研究對象

選擇2016年1月-2019年1月在我院就診并確診為復發性髕骨不穩的患者80例作為研究對象。病例納入標準：①患者首次髕骨脫位的原因是直接暴力傷或間接性扭傷；②患者首次髕骨脫位時僅進行了保守治療；③患者首次髕骨脫位時在我院接受MRI檢查并保留完整影像資料；④首次髕骨脫位至復發性髕骨不穩的時間<3年。病例排除標準：患者有類風濕關節炎、骨關節炎等慢性病史。本研究共納入患者57例(排除23例)并定義為復發組，其中男16例，女41例，年齡14～29歲，平均(20.3±5.2)歲，左膝28例，右膝29例；首次髕骨脫位的病因分別為滑倒扭傷20例，跳躍扭傷21例，轉體扭傷16例。另選擇2014年1月～2016年1月在我院就診并同樣采取保守治療的髕骨脫位患者60例，均于2019年1月通過電話隨訪得知未出現復發性髕骨不穩，平均隨訪時間為(3.8±0.4)年，且保留完整的影像學資料，作為本研究的對照組。對照組60例患者中男16例，女44例，年齡14～27歲，平均(19.5±4.3)歲。復發組與對照組患者的年齡、性別比例差異無統計學意義(年齡：t=0.909，P=0.365；性別：χ2=0.029，P=0.865)。所有患者均對本研究知情同意，本研究獲我院倫理委員會批準。

2.MRI檢查及測量

所有患者均采用Siemens 3.0T SKYRA超導型磁共振成像儀和膝關節專用線圈行MRI檢查。矢狀面T1WI掃描參數：TR 381 ms，TE 8.3 ms，視野150 mm×150 mm，矢狀面脂肪抑制T2WI-FS掃描參數：TR 3001.36 ms ，TE 62.00 ms,視野170 mm×170 mm，冠狀面質子密度加權成像(proton density weighted image，PDWI)掃描參數：TR 2830 ms ，TE 45 ms ，視野150 mm×150 mm，橫軸面脂肪抑制T2WI-FS掃描參數：TR 2890.48 ms ，TE 62.00 ms，視野170 mm×170 mm。以上序列掃描層厚為3 mm，層間距為0.3 mm，矩陣 256×256。患者取仰臥位，囑患者放松下肢同時膝關節伸直外旋5°～10°(或在掃描時膝關節向內側偏 5°～10°)。

導出膝關節MRI圖像后使用脫機軟件進行測量，測量指標包括髕骨偏移指數(tibial offset index，BSO)、滑車適合角(trochlear congruence angle，CA)、髕骨傾斜角(patellar tilt angle，PTA)、股骨外側滑車傾斜角(lateral trochlear inclination，LTI)、股骨滑車面對稱性、滑車溝角度(sulcus angle，SA)、股骨滑車深度、脛骨結節-股骨滑車溝距離(tibial tuberosity-trochlear groove distance，TT-TG)、髕韌帶長度與髕骨最長徑之比(Insall-Salvati Ratio，ISR)、髕骨后下緣至脛骨平臺前方距離與髕骨后緣長徑之比(Caton-Deschamps index，C-D)。其中 ISR 和 C-D 在矢狀面PDWI圖像上測量,其余指標均在軸面T2WI-FS圖像上測量：①以股骨滑車凹最低點與參考線的垂線平移至髕骨最大橫截面層面中測量BSO(圖1a)；②在股骨滑車凹最低點層面測量CA(圖1b)；經髕骨最大橫截面層面測量PTA(圖1c)；③選用滑車近端層面(保證滑車軟骨全覆蓋),以軟骨下骨板作為基線，測量LTI(圖1d)、股骨滑車面對稱性、SA(圖1e)和股骨滑車深度(圖1f)；④分別選取經股骨滑車溝最深橫截面(圖1g)及脛骨結節最凸點橫截面(圖1h)測量TT-TG距離；⑤髕韌帶長度與髕骨最長徑比值定義為ISR,髕骨后下緣至脛骨平臺前方距離與髕骨后緣長徑比值定義為C-D(圖1i)。

3.統計學分析

結 果

本研究共納入復發組患者57例，對照組患者60例，均通過軟件脫機分析患者的MRI影像學資料并進行了BSO、CA、PTA、LTI、SA、股骨滑車面對稱性、滑車深度、TT-TG、ISR、C-D等指標的測量。

1.復發組與對照組的MRI測量指標比較

比較復發組與對照組的MRI測量指標，結果顯示復發組患者的BSO、PTA、LTI、TT-TG和ISR高于對照組，差異均具有統計學意義(P值均<0.05)；兩組患者的CA、SA、股骨滑車面對稱性、滑車深度和C-D等數據差異均無統計學意義(P值均>0.05，表1)。

表1 復發組與對照組的MRI測量指標比較

2.復發性髕骨不穩的多因素Logistic回歸分析

將兩組比較存在統計學差異的測量指標進一步行多因素Logistic回歸分析，以篩選復發性髕骨不穩的獨立影響因素，結果顯示BSO和PTA對復發性髕骨不穩無明顯影響，差異無統計學意義(P>0.05)。而LTI(P=0.048)、ISR(P=0.000)和TT-TG(P=0.025)是復發性髕骨不穩的獨立影響因素。根據優勢比(odds ratio,OR)值，對復發性髕骨不穩影響最大的是ISR(OR=8.512)，其次是LTI和TT-TG(OR分別為1.338、1.322，表2)。

表2 復發性髕骨不穩MRI測量的多因素Logistic回歸分析

3.MRI測量指標預測復發性髕骨不穩的ROC曲線分析

MRI測量指標預測復發性髕骨不穩的曲線下面積(area under curve，AUC)存在較大差異，ISR預測的準確度最高，其AUC達到0.891，敏感度為100%，但特異度較低(60.00%)。TT-TG和LTI的AUC均低于ISR(表3)，差異有統計學意義(P<0.05)。三項測量指標聯合預測復發性髕骨不穩的準確度最高(AUC=0.938)，顯著大于三項測量指標單獨預測復發性髕骨不穩的AUC(圖2)，差異均有統計學意義(P值均<0.05)，其擬合方程為logit(P)=-37.681+22.687×ISR+0.339×LTI+0.281×TT-TG；最佳診斷點為0.340，診斷敏感度為91.23%，特異度為83.33%。

表3 MRI測量指標預測復發性髕骨不穩的ROC曲線分析

注：與聯合指標比較，*P<0.05。

討 論

髕骨脫位的保守治療主要包括股四頭肌鍛煉、繃帶包扎或護膝保護，主要針對病情較輕以及拒絕手術的患者[8,9]，然而由于這類患者往往髕骨關節存在一些解剖異常，雖然程度較輕，但也因此容易反復出現復發性髕骨不穩的情況[10,11]。由于反復的髕骨脫位或半脫位對患者傷害較大，因此臨床上需要能夠早期預測復發性髕骨不穩的方法從而及時調整治療方式。本研究對比了我院出現復發性髕骨不穩以及首次髕骨脫位后未出現復發性髕骨不穩患者的MRI影像學資料，試圖從影像學角度分析復發性髕骨不穩的影響因素，并從中找出能夠預測復發性髕骨不穩的指標。

本研究對比了復發組與對照組MRI的測量指標，發現BSO、PTA、LTI、TT-TG和ISR在兩組中差異有統計學意義，而CA、SA、股骨滑車面對稱性、滑車深度和C-D在兩組中差異無統計學意義。BSO是用于描述髕骨外移程度的主要指標，可以用來衡量髕骨軌跡異常，是反映髕骨半脫位的定量指標[12]。PTA用于描述髕骨傾斜程度，PTA增大往往是由松弛的內側髕股韌帶和股內斜肌導致的。PTA與BSO一樣也可以用于衡量髕骨軌跡異常，但角度不同，PTA是反映髕骨內外側支持力量平衡性的定量指標[13]，LTI是用于描述股骨滑車發育不良的主要指標，LTI 過小提示股骨外側滑車面發育扁平,伸膝過程中對抗髕骨外移的阻力減弱，會導致髕骨遷移至滑車溝外的危險性增高[14]。TT-TG是指股骨髁間凹與脛骨結節之間的距離，TT-TG增大說明脛骨出現了過度外旋，會導致髕骨外側脫位，是臨床常用指標，TT-TG>20 mm是手術干預指征[15]。ISR是描述髕骨位置的主要指標，ISR>1.2提示高位髕骨，高位髕骨會導致屈膝時髕骨移位至滑車溝的距離增加，從而磨損關節面下軟骨，是髕骨不穩的重要危險因素之一[16]。

圖1 復發性髕骨不穩的MRI測量。a)BSO的測量：AB是髕骨橫斷面的最長橫徑，OB是髕骨在股骨滑車凹中線外側的部分，BSO=OB/AB；b)CA的測量：CA=股骨滑車溝的角平分線D與股骨滑車凹最低點和髕骨嵴最低點連線C的夾角；c)PTA的測量：PTA為髕骨長軸與參考線(以股骨內外后髁連線為參考線)的夾角(α)；d)LTI的測量：LTI為股骨外側滑車面與參考線的夾角(β)；e)股骨滑車面對稱性的測量：股骨滑車面對稱性=內側滑車面長度(m)/外側滑車面長度(l)；SA的測量：SA=m與l的夾角；f)股骨滑車深度的測量：股骨滑車深度=[股骨外側滑車最凸點(L1)+股骨內側滑車最凸點(L3)]/2-滑車溝最凹點到參考線的垂直距離(L2)；g)TT-TG的測量：TT-TG=股骨滑車溝最凹點(E)和脛骨結節最凸點(F)之間的垂直距離。h)TT-TG的測量；i)ISR的測量：ISR=髕韌帶長度(c)/髕骨最長徑(a)；C-D的測量：C-D=髕骨后下緣至脛骨平臺前方距離(d)/髕骨后緣長徑(b)。

本研究進一步分析了復發性髕骨不穩的影響因素，發現LTI、ISR和TT-TG是患者初次髕骨脫位后，發生復發性髕骨不穩的獨立影響因素。其中ISR對復發性髕骨不穩的影響最大(OR=8.512)，說明ISR的細微變化能夠顯著提高患者出現復發性髕骨不穩的風險。為了分析LTI、ISR和TT-TG預測復發性髕骨不穩的準確性，筆者對LTI、ISR、TT-TG及其三者的聯合繪制了ROC曲線。結果顯示ISR確實是預測復發性髕骨不穩較理想的指標，其單獨預測的AUC接近0.9，而且敏感度達100%；說明利用ISR預測患者是否會出現復發不容易出現遺漏，但特異度比較低，表明單獨依靠ISR預測復發會出現一定概率的誤診。三項指標聯合預測的AUC提高到0.938，提示三項測量指標聯合預測復發性髕骨不穩的準確性最好。三項測量指標聯合預測復發性髕骨不穩的最佳診斷點為0.340，其敏感度為91.23%，特異度為83.33%。臨床上可通過MRI測量患者的LTI、ISR和TT-TG，然后利用SPSS軟件基于Logistic回歸模型擬合方程計算其預測復發性髕骨不穩的概率，若其概率>0.340則提示其存在發生復發性髕骨不穩的風險。

本研究存在以下不足之處：①在選擇研究對象時未考慮研究對象從事的職業以及是否存在過度運動的可能，因此可能存在選擇偏倚；②本研究的指標均通過脫機分析軟件在導出的MRI圖像上進行測量，無法確定該方法是否存在因不同設備間的傳輸造成的測量誤差；③有關髕骨解剖結構的測量指標很多，本研究并不能確保所測指標一定是預測復發性髕骨不穩的最準確指標，需要臨床進一步擴大樣本量進行驗證。另外需要注意的是，復發性髕骨不穩的出現受到偶然因素的影響，所以本研究結果僅可用于預測患者出現復發性髕骨不穩的風險，并不能排除患者髕骨復發的可能。

綜上所述，ISR、LTI、TT-TG三個指標的聯合對預測患者初次髕骨脫位后，發生復發性髕骨不穩具有較高的臨床應用價值，可為臨床選擇更適合的治療方式來提高髕骨的穩定性提供參考依據。

圖2 ISR、TT-TG、LTI及聯合指標預測復發性髕骨不穩的ROC曲線分析。