膝關節前交叉韌帶損傷的研究進展

夏婷婷，張丹

(承德醫學院附屬醫院南區放射科，河北 承德 067000)

0 引言

膝關節損傷在日常體育活動中經常發生[1]，而前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)撕裂又是常見的嚴重膝關節損傷。據統計，美國每年大約有20萬例ACL損傷，且該損傷發生率正在增加，特別是在青春期[2-3]。而國內，敖英芳等[4]人研究結果表明，運動員ACL損傷的總體發病率為0.47%。前交叉韌帶損傷多見于日常體育運動，如足球、籃球、跳高等，專業運動員還常見于武術、體操、柔道等項目[4-5]。

ACL在維持膝關節穩定性中起著重要作用，其損傷不僅會導致嚴重的膝關節不穩定，還能引起繼發性膝關節損傷，比如半月板撕裂和關節軟骨損傷[6]。本文就解剖及生物力學、臨床診斷、影像學檢查等方面對前交叉韌帶損傷的研究進展進行論述。

1 ACL解剖及生物力學

ACL兩端分別附著在股骨外側髁的內側面和脛骨平臺中央，從外后方斜行至內前方[7]。含有血管來源的結締組織干細胞隔膜將前交叉韌帶分成兩束[8]，根據ACL在脛骨相對插入位點，再將這兩束分別命名為前內側(the anterior medial，AM)束和后外側(the posterior lateral，PL)束，即2個功能性前交叉韌帶束[7,9,10]。但國外學者認為ACL還存在中間束，由于中間束的解剖和生物力學特性與AM束最相似，因此通常將中間束視為AM束的一部分[11-12]。Norwood等[11]人認為前交叉韌帶脛骨附著處形態為倒置的三角形，在脛骨髁間嵴附著點從內向外依次為前內側束、中間束、后外側束。在一項組織學研究中，Odensten[13]在ACL中沒有發現單獨存在的纖維束，關于纖維束的解剖還存在一定爭議。ACL是一個位于膝關節內滑膜外的結構，周圍被兩層滑膜包裹[6]。該韌帶由大量致密的結締組織束組成，主要成分是Ⅰ型膠原蛋白，其次是Ⅲ型膠原蛋白[6,14]，Ⅲ型膠原纖維把I型膠原纖維分成小束[9]。ACL兩端組織的結構與其典型的膠原纖維結構不同，股骨起始處和脛骨起始處的組織學結構由軟骨細胞樣細胞與典型的肌腱細胞整合而來[6,14,15]，分為4層，即韌帶層、纖維軟骨層、骨化的纖維軟骨層和軟骨下骨板層[16]。由韌帶逐漸向骨骼轉化的組織可緩沖通過ACL傳導的作用力，從而避免過大的應力作用于附著點，這可能對膝關節運動學有重要作用[6,9,14,16,17]。

ACL的主要功能是限制脛骨向前移位[18]，能有效防止膝關節旋轉不穩，其前內側束有助于前外側穩定性，后外側束有助于后外側穩定性[11]。在著地過程中，膝關節伸展(屈曲＜30°)這一姿勢易導致ACL損傷[19-23]。大量研究表明，尤其是在運動過程中，伸膝著地前交叉韌帶更易受傷，可能與股四頭肌強烈收縮致脛骨前移，ACL張力增加有關[24-26]。

2 ACL損傷的臨床診斷

ACL損傷的患者常表現為膝關節腫脹、疼痛、跛行、膝關節不穩定及彈響等。急性ACL損傷，常伴隨運動受傷史。臨床上普遍用于檢查ACL損傷的檢查方法有：①前抽屜試驗(anterior drawer test，ADT)：患者仰臥位，屈膝約90°，足平放于床上。檢查者用臀部將患者的患側足部固定，雙手握住患側小腿上端前拉，并與健側對比。②Lachman試驗：患者仰臥位，屈膝15°，檢查者一手握患側股骨下端，另一手握患側脛骨上端向前拉小腿，并與健側對比。③軸移試驗(pivotshift test，PST)：患者仰臥位，檢查者一手握患肢足踝。屈髖45°、伸膝、下肢外展，一手握住足部使小腿內旋外翻位，使膝逐漸屈曲，呈現突然錯動感，即為陽性。④杠桿試驗[27](lever sign test，LST)：患者仰臥位平躺在硬質的檢查桌面或患肢下方墊一硬質平板，檢查者將一手握拳置于患側小腿近端下方硬質平板上，另一手對股四頭肌施加一個向下的力；患者足跟從檢查臺上抬起為陰性，表明ACL完整，患者的足跟保持不動為陽性，表明ACL斷裂。如果足跟抬起，ACL完整，通過小腿的支點，將向下的力從股骨傳遞到脛骨。如果足跟沒有在重力作用下抬起，則認為ACL不起作用，可能是撕裂。

據國內學者吳宇峰[28]的研究報道，對于診斷ACL完全斷裂，Lachman試驗診斷價值最高。國外學者Massey[29]等人認為Lachman試驗的靈敏度最高，軸移試驗的特異度最高，杠桿試驗具有83%的高靈敏度和80%的特異性，其準確性與Lachman試驗、前抽屜試驗和軸移試驗沒有顯著差異。而前抽屜試驗的準確性低的原因有以下幾方面，急性患者由于關節疼痛無法屈曲90°行該檢查；膝關節屈曲90°時，附著在股骨內側的半月板后角可阻止脛骨前移，造成假陰性；后交叉韌帶松弛或斷裂時，也出現脛骨前移，容易誤診[30]。

Peeler等人的研究稱骨科醫生行Lachman試驗、前抽屜試驗和軸移試驗的準確性更高[31,32]。因此，在懷疑ACL損傷行體格檢查時，建議由經驗豐富的骨科醫生實施，以得到更高的體格檢查準確性，便于臨床醫生提早發現ACL病變，早期干預。但是物理檢查也存在一定的局限性，是主觀的，不精確的，伴隨一些急性期癥狀時，比如關節積液、活動受限、疼痛等，患者常常無法完全配合[28,33]，導致物理檢查診斷價值降低，臨床上還需結合影像學檢查進一步診斷。

3 ACL損傷的影像學檢查

3.1 X線檢查

X線檢查是臨床常見的影像學檢查，具有快速、費用低等優點。膝關節正側位X線片對于急性膝關節損傷，可作為首選的檢查，用于排除骨折、脫位等相關急性損傷[34]。在X線片上可顯示脛骨髁間嵴骨折，這常提示伴隨ACL損傷，若發現Segond骨折，即脛骨平臺外側撕脫骨折，也可提示伴ACL損傷的可能[35]。一般情況下，X片能較好顯影骨結構，是診斷骨折常見且快捷的診斷方式，但因膝關節結構復雜，導致其可能會遺漏部分骨折[36]，所以對于關節內結構還需行CT、MRI等檢查。

3.2 超聲檢查

因超聲具有準確、實時、經濟等特點，其在肌肉骨骼系統中的診斷價值日益提高[37]。現在，超聲已成功應用于腳踝、手腕、足部和肘部損傷的診斷[38-40]。正常ACL長軸切面為均勻低回聲帶狀結構，短軸切面股骨外側髁ACL起始處滑膜為光滑線狀回聲，且滑膜周圍無異常回聲[41,42]。當超聲聲像圖顯示為韌帶回聲增粗減低、韌帶連續性中斷、韌帶變細、周邊回聲增粗或減輕、股骨外側髁ACL起始處見低回聲時，提示ACL部分損傷、完全損傷、吸收或萎縮[41-43]。

王海杰等[44]人證實低頻超聲對ACL損傷具有高準確率，超聲具有經濟實用、操作簡便、普及性強，既無電離輻射，也無檢查禁忌證，可作為篩查ACL損傷的首選方法。但是鑒于該檢查具有主觀性，圖像分辨率較差，前交叉韌帶各束不能得到清晰的顯示，對于細微結構診斷困難，造成準確率降低[42,44]。

3.3 MRI檢查

MRI檢查對軟組織顯示有較高的分辨率，能夠清楚的顯示出膝關節韌帶及其周圍組織細小的結構環境，還能有效的去除膝關節周圍脂肪組織對掃描圖像的影響[45]。核磁共振的這些優點，讓其成為目前診斷ACL損傷的首選影像學檢查，可以清楚的顯示ACL的信號、走行[46]，直觀的判斷ACL的狀態。

正常ACL在核磁共振圖像上表現為勻稱邊緣光滑的均勻低信號影，基本原理是因為其中的氫原子固定在多肽形成的網架上，導致氫原子無法參與MRI成像[47,48]。而ACL中后部分的纖維束間被脂肪組織和疏松結締組織填充，從而使正常ACL內可見線狀或條紋狀的中等或高信號影分隔。ACL受損時，多肽網架遭到破壞，氫原子及水腫液在MRI圖像上均表現為韌帶內出現異常高信號[49]。

MRI診斷ACL損傷主要依靠直接征象和間接征象[49-51,46]。直接征象：(1)韌帶中斷：ACL走行區正常韌帶信號缺失，斷端攣縮；(2)ACL形態走行、信號不正常：ACL萎縮變細或水腫增粗，韌帶內出現高信號。間接征象：(1)脛骨前移：股骨外側髁中間的矢狀位，股骨髁后緣垂直線位于脛骨后緣垂直線后方5mm或7mm以上；(2)外側半月板后角裸露征：矢狀位上，外側半月板后角后緣垂直線位于脛骨后緣皮質垂直線后方；(3)后交叉韌帶(posterior cruciate ligment，PCL)指數：矢狀面上，后交叉韌帶股骨、脛骨附著點的最短連線(Y)與此線和PCL后凸處最高點間的垂直距離(X)的比值，該比值＞0.39表示ACL斷裂；(4)股骨外側髁凹陷征(Notch征)：股骨外側髁凹陷切跡大于1.5mm；(5)股骨外側髁和脛骨后外側平臺“對吻性”骨挫傷：局部呈網狀T1WI低信號，T2WI/PDWI+FS呈高信號影；(5)空髁間窩征：股骨髁外側髁的內側面未見前交叉韌帶附著；(6)PCL角：矢狀面上，PCL向后呈拱形，其近段、遠段形成的夾角，該夾角＜105°或109°時，提示ACL撕裂；(7)內側副韌帶損傷；(8)前交叉韌帶附著點撕脫骨折等。王志斌等[46]人在一項對124例患者進行回顧性分析的研究中，通過Logistic后退回歸法，得出與ACL損傷最相關的MRI征象為ACL信號或走行異常，其次為ACL連續性中斷、脛骨前移、外側半月板后角裸露征、PCL指數。郭吉敏等[49]人對194例患者的ACL損傷直接及間接征象分析后，還認為Notch征、骨挫傷這些間接征象，也可強烈提示ACL損傷。ACL損傷的MRI主要診斷標準是直接征象，當具備2種以上直接征象時診斷準確率增加[49]，當缺乏直接征象時，出現上述間接征象時，可在很大程度上提示ACL損傷。

根據MRI圖像將ACL損傷程度分級：①ACL完全撕裂：纖維束完全斷裂，韌帶松弛呈波浪狀；ACL的走行呈不正常平行或垂直走行；②ACL部分撕裂：ACL結構完整，走行呈弓形或波浪狀，信號異常；③ACL完整：韌帶形態完整，走行及信號正常。

MRI輔助診斷前交叉韌帶損傷的方法快速、便捷、無創，尤其是在ACL完全斷裂和ACL正常時診斷價值高[52]，但是MRI圖像診斷ACL部分撕裂的敏感性、特異性及準確性均低于完全撕裂[46]，而損傷程度分級對臨床治療有重要指導作用，臨床可根據嚴重程度行保守或手術治療。

3.4 彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

DTI已經廣泛應用于大腦、周圍神經、肌肉和腎臟等[53-58]領域。最近，還有學者嘗試將DTI應用于關節軟骨及韌帶重建術后評價[59-60]。DTI能越來越多的應用于以上領域，這是因為它可以采用一種無創的方式，量化水在生物組織中的擴散，從而并評估其方向各項異性[53]。分子擴散，即布朗運動，指的是流體中的任何類型的分子(如水)在熱能作用下流體發生的隨機運動。人體由各種不同擴散系數的組織組成[61]，可以根據不同組織的彌散張量圖像中，得到一些量化的參數。這些參數可以提供組織的結構重要信息，而傳統的磁共振成像中不能顯示微觀結構。

最常見的DTI參數[60,62]包括(1)各向異性(fractional anisotropy，FA)：反映組織擴散過程的各向異性程度，范圍在0(完全各向同性，即在所有方向上均勻地擴散)到1(總各向異性，即在一個方向上優先擴散)之間；(2)平均擴散系數(mean diffusivity，MD)：水的總體自由擴散的平均值，不考慮方向；(3)軸向擴散系數(axial diffusivity，AD)，表示擴散主方向的擴散系數；(4)徑向擴散系數(radial diffusivity，RD)，表示垂直于擴散主方向的擴散系數。相鄰體素的主要擴散方向可以用纖維束成像，進行整合連接，從而實現組織纖維結構的3D可視化。

我國學者陳立勛等[63]人用DTI對31名健康人行ACL測值，另外選取其中12名志愿者同一時期再次行DTI掃描，結果具有一致性，他們認為將DTI應用于ACL具有可行性。而楊榮麗等[64]人的研究顯示，DTI的FA值、ADC值與ACL損傷程度相關。通常，組織纖維排列的中斷會導致各向異性的喪失(FA減少)和水的自由運動增加(MD增加)[65]。然而，目前有關DTI應用于韌帶的報道較少，還存在一定技術問題，可能與膝關節解剖較復雜，易導致磁敏感偽影有關[59]。

4 小結

綜上所述，膝關節是人體最重要的關節之一，而ACL又是維持膝關節穩定的重要結構，ACL損傷發生率越來越高，而Ⅰ度損傷易被忽略，造成繼發性損傷。如前所述，X線檢查可以對骨折、脫位等進行排除，超聲適用于篩查ACL損傷，懷疑韌帶損傷還需更精確的檢查。MRI可以顯示ACL本身的形態和周圍解剖結構，已經證明DTI技術在ACL方面具有可行性，可通過量化參數和纖維示蹤成像反映ACL的微觀結構改變。但是對于掃描參數、具體診斷標準還沒有統一的標準，還需要進一步探討，尋找最優化的成像及診斷，便于臨床對ACL早診斷、早治療，保護膝關節的功能運動，減少繼發性損傷。