基于CT圖像分析股骨后髁形態與非接觸性前交叉韌帶斷裂的相關性

邱藍玉，盛 波，肖智博，李 佳，呂發金，呂富榮

(重慶醫科大學附屬第一醫院放射科，重慶 400016)

非接觸性前交叉韌帶(anterior cruciate ligament, ACL)損傷約占ACL損傷的75%，是最常見的運動損傷之一[1-2]。膝關節骨性解剖形態與ACL損傷密切相關[3]，股骨遠段和脛骨近段骨性解剖形態學差異可能改變膝關節運動學特征，導致旋轉性關節松弛，或改變關節韌帶受力狀況[4-5]，其中股骨遠段后髁形態異常可致膝關節內-外翻和股骨內-外旋，改變關節接觸面積，影響關節對線，進而導致旋轉性膝松弛[6-7]。本研究定量測量CT圖像中的股骨后髁形態學參數，觀察其形態學特征與非接觸性ACL斷裂之間的相關性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 納入2014年1月—2019年4月179例重慶醫科大學附屬第一醫院ACL斷裂患者，男146例，女33例，年齡14～54歲，平均(28.5±9.1)歲；共179側膝關節，87側左膝、92側右膝。納入標準：①因非接觸機制所致ACL損傷而接受ACL重建術；②術前均接受患側膝關節CT掃描。排除標準：②ACL部分斷裂；②既往有患膝手術史、膝關節腫瘤病史；③存在嚴重骨關節炎(≥KL 2級)或炎性關節炎；④合并后交叉韌帶損傷。同期共納入無膝關節病變的182名志愿者作為對照組，男138名，女44名，年齡13～49歲，平均(29.6±8.4)歲；共182側膝關節(左、右膝各91側)。本研究獲得院人體研究委員會批準(倫理編號：2017-108)。檢查前所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Perspective 64排CT機，囑受檢者仰臥，膝關節伸展呈180°，足尖向上；在1名具有5年以上工作經驗的放射科醫師指導下進行軸位及矢狀位膝關節CT掃描，參數：管電壓130 kV，管電流67 mAs，層厚1 mm。將圖像上傳至圖像存儲與傳輸系統，由2名具有5年以上骨骼肌肉放射學診斷經驗的醫師獨立測量股骨后髁相關形態學參數[8]：于股骨髁最寬層面軸位圖像測量股骨髁內外側寬度(medial-lateral width， MLW)、內側后髁寬度(medial posterior condyle width， MPCW)、外側后髁寬度(lateral posterior condyle width， LPCW)；于內、外側髁前后最凸層面矢狀位圖像測量內側髁長度(medial condyle length， MCL)、外側髁長度(lateral condyle length， LCL)、內側后髁長度(medial posterior condyle length， MPCL)、外側后髁長度(lateral posterior condyle length， LPCL)、內側后髁高度(medial posterior condyle height， MPCH)及外側后髁高度(lateral posterior condyle height， LPCH)，見圖1；計算MPCW/MLW×100、LPCW/MLW×100、LPCL/LCL×100及MPCL/MCL×100。由其中1名醫師間隔4周再次獨立測量以上各項參數。

圖1 患者男，28歲，左膝關節ACL損傷 A.于股骨髁最寬層面軸位圖像上測量MLW(內、外側上髁最凸點垂直線之間的距離)、MPCW(內側后髁左、右最凸兩點垂線之間的距離)和LPCW(外側后髁左、右最凸兩點垂線之間的距離)； B、C.于內、外側髁前后最凸層面矢狀位圖像上測量MCL和LCL(內、外側髁前后最凸點兩垂直線之間的距離)、MPCL和LPCL(股骨后緣骨皮質切線與內、外側后髁最凸點的股骨長軸平行線之間的距離)、MPCH和LPCH(內、外側髁最遠端與最近端之間長軸方向的距離)

1.3 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。計數資料以頻數和百分率表示，χ2檢驗比較2組性別及檢查部位；以±s表示符合正態分布的計量資料，采用獨立樣本t檢驗比較組間CT測量值。以單項隨機效應模型計算組內相關系數(inter-class correlation coefficient， ICC)評估測量值的一致性，ICC<0.20為一致性差，0.20≤ICC<0.40為一致性較差，0.40≤ICC<0.60為一致性中等，0.60≤ICC<0.80為一致性良好，ICC≥0.80為一致性優異。P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 ACL斷裂組與對照組性別、年齡、受檢膝關節左右側數目之間差異均無統計學意義(P均>0.05)。

2.2 一致性分析 各參數測量值的觀察者間及觀察者內一致性均為優異(ICC均≥0.80)，見表1。

表1 股骨后髁形態學參數測量值的一致性分析

2.3 CT測量參數 ACL斷裂組后髁寬度參數MLW和MPCW大于對照組(P均<0.05)；組間LPCW、MPCW/MLW和LPCW/MLW差異均無統計學意義(P均>0.05)。ACL斷裂組后髁長度參數MCL、LCL、MPCL、MPCL/MCL及大于對照組(P均<0.05)，LPCL/LCL小于對照組(P<0.05)；組間LPCL

差異無統計學意義(P>0.05)。2組間后髁高度參數MPCH和LPCH差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表2。

表2 2組股骨后髁形態學參數測量值比較(±s)

表2 2組股骨后髁形態學參數測量值比較(±s)

組別MLW(mm)MPCW(mm)LPCW(mm)MPCW/MLW(%)LPCW/MLW(%)MCL(mm)LCL(mm)ACL斷裂組(n=179)81.61±5.5926.56±2.3523.35±2.4032.58±2.3628.62±2.3165.40±4.1665.81±4.38對照組(n=182)80.12±4.9825.82±2.4023.03±2.3032.26±2.5428.75±2.3263.45±3.7763.51±4.70t值-2.687-2.922-1.293-1.2330.533-4.642-4.816P值0.0080.0040.1970.2180.595<0.001<0.001組別MPCL(mm)LPCL(mm)MPCL/MCL(%)LPCL/LCL(%)MPCH(mm)LPCH(mm)ACL斷裂組(n=179)31.36±4.9525.31±3.8847.96±7.3638.35±6.4639.68±3.2138.57±3.78對照組(n=182)29.04±3.3525.80±2.8045.87±4.7740.52±4.9439.53±2.6738.27±2.76t值-5.2041.374-3.1803.575-0.475-0.859P值<0.0010.1700.002<0.0010.6350.391

3 討論

ACL起自股骨外髁內側面后部，可防止脛骨相對于股骨的前移和膝關節過度伸展，抵抗內翻-外翻和內旋-外旋力，并通過控制內側脛骨旋轉來控制膝關節處的旋轉運動[3]；當其所承受的張力超過最大負荷值時，即會發生韌帶斷裂，以非接觸性斷裂最為常見[9]。目前ACL斷裂的機制仍不十分明確，可能與膝關節外翻相關[9-10]，但對膝關節旋轉方式仍然存在爭議。

ROGER等[6]發現內側后髁長度與滑車發育不良程度呈正相關，內側后髁越長，則滑車發育不良程度越高；髕骨不穩定患者外側后髁長度短于內側[5]，而外側后髁發育不良所致膝外翻是髕骨失穩的危險因素[11]。本研究亦發現ACL斷裂組股骨后髁長度與對照組存在顯著差異(P均<0.05)。為降低個體差異的影響，本研究計算后髁長度與髁總長度的比值，發現斷裂組MPCL/MCL顯著大于對照組，而LPCL/LCL顯著小于對照組(P均<0.05)，提示非接觸性ACL斷裂患者外側后髁更短，而內側后髁則更長。

膝關節運動是脛骨股骨圍繞骨內固定軸進行旋轉，IMAI等[12]認為LPCL與膝關節旋轉角度呈正相關，LPCL越短，關節旋轉角度越小，可能使股骨相對脛骨外旋而對ACL施加額外的內外旋力矩，改變下肢負重力線，導致類似外翻-內翻畸形，產生外翻-內翻力矩，進而顯著加重ACL的張力負荷，增加ACL斷裂風險。此外，van HAVER等[8]發現較短的股骨外側后髁可導致膝關節屈曲時處于外翻狀態。本研究結果顯示，外側后髁過短及內側后髁過長可能引起膝關節外翻和股骨外旋，進而增加ACL斷裂風險。

本研究ACL斷裂組MLW及MPCW顯著大于對照組(P均>0.05)，但組間LPCW、MPCW/MLW、LPCW/MLW、MPCH和LPCH差異均無統計學意義(P均>0.05)，提示股骨后髁寬度及高度對膝關節旋轉及外翻的影響可能較小。LIU等[13]認為較大的股骨內側后髁和較小的外側后髁會導致股骨遠端內旋，引起髕骨外向性失穩。可能增加內側關節面的接觸面積及關節活動度而造成關節松弛，加重ACL斷裂風險。另外，股骨與脛骨相對位置改變可能導致步態和負重位點變化，最終造成ACL的非正常張力負荷[3,5,7,12]。

本研究主要不足之處：①所有膝關節CT數據均在關節完全伸直狀態下獲得，膝關節屈曲時后髁測量值有待觀察；②難以精確劃分股骨后緣骨皮質切線，導致測量存在一定誤差；③未考慮ACL斷裂伴發損傷，如骨挫傷、內、外側副韌帶損傷及前外側韌帶損傷等。

綜上，股骨后髁形態學差異與非接觸性ACL損傷相關，并可能通過導致膝關節外翻和旋轉而增加ACL損傷風險。