动态MRI对髌股关节排列和运动轨迹的评价研究

　　作者：刘核达,王飞,陈百成,王成海　　　作者单位：石家庄市，河北医科大学第三医院关节外科

　　【摘要】目的探讨动态MRI技术对髌股关节排列关系及其运动规律的评价方法和价值，以便更准确判断髌股关节病变，为临床提供可靠的诊断依据。方法　选取有髌股关节排列和运动轨迹异常的30例患者共43膝为试验组，另外选取无髌股关节症状和体征的志愿者15例共30膝为对照组，分别对2组膝关节进行动态MRI检查，在膝关节完全伸直位(屈膝0°)和屈膝6°、12°、18°、24°、30°、36°，连续成像，在各个角度下对髌骨倾斜角(PTA)、适合角(CA)、股骨滑车角(FTA)进行准确测量，比较2组患者各项测量值的差异性并寻找髌股关节的运动规律。结果　2组患者膝关节间PTA、FTA、CA值在膝关节不同屈曲角度差异均有统计学意义(P<0.05 )。2组膝关节的PTA及FTA值均随膝屈曲角度的增而减小，试验组中诊断为髌骨半脱位的21膝的CA值随着屈膝角度的增大而减小。结论　PTA、CA、FTA值可以在动态MRI技术中定量评价髌股关节，动态MRI技术不仅能反映髌股关节的异常排列程度，还可以提供异常程度的动态变化趋势;动态MRI技术通过对膝关节屈曲过程的连续成像可得出髌股关节的运动轨迹。

　　【关键词】 膝关节,髌股关节,动态MRI;定量评价

　　【Abstract】　Objective　To analyze the value of dynamic MRI on the abnormal patellofemoral joint for the diagnosis of the patellofemoral disorder and the reliable information provided for the clinicians.Methods　30 patients (total 43 knees)with patellofemoral disorder as the experimental group,15 healthy volunteer(total 30 knees)as the normal control group.Two groups were respectively examined with the knee in 0°，6°，12°，18°，24°，30°，36°of flexion.The patellofemoral alignment was evaluated by measuring the patellar tilt angle (PTA)，congruence angle (CA);and femoral trochlear angle (FTA) during knee flexion from 0 degree to 36 degrees.The measurements were statistical analyzed and compared with the knee in different angle among the two groups.Results　There were significant differences in PTA ，CA and FTA between the experimental group and the normal control group at all angles of knee flexion(P<0.05).The measurements of PTA，FTA decreased with the knee flexion’s increasing in the two groups.The measurements of CA decreased during the knee flexion’s increasing in the 21 knees which diagnosed patellar subluxation.Conclusion　The measurements of PTA，FTA and CA can be used as indicators to quantitative evaluated the patellofemoral joint in dynamic MRI technique.The dynamic MRI technique can not only reflect the unusual arrangement of the patellofemoral joint，but also provide the dynamic change of unusual arrangement，and we can obtain the tracking of the patellofemoral joint through the process of continuous imaging.

　　【Key words】　knee joint; patellofemoral alignment; dynamic MRI; quantitative evaluation

　　髌股关节排列和运动轨迹异常是临床上常见的一种疾病，目前关于髌股关节排列和运动轨迹异常的分类主要有髌骨半脱位、髌骨倾斜和髌骨半脱位并倾斜三种[1]。其主要以髌股关节不稳和膝前疼痛综合征为主要临床表现[2]。股骨滑车发育不良、高位髌骨、髌骨外侧支持带紧张、髌骨内侧支持带松弛、股内侧肌无力、Q角增大等因素均能造成髌骨与股骨滑车凹的排列出现异常和(或)发生异常运动，其必然引起髌股关节间的应力分布异常，导致髌股关节软骨损伤，最终出现以膝前痛为主要表现的髌股关节疾病[3]。因此，充分了解髌股关节的排列关系及其正常运动规律，对髌股关节异常作出准确诊断，从而提高隐匿性髌股关节病变的检出率，降低治疗中的盲目性，对髌股关节疾病的临床诊治具有重要意义。然而通过物理检查及以传统的影像学技术都很难对髌骨的运动轨迹进行评价。本研究采用动态MRI图像叠加测量法，选择膝关节屈曲0°～ 36°，每次屈曲6°，共计7个位置进行重复测量，比较测量的各参数的可信度，筛选可靠的测量参数，通过对在屈膝过程中髌骨轨迹的研究为临床更好的评价髌股关节提供帮助。

　　1　资料与方法

　　1.1　一般资料

　　选择2010年10月至2011年10月我院收治的30例膝前区疼痛患者(试验组)，其中男12例，女18例;年龄18～57岁，平均年龄(38±20)岁;共43膝，其中左侧19膝，右侧24膝，所有膝关节经查体或影像学检查均有一项或更多的显示髌股关节排列异常的客观发现。另外选取15例无髌股关节症状的和体征的健康志愿者(对照组)，其中男6例，女9例;年龄19～47岁，平均年龄(33±14)岁;合计30膝。

　　1.2　设备

　　采用Siemens公司Avanto和Symphonyl 5T超导型MRI机器。

　　1.3　扫描方法

　　患者采取仰卧位，先右腿，再左腿的检查顺序，双膝自然伸直，足尖外旋约15°，在股四头肌松弛状态下，按照0～36°，每次被动屈曲增加6°的方法进行动态MRI检查，共计7组扫描。为了保证屈曲扫描角度的准确性，使用常温定型高分子记忆材料制作了6°、12°、18°、24°、30°、36° 6个三角模型，模型厚度8 cm，屈曲扫描时将不同角度的模型固定在膝关节后方，使膝关节屈曲成特定角度。采用标准膝关节线圈，以股骨髁间凹为扫描中心，机扫描方位采用矢状位、冠状位和轴位。检查参数设置：WATS：TR/TE =2 500/80，FOV(视野)=18 cm×18 cm，矩阵=256×192，层厚=4 mm。志愿者采取相同的方法及条件进行动态MRI的检查。

　　1.4　测量方法

　　用机器自带的测量功能对各项参数进行测量。根据Merchant等[4-7]的判断标准，选取髌骨倾斜角(PTA)评估髌骨倾斜;适合角(CA)评估髌骨脱位;股骨滑车角(FTA)评估股骨滑车的形状以发现股骨髁发育不良。各项测量均由一位高年资MRI科主治医师独立进行，同一参数重复测量2次，取平均值作为最后结果，具体测量方法及诊断标准如下。

　　1.4.1　FTA[7]：股骨滑车沟最低点分别与股骨内、外侧髁最高点的连线形成的夹角(图1)，正常值应<150°。该指标用于反映股骨滑车发育不良。

　　1.4.2　PTA[5]：即髌骨外侧面切线与股骨髁后缘软骨下骨切线的夹角(图2)，PTA≤0°为髌骨外侧倾斜。

　　1.4.3　CA[4]：作股骨滑车沟最低点和髌骨中央脊的连线，该线与FIA的平分线所形成的夹角(图3)，夹角在平分线的外侧为正值，在内侧为负值。正常人群为(-6±11)°，>16°为异常(正值越大，则向外移位越大;负值大，则向内移位，但髌骨向内移位很少见);偏外>+16°则为髌骨外侧半脱位。图1　FTA　图2　PTA　图3　CA

　　1.5　统计学分析

　　应用SPSS 13.0统计软件，计量资料以x-±s表示，采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

　　2　结果

　　2组患者膝关节间PTA、FTA、CA值在膝关节不同屈曲角度差异均有统计学意义(P<0.05 )。对照组30膝中22膝未见髌股关节排列异常，另8膝在不同屈曲角度PTA值<0°，可诊断为髌骨外侧倾斜。试验组43膝中有21膝在不同屈曲角度CA偏外>+16°，为髌骨外侧半脱位，并随着屈膝角度的增大CA值有缩小趋势。有12膝FTA>150°，为股骨滑车发育不良，有37膝PTA<0°，为髌骨外侧倾斜。三项测量值均异常的为8膝。2组膝关节的PTA及FTA值随着膝屈曲角度的增加均逐渐减小。见表1～3。表1　2组膝关节不同角度FTA分析表2　2组膝关节不同角度PTA分析表3　2组膝关节不同角度CA分析

　　3　讨论

　　髌骨为伸膝装置的中间结构，其内外侧面于股骨滑车形成髌股关节。正常情况下，髌骨内外侧稳定结构(包括髌股关节面的几何排列、静力和动力稳定结构)的平衡使髌股关节面之间具有良好的对合关系。在膝关节的屈伸中，髌股关节面之间的接触区域存在着动态的变化过程。膝关节伸直位，髌骨位于滑车的上端，屈膝开始后，髌骨逐渐下移，进入滑车凹，股骨滑车凹的外侧髁突起作为“骨性阻挡”，缓冲髌骨的外移，髌股关节开始接触，首先是外侧关节面接触，然后是内侧关节面，正常时髌骨应与滑车凹完全吻合。一旦髌骨内外侧稳定结构的平衡被打破，髌骨的排列及其运动轨迹就会出现异常，从而导致髌股关节面的接触应力不平衡，使关节面局部应力增高或减低，引起相应的临床症状[1]。因此许多学者认为髌股关节排列及运动轨迹的异常是髌股关节疾病的重要病因，以往临床应用的各种评价髌股关节的影像学技术仅能用来评价髌骨的异常排列，即仅能显示髌骨在某屈膝角度时的静态情况，而不能评价髌股关节的运动状况，对判断髌股关节的异常程度具有一定的局限性[4-6]。因此需采用动态检查，观察髌股关节运动过程中的轨迹，学者们分别报道了动态CT以及动态MRI对观察髌股关节运动的研究。基于髌股关节的MRI较CT具有更高的分辨率，对髌股关节的稳定结构(内外侧支持带、股四头肌等)能获得更多信息，能更好的寻找髌股关节排列和运动轨迹异常的具体病因，为临床治疗提供指导，因此动态MRI对髌股关节的评价具有更大的临床价值。

　　目前反映髌股关节解剖及运动特性的测量指标主要是PTA、FTA、CA[4-6]。PTA是判断髌骨外侧倾斜的标准，PTA≤0°为髌骨外侧倾斜。本研究PTA的测量结果显示正常膝关节在6°～12°出现髌骨的轻度内侧倾斜然后逐渐向外侧倾斜，随着膝关节的屈曲PTA值逐渐减小即髌骨逐渐向外侧倾斜，提示正常人随膝关节屈曲运动髌骨有轻度外侧倾斜的趋势。FTA被认为是评估股骨凹发育的重要指标，超过150°认为股骨滑车凹发育不良，FTA值增大意味着滑车凹变浅，不能有效阻止髌骨移位，主要是外侧移位，患者易引起髌骨脱位。本研究分析显示随着膝关节屈曲角度增加，FTA值逐渐减小，说明髌骨随着膝关节屈曲角度的增大逐渐从滑车浅凹向深凹处滑动。并且髌骨半脱位患者与正常对照组FTA值在膝关节屈曲<30°时差异明显，提示在膝关节小角度屈曲时若髌股关节对应的股骨髁滑车沟发育较浅，则对髌骨的骨性阻挡作用减小，易诱发髌骨脱位。CA是诊断髌骨外侧半脱位的公认参数，CA偏外>+16°，则为髌骨外侧半脱位。本研究显示对照组患者在各屈膝角度CA偏均在-6°～16°的正常范围内，而之前通过查体诊断为髌骨半脱位的患者在各屈膝角度CA偏均>16°上限，随着屈膝角度的增大CA平均值有缩小趋势。本试验中2组之间测量值在膝关节屈曲<30°时差异明显，作者认为膝关节屈曲到30°及以上时，外侧脱位的髌骨可通过伸膝装置紧张度的增加而被拉进滑车凹内。同时股骨滑车凹的外髁突起体作为骨性阻挡缓冲了髌骨的外移，可使原来轻度半脱位的髌骨恢复到正常，此时髌骨的运动受滑车凹及伸膝装置的影响较大，不能确切反映髌骨的移位程度。而在屈膝<30°时髌骨的运动受滑车凹及伸膝装置的影响较小，此时的髌骨最不稳定，易发生髌骨与股骨滑车的不匹配。

　　人类髌股关节具有复杂而有规律的三维运动特点。通过对本研究对照组中22例无髌股关节排列异常的膝关系的MRI图像分析发现：在髌股关节的屈伸运动中，伸直位时，髌骨偏向股骨的外侧，其中27膝髌骨下缘已进入滑车凹，已与股骨滑车较好地形成了髌股关节，另有3膝尚未进入股骨滑车凹，膝关节屈曲6°时30膝髌骨下缘全部进入股骨滑车凹，髌骨开始向内侧移位，随着膝关节屈曲角度加大，髌骨沿着股骨滑车凹向下滑动，膝关节屈曲30°时，髌骨完全进入股骨滑车凹，二者对位良好。此基本可判定为正常髌股关节的运动轨迹。而试验组中43膝只有21膝在完全伸直时髌骨下缘已进入滑车凹，但均向外侧倾斜。随着膝关节屈曲角度的增大，髌骨外侧倾斜程度逐渐加大，髌骨半脱位程度逐渐减小，到膝关节屈曲30°时，大部分患膝进入正常运动轨迹，但髌股关节对合不好，髌骨向外倾斜，这必然造成外侧髌股关节面的应力较大，出现临床症状，本实验组有1例患者在屈膝30°时仍有明显的外侧半脱位，后经查为股四头肌的发育不良。

　　本文研究发现无论试验组还是对照组，单人的双侧膝关节均显示了相似髌股关节排列特征。虽然双侧髌股关节的形态改变相近，临床上表现症状却不尽相同，且大部分并不同时出现症状。因此我们认为在评价髌股关节病变时，不能以对侧无症状膝关节作为对照。

　　髌骨不稳实际上是髌骨轨迹异常，是一动态概念而并非是一静态的髌骨排列异常。我们应用的动态MRI检查的主要优点在于它将髌骨在静态状况下的排列情况动态化成为一运动轨迹曲线。其不仅可以充分了解髌骨及其周围结构的解剖和功能特点以及髌股关节的正常运动规律，还可以显示在不同屈膝角度下的髌骨排列异常程度及随着膝关节的伸屈活动排列异常的变化趋势，明确判断髌股关节异常排列的类型，从而提高髌股关节隐匿病变的检出率，而且有助于引导适当的手术程序。本研究从临床应用出发，显示了动态MRI评价髌股关节的初步价值，但造成髌股关节排列异常的因素很多，还包括髌骨高度、股骨前倾和胫骨扭转、Q 角以及伸肌发育不良等因素。但因条件所限，有些因素本实验方法不能明确测量或未涉及。完善对髌股关节疾病的动态MRI评价体系为我们下一步研究的重点内容。

　　【参考文献】

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