來源：磁共振成像傳媒
金笑, 袁慧書. 膝關(guān)節(jié)不同體位MR掃描評價前交叉韌帶損傷及髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的研究進(jìn)展. 磁共振成像, 2018, 9(9): 705-710.
袁慧書，北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科主任
專業(yè)特長：骨肌系統(tǒng)影像診斷
學(xué)術(shù)任職：中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會常委、中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會骨肌學(xué)組組長、北京醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會副主任委員、中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會普通放射裝備專業(yè)委員會副主任委員、《磁共振成像》雜志審稿專家
膝關(guān)節(jié)是人體最大、構(gòu)成最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，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(shù)成像的優(yōu)勢，在顯示骨與骨髓、關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)軟骨、關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)構(gòu)及軟組織等方面優(yōu)于X線及計算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)，在無創(chuàng)性上優(yōu)于關(guān)節(jié)鏡，因此近年來廣泛應(yīng)用于多種膝關(guān)節(jié)損傷的影像學(xué)診斷。以往的膝關(guān)節(jié)MRI檢查多采取患者仰臥位、膝關(guān)節(jié)伸直的體位作為膝關(guān)節(jié)的常規(guī)掃描體位。國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)不同伸屈位置時的解剖關(guān)系和運(yùn)動學(xué)特點(diǎn)使得僅于伸直位掃描進(jìn)行的膝關(guān)節(jié)病變的評價的準(zhǔn)確性有待提高，主要反映在前交叉韌帶損傷及髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)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(guān)節(jié)不穩(wěn)這兩方面的影響進(jìn)行綜述。
前交叉韌帶(anterior cruciateligament，ACL) 可分為股骨附著區(qū)、中間段及脛骨附著區(qū)，其中股骨附著區(qū)是ACL斷裂的好發(fā)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?jǐn)嗔押完惻f損傷。這是由于大多數(shù)醫(yī)院以伸直位作為常規(guī)MRI膝關(guān)節(jié)檢查的體位，而此時少數(shù)患者的ACL股骨附著點(diǎn)不能被完全顯示。一般認(rèn)為，ACL由兩大纖維束即前內(nèi)側(cè)束(anteromedial bundle，AMB)及后外側(cè)束(posterolateral bundle，PLB)組成[1]。膝關(guān)節(jié)處于伸直位時，AMB松弛、PLB拉緊，隨著膝關(guān)節(jié)的屈曲，AMB拉緊、PLB松弛。由于AMB較粗大而PLB細(xì)小，ACL的總體長度與AMB的測量相關(guān)性更強(qiáng)[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(fā)現(xiàn)，AMB的傾斜角在伸直位較大，在膝關(guān)節(jié)屈曲0°～120°范圍內(nèi)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(diǎn)在少數(shù)患者中不能被完全顯示，而這正是ACL斷裂的好發(fā)部位。隨著膝關(guān)節(jié)屈曲，AMB與髁間窩頂區(qū)逐漸分離，ACL股骨附著區(qū)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(dú)特的走行方式、纖維束結(jié)構(gòu)及伸屈活動中的變化，常規(guī)MRI在顯示正常ACL結(jié)構(gòu)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?yōu)閳A柱形的束狀結(jié)構(gòu)[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(qū)顯示不佳，而隨著屈曲角度增大，股骨段與髁間頂區(qū)分離，髁間窩容積變大，股骨附著區(qū)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(nèi)可能也表現(xiàn)出MRI信號不均，出現(xiàn)類似于損傷的表現(xiàn)，從而造成假陽性，而屈曲位可以減少部分容積偽影[5]。
以往不少研究表明，在利用MR圖像觀察ACL 結(jié)構(gòu)時，屈曲位相比伸直位有顯著優(yōu)勢。Niitsu 等[6]最先進(jìn)行了膝關(guān)節(jié)半曲位(30°～60°，平均45°)的掃描并與常規(guī)伸直位時的MRI圖像對比，對于關(guān)節(jié)鏡證實(shí)為未受損的前交叉韌帶，半曲位圖像在呈現(xiàn)股骨附著區(qū)和中間段上分別以53% 和36%的比例優(yōu)于伸直位。Pereira等[7]發(fā)現(xiàn)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(yōu)越性。陳旭高等[8]發(fā)現(xiàn)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(tài)MRI研究正常ACL隨膝關(guān)節(jié)伸屈(過伸位、中立位、屈曲45°及屈曲90°位)時的動態(tài)變化，ACL長度、近端附著角(the angle of proximal insertion)及遠(yuǎn)端附著角(the angle of distal insertion)，三者皆隨膝關(guān)節(jié)屈曲角度增大而增大，AMB逐漸拉伸、PLB逐漸縮短。這一結(jié)果提示了ACL的動態(tài)軌跡，亦確立了AMB在ACL伸直時的主要作用。
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?jǐn)嗔?上也具有優(yōu)越性。Niitsu等[6]發(fā)現(xiàn)，對于關(guān)節(jié)鏡證實(shí)為斷裂的前交叉韌帶，半曲位圖像呈現(xiàn)了更清晰的撕裂灶(48%)和韌帶殘端結(jié)構(gòu)(52%)。Muhle等[4]比較了屈曲30°、55° 及伸直位時的MR掃描結(jié)果，發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)確，而55°時則能更清晰顯示脛骨附著段。對于ACL損傷繼發(fā)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(fā)現(xiàn)在診斷部分撕裂的ACL時，屈曲位及斜矢狀位相比常規(guī)伸直矢狀位都具有優(yōu)越性，且屈曲位時更能精確提示韌帶內(nèi)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(qū)顯示不佳，因此斜矢狀位也具有其局限性。另外，國內(nèi)外對于評價ACL斷裂合并其他結(jié)構(gòu)損傷的研究仍少，現(xiàn)僅有少數(shù)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)ACL損傷繼發(fā)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(xiàn)利用動態(tài)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(jìn)一步研究的方向。
國內(nèi)外許多文獻(xiàn)嘗試了多種多樣的膝關(guān)節(jié)擺位方式。最初，研究者多使用表面線圈，將海綿墊、布團(tuán)等放置于患膝下方以達(dá)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(nèi)外也常采用膝關(guān)節(jié)專用線圈進(jìn)行MRI掃描，此時由于線圈本身為硬材質(zhì)、有一定高度，因此病人實(shí)際上是以膝關(guān)節(jié)微曲位(約17°)[14]進(jìn)行掃描，但目前尚無文獻(xiàn)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(yōu)劣。近年來常采用角度固定的非磁性支架及量角器以準(zhǔn)確控制角度在15°、30°、45°等范圍[9，15]。如果要達(dá)到較大屈曲角度，則需要使患者側(cè)臥并處于盡量舒適的狀態(tài)，幫助保持受試膝關(guān)節(jié)的靜止?fàn)顟B(tài)。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(jìn)一步改進(jìn)掃描方法[16]，并規(guī)范多角度掃描的適應(yīng)證、禁忌證等。另外，目前尚無研究表明不同體位對ACL重建術(shù)后MRI評估的影響，鑒于動態(tài)MRI對正常或病理性的ACL變化的揭示作用，這很可能為手術(shù)方式優(yōu)劣的選擇、預(yù)后的功能評估帶來新的探討。
目前，包括傳統(tǒng)X線片、CT、MRI在內(nèi)的多種影像學(xué)手段均可評估髕股關(guān)節(jié)的位置及其穩(wěn)定性。早在1977年就有學(xué)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(nèi)的矢量，且髕骨在此時還未完全進(jìn)入股骨滑車溝內(nèi)、不能被股骨內(nèi)外側(cè)髁穩(wěn)定，所以此時髕骨的穩(wěn)定性完全取決于肌肉的緊張度。因此，膝關(guān)節(jié)屈曲至少30°投照的X線軸位片在評價髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)上就存在固有的局限性，從而可能錯過診斷髕股關(guān)節(jié)排列異常所需的重要臨床提示信息。MRI以其無創(chuàng)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(guān)節(jié)不穩(wěn)的重要影像學(xué)手段。目前，在傳統(tǒng)X線片上采取的評價髕股關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的參數(shù)也被廣泛應(yīng)用在了MRI上，從而定量研究髕骨移位、傾斜、脫位等解剖和運(yùn)動特征。
膝關(guān)節(jié)小角度屈曲位對于評價滑車發(fā)育不良更有特異性。目前常用股骨滑車角(femoral trochlear angle，F(xiàn)TA/sulcus angle，SA)反映股骨髁的解剖學(xué)特征。FTA是股骨滑車溝最低點(diǎn)分別與股骨內(nèi)外側(cè)髁最高點(diǎn)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(guān)節(jié)屈曲過程中逐漸進(jìn)入滑車凹并由淺凹向深凹移動， FTA逐漸減小[18]。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，髕股關(guān)節(jié)排列異常的患者與對照組的FTA在小角度(即＜30°，亦有文獻(xiàn)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(fā)育不良的特異性更高。
膝關(guān)節(jié)屈曲15°～30°位相比伸直位評價髕骨脫位/半脫位更準(zhǔn)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。
運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，正常人屈膝初期髕骨從起始位置向遠(yuǎn)端滑移的同時也開始向膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)移動，屈膝至15°～30°時，髕骨內(nèi)移逐漸達(dá)到最大，然后轉(zhuǎn)向外側(cè)移動， 至屈膝40°時，髕骨又回到中位線上[20]。而髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的患者在膝關(guān)節(jié)屈曲1 5°～4 5°時髕骨中心從初始外移位置持續(xù)向外側(cè)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(yùn)動軌跡的差異同樣體現(xiàn)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(diǎn)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(cè)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(shù)文獻(xiàn)表明，髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)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(fā)現(xiàn)率高于0°及45°[26]，因?yàn)榇藭r髕骨的運(yùn)動受滑車凹及伸膝裝置的影響尚小，髕骨最不穩(wěn)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(fā)現(xiàn)正常人在膝關(guān)節(jié)伸直位且股四頭肌緊張時測量的髕骨移動率(bisectoffset，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(qū)間內(nèi)。由于病人在進(jìn)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(dǎo)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(jìn)行不必要的手術(shù)。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。
國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，在10°～30°時評價髕骨傾斜較為準(zhǔn)確。廣泛應(yīng)用于評估髕骨傾斜的參數(shù)是髕骨傾斜角(patellartilt angle，PTA/lateral patellar tilt，LPT)。PTA指的是髕骨內(nèi)外側(cè)最突出點(diǎn)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(guān)節(jié)伸直位到屈曲30°時PTA 逐漸減小。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，45°時髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)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(dá)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(xié)[28]。
在小角度屈曲時評價股骨和脛骨的相對位置更有優(yōu)越性。目前國內(nèi)外常使用脛骨結(jié)節(jié)-股骨滑車距離(tibial tuberosity-trochlear groovedistance， 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(diǎn)和脛骨結(jié)節(jié)的最高點(diǎn)并測量這兩點(diǎn)間的水平位移， TTTG值的增大是導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的一個可能因素[29]。既往文獻(xiàn)認(rèn)為，不同角度之間的TTTG和參考值不具有可比性，在進(jìn)行MRI檢查時有必要將TTTG測量時的屈膝角度標(biāo)明，以防對手術(shù)指征的判斷造成誤差。Dietrich等[30]比較了健康成年人在膝關(guān)節(jié)屈曲0°、15°、30°時橫斷面T1加權(quán)自旋回波圖像的TTTG，發(fā)現(xiàn)隨著角度增大，TTTG減小，這可能是由于在膝關(guān)節(jié)接近伸直位時脛骨外旋的“擰緊”機(jī)制[31]。Figueroa等[32]在膝關(guān)節(jié)屈曲20°時發(fā)現(xiàn)有髕股關(guān)節(jié)疼痛癥狀的患者與健康人的TTTG之間具有統(tǒng)計學(xué)差異。Becher等[23]發(fā)現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)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?yàn)榇藭r病人處于比較舒適的位置并可以使運(yùn)動偽影的影響最小化。
內(nèi)側(cè)髕股韌帶(medial patellofemoral ligament，MPFL)提供了限制髕骨向外側(cè)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(xié)助髕骨復(fù)發(fā)性脫位的診斷。Arai等[35]在體外通過開放式MRI多角度地(膝關(guān)節(jié)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(fā)現(xiàn)正常人的MPFL在屈膝60°時有最強(qiáng)的張力，在0°～60°時貢獻(xiàn)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(guān)節(jié)面。這些區(qū)別表明，有髕骨脫位史的患者M(jìn)PFL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(nèi)外對不同膝關(guān)節(jié)伸屈角度對于評價髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的影響的研究尚有不同程度的局限性。首先，多數(shù)研究集中于0°～60°屈曲時的動態(tài)變化，對于屈曲更大角度時諸測量參數(shù)的變化研究較少。近年來由于開放式MRI的出現(xiàn)，大角度屈曲位時髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡或許可以得到更準(zhǔn)確、完整的補(bǔ)充，也可以更便于研究負(fù)重時髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡。其次，以上評估髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的測量指標(biāo)參數(shù)大多是為傳統(tǒng)X線片所設(shè)計的，隨著使用MRI評價髕股關(guān)節(jié)解剖及運(yùn)動特征的普及，尋找新的更適合MRI檢查的測量指標(biāo)或許是日后的研究方向。另外，作者發(fā)現(xiàn)健康人的各個參數(shù)在諸多角度時所呈現(xiàn)的值的差異可以較顯著，因此建立并規(guī)范在不同膝關(guān)節(jié)屈曲角度時的參考區(qū)間，并在檢查時標(biāo)明膝關(guān)節(jié)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(shù)選擇上的規(guī)范性。
通過比較國內(nèi)外文獻(xiàn)中不同膝關(guān)節(jié)伸屈角度對評價膝關(guān)節(jié)損傷的影響，發(fā)現(xiàn)不同掃描體位在評價不同類型損傷時各有側(cè)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(yōu)勢。而對于髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)，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(guān)節(jié)掃描體位有利于減少假陽性及假陰性，為臨床診斷相關(guān)疾病提供更完善的影像學(xué)證據(jù)，未來在進(jìn)一步完善MRI掃描方案上仍有較大的研究空間。
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