MRI评估股骨内侧髁和胫骨平台匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响

doi:10.12307/2022.510

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (12): 1872-1876.doi: 10.12307/2022.510

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

MRI评估股骨内侧髁和胫骨平台匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响

涂有为1，2，刘云鹏1，2，王星亮2，彭超1，杨家骥2

1安徽医科大学无锡临床学院，江苏省无锡市 214000；2中国人民解放军联勤保障部队第904医院，江苏省无锡市 214000

收稿日期:2021-07-14 修回日期:2021-07-15 接受日期:2021-08-23 出版日期:2022-04-28 发布日期:2021-12-14
通讯作者: 刘云鹏，主任医师，安徽医科大学无锡临床学院，江苏省无锡市 214000；中国人民解放军联勤保障部队第904医院，江苏省无锡市 214000
作者简介:涂有为，男，1991年生，安徽省安庆市人，汉族，安徽医科大学在读硕士，主要从事骨关节外科研究。
基金资助:
无锡市科技发展资金项目(CSE31N1618)，项目负责人：刘云鹏，项目名称：基于髌股关节三维运动模型的复发性髌骨脱位生物力学研究；无锡市卫生计生委科研项目(Q201772)，项目负责人：王星亮，项目名称：内侧髌股韧带重建术对髌股关节解剖形态影响的影像学研究

Effect of the match between the medial femoral condyle and tibial plateau on the tear of the posterior root of the medial meniscus evaluated by MRI

Tu Youwei1, 2, Liu Yunpeng1, 2, Wang Xingliang2, Peng Chao1, Yang Jiaji2

1Wuxi Clinical College of Anhui Medical University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China; 2The 904 Hospital of the Joint Service Support Force of Chinese PLA, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China

Received:2021-07-14 Revised:2021-07-15 Accepted:2021-08-23 Online:2022-04-28 Published:2021-12-14
Contact: Liu Yunpeng, Chief physician, Wuxi Clinical College of Anhui Medical University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China; The 904 Hospital of the Joint Service Support Force of Chinese PLA, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China
About author:Tu Youwei, Master candidate, Wuxi Clinical College of Anhui Medical University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China; The 904 Hospital of the Joint Service Support Force of Chinese PLA, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Science and Technology Development Foundation Project of Wuxi, No. CSE31N1618 (to LYP); the Scientific Research Project of Health and Family Planning Commission of Wuxi, No. Q201772 (to WXL)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
内侧半月板后根撕裂：是一种骨性或软组织根性撕脱伤或放射状撕裂，通常位于内侧半月板后根附着点1 cm以内，这类损伤可分为急性外伤损伤和退行性损伤。该文主要研究股骨内侧髁和胫股内侧平台的横径和前后径以及它们之间的匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响。
匹配性：关注患者膝关节个体化的形态学参数，定义股骨内侧髁和胫骨内侧平台的横径比与前后径比为胫股关节的匹配性，影响膝关节的生物力学，可能与内侧半月板后根撕裂具有一定的相关性。

背景：股骨髁和胫骨平台的解剖学参数影响膝关节的生物力学，股骨内侧髁和胫骨内侧平台的匹配性可能会影响内侧半月板所受的环状应力大小，从而影响内侧半月板后根撕裂。
目的：评估股骨内侧髁和胫骨平台的匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响。
方法：选择2016年1月至2020年1月因膝关节疼痛于中国人民解放军联勤保障部队第904医院行膝关节MRI检查的患者，最终选择52例确诊为内侧半月板后根撕裂患者(观察组)与40例无骨及软组织解剖结构异常患者(对照组)。在MRI检查图像上测量两组患者的膝关节解剖学参数，股骨内侧髁前后径、胫骨内侧平台前后径、股骨内侧髁横径、胫骨内侧平台横径，计算股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比、股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比。同时进行受试者工作特征(ROC)曲线分析，确定内侧半月板后根撕裂危险因素的临界值。
结果与结论：①观察组患者的股骨内侧髁横径和股骨内侧髁前后径均大于对照组(P < 0.05)，股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比、股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比均大于对照组(P < 0.05)；两组胫骨内侧平台横径、胫骨内侧平台前后径比较差异无显著性意义(P > 0.05)；②ROC曲线分析显示，股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比最佳截断值为0.85，敏感度57.69%，特异度97.50%，曲线下面积为 0.815；股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比最佳截断值1.29，敏感度61.54%，特异度95.00%，曲线下面积为 0.710；③结果表明，股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比大于0.85与股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比大于1.29，可能是内侧半月板后根撕裂发生的重要危险因素，在膝关节MRI冠状位和矢状位测量股骨内侧髁和胫骨内侧平台横径比及前后径比值的方法对诊断内侧半月板后根撕裂具有较高的敏感性和检出率。

https://orcid.org/0000-0003-0412-3633 (涂有为)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 膝关节, 半月板后根撕裂, 匹配性, MRI成像, 股骨内侧髁横径, 胫骨内侧平台横径, 股骨内侧髁前后径, 胫骨内侧平台前后径

Abstract: BACKGROUND: The anatomical parameters of the femoral condyle and tibial plateau affect the biomechanics of the knee joint. The matching of the medial femoral condyle and the medial tibial plateau may affect the magnitude of the annular stress on the medial meniscus, and thus affect the posterior root tear of medial meniscus.
OBJECTIVE: To evaluate the effect of the match between the medial femoral condyle and the tibial plateau on the tear of the posterior root of the medial meniscus.
METHODS: The data of patients who underwent knee MRI examination at the 904 Hospital of the Joint Service Support Force of Chinese PLA due to knee joint pain from January 2016 to January 2020 were retrospectively analyzed. Finally, 52 patients with medial meniscus posterior root tear were selected as observation group; 40 patients without abnormal bone and soft tissue anatomy were selected as control group. The anatomical parameters of the knee joint were measured on MRI: medial femoral condyle anteroposterior diameter, medial tibial plateau anteroposterior diameter, medial femoral condyle transverse diameter, and the transverse diameter of the medial tibial plateau. The lateral diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau and the anteroposterior diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau were calculated. At the same time, receiver operating characteristic curve analysis was performed to determine the critical value of risk factors for posterior root tear of the medial meniscus.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The medial femoral condyle transverse diameter and medial femoral condyle anteroposterior diameter were greater in the observation group than those in the control group (P < 0.05). The lateral diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau and the anteroposterior diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau were greater in the observation group than those in the control group (P < 0.05). There were no significant differences in the transverse diameter of the medial tibial plateau and medial tibial plateau anteroposterior diameter between the two groups (P > 0.05). (2) Receiver operating characteristic curves demonstrated that the best cut-off value of the transverse diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau was 0.85, the sensitivity was 57.69%, and the specificity was 97.50%; area under the curve was 0.815. The best cut-off value of the anteroposterior diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau was 1.29, and the sensitivity was 61.54%; the specificity was 95.00%; area under the curve was 0.710. (3) These findings suggest that the lateral diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau greater than 0.85 and the anteroposterior diameter ratio of the medial femoral condyle to the medial tibial plateau greater than 1.29 may be an important risk factor for the occurrence of posterior root tear of the medial meniscus. The method of measuring the lateral diameter ratio and the anteroposterior diameter ratio of the medial condyle to the plateau in coronal and sagittal MRI views of knee joint has a high sensitivity and detection rate for the diagnosis of posterior root tears of the medial meniscus.

Key words: knee joint, posterior root of meniscus tear, matching, MRI, transverse diameter of medial femoral condyle, transverse diameter of medial tibial plateau, anteroposterior diameter of medial femoral condyle, anteroposterior diameter of medial tibial plateau

中图分类号:

涂有为, 刘云鹏, 王星亮, 彭超, 杨家骥. MRI评估股骨内侧髁和胫骨平台匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(12): 1872-1876.

Tu Youwei, Liu Yunpeng, Wang Xingliang, Peng Chao, Yang Jiaji . Effect of the match between the medial femoral condyle and tibial plateau on the tear of the posterior root of the medial meniscus evaluated by MRI[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(12): 1872-1876.

图/表（结果） 4

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引言

半月板是膝关节的重要组成部分，通过增加胫股关节的接触面积及在膝关节中转化为环状应力来分散胫股轴向载荷，在载荷分配和应力吸收中起着关键作用[1-2]，尤其是内侧半月板后根承受着股骨髁施加在内侧平台的大部分应力[1，3]。由于内侧半月板后根附着于胫骨平台更紧密而活动受限，因此在膝关节屈伸活动过程中容易受到损伤，导致退化和撕裂[4-5]。内侧半月板后根撕裂将半月板一分为二，一端附着在胫骨上，另一端向外移位，这在很大程度上造成了半月板的挤压及环状应力和功能载荷分配的损失。因此，内侧半月板后根撕裂导致的情况在生物力学上类似于半月板全切除和骨关节炎的发展。半月板后根撕裂是一种特殊类型的半月板损伤，其定义为半月板根部附着点1 cm以内的骨性/软组织撕脱伤或放射状撕裂[6]，其发病率较高，占所有内侧半月板撕裂的27.8%[2-3]。因此，更好地了解半月板后根损伤的危险因素和有效预防该损伤成为了主要关注点。有研究显示，年龄、性别、体质量指数、凯格伦-劳伦斯 (Kellgren-Lawrence，K-L)分级、机械轴角、运动水平等均影响内侧半月板后根损伤的发生[7]。有研究表明，膝关节形态测量不一致已被证明是膝关节各种临床症状的原因之一，如骨关节炎和髌骨-股骨退行性变[8-9]，然而，股骨髁和胫股平台的形态对内侧半月板后根损伤的影响尚未引起足够的重视。由于胫股关节内侧接触面积较大可能会进一步增加环状应力，所以股骨内侧髁至胫骨髁的较大尺寸可能有助于内侧半月板后根撕裂的发生。因此，该研究对内侧半月板后根撕裂患者的临床及影像资料进行回顾性分析，并将其与无内侧半月板后根撕裂者的资料进行对比，评估股骨内侧髁与内侧胫骨平台的匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响，为临床诊治提供参考。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计回顾性病例-对照分析，计量资料比较采用独立样本t检验。
1.2 时间及地点试验于 2020年3-11月在中国人民解放军联勤保障部队第904医院完成。
1.3 对象选择2016年1月至2020年1月因膝关节疼痛就诊于中国人民解放军联勤保障部队第904医院并进行膝关节MRI检查的300例患者，其中 72例患者通过资深的放射科医师MRI读片被诊断为内侧半月板后根撕裂。完全性内侧半月板后根撕裂定义为内侧半月板后角在距后根1 cm范围内撕裂，MRI上可见根部与后角完全分离。
根据纳入与排除标准，最终纳入52例单侧完全性内侧半月板后根撕裂患者作为观察组。
纳入标准：MRI诊断为内侧半月板后根撕裂；X射线片及MRI资料完整；膝关节K-L分级≤3级的患者。
排除标准：①不完全内侧半月板后根撕裂；②韧带松弛；③膝关节K-L分级3级以上的骨关节炎患者；④骨坏死；
⑤外侧半月板撕裂或其他联合韧带损伤者。
对照组是同时期因膝关节疼痛至中国人民解放军第904医院就诊并经过膝关节MRI检查排除其有骨及软组织解剖结构异常的患者，共40例。
纳入标准：经临床及MRI检查排除有骨及软组织解剖结构异常的患者；X射线片及MRI资料完整；膝关节K-L分级≤3级的患者。
排除标准：膝关节K-L分级3级以上的骨关节炎患者。
研究获得中国人民解放军联勤保障部队第904医院伦理委员会批准，批准号：2020-01-002。所有入组患者签署试验知情同意书。
1.4 方法
1.4.1 膝关节MRI成像参数所有受试者均使用美国GE 3.0T核磁共振机进行扫描。扫描范围：以膝关节为中心上至股骨髁上3-5 cm下至胫骨上段。扫描体位：嘱患者仰卧位，双下肢伸直并齐，脚尖并拢。采用膝关节表面线圈进行常规扫描，扫描序列：矢状位，T1加权成像序列、质子密度加权成像序列、T2加权脂肪抑制成像序列；冠状位，T2加权脂肪抑制成像序列，必要时加水平位扫描。扫描参数：自旋回波，T1加权成像重复时间/回波时间=500-650/17-90 ms；快速自旋回波，质子密度加权成像重复时间/回波时间=3 000-6 000/30-90 ms；快速自旋回波T2加权脂肪抑制成像重复时间/回波时间=2 500-3 000/45-90 ms；层厚4 mm，层间隔0.5 mm，扫描野160 mm；平均次数 4-6次。
1.4.2 观察指标及测量方法
股骨内侧髁及胫骨内侧平台的横径：主要根据KWAK等[10]的测量方法。使用PACS系统上的交联工具，在矢状面图像中0°关节接触点对应的冠状面图像上测量股骨内侧髁横径，即相应冠状面上股骨内侧髁关节软骨最内侧和最外侧之间的距离；胫骨内侧平台横径的测量为胫骨内侧髁间棘到胫骨内侧平台最内侧边缘之间的距离，见图1A、B。

股骨内侧髁和胫骨内侧平台的前后径：采用MUSAHL等[11]的测量方法。在冠状位和矢状位快速自旋回波序列上测量股骨髁部和胫骨平台的最大二维尺寸。测量股骨内侧髁从滑车与前股骨内侧髁交界处至后关节髁面中心的距离，最大距离被记录为股骨内侧髁的前后径；测量胫骨内侧平台的前后径，记录胫骨内侧平台被关节软骨覆盖的最大距离为胫骨内侧平台的前后径，见图1C、D。

1.4.3 研究纳入的X射线因素 X射线因素包括机械轴角和K-L分级。机械轴角由一张显示髋膝-踝关节的站立正位X射线片测量，定义为从股骨头中心远端到交叉韧带之间的髁中点的直线与从胫骨平台中心远端延伸到胫骨平台中心的直线之间的夹角。
K-L分级[4，12]：0级，正常，记为0分；1级，可疑关节间隙狭窄和可能的骨赘样唇，记为1分；2级，明确的骨赘和明确的关节间隙狭窄，记为2分；3级，中度多发性骨赘，关节间隙明显狭窄，部分硬化，可能有骨轮廓畸形，记为3分；4级，大型骨赘，关节间隙明显狭窄，重度硬化，明确的骨轮廓畸形，记为4分。
1.5 主要观察指标两组患者关节解剖学参数测量结果。
1.6 统计学分析使用 SPSS 22.0软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示，两组间比较采用独立样本t检验。采用受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析确定危险因素的临界值。ROC曲线分析采用MedCal软件进行分析。 P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

此次研究最重要的发现是，中年内侧半月板后根撕裂患者的股骨内侧髁和胫骨内侧平台的尺寸与内侧半月板后根撕裂的发生有一定的相关性。两组患者在性别、年龄、侧别、体质量指数和机械轴角，K-L等级评分无统计学差异的情况下，内侧半月板后根撕裂组和对照组之间的股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比和股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比具有显著差异，表明膝关节解剖学参数的变异可能与内侧半月板后根撕裂具有相关性。作者将股骨内侧髁与胫骨平台的横径比和股骨内侧髁与胫股平台的前后径比值定义为内侧间室的匹配性。股骨和胫骨在正常解剖位置的排列及组成膝关节的形态计量学特征已被先前的研究广泛评估[13-14]。股骨和胫股解剖关系对内侧半月板撕裂的潜在影响已有文献报道，BOZKURT等[15]发现股骨内髁直径和胫骨内侧上关节面直径与内侧半月板撕裂具有相关性，较大的股骨内侧髁更易造成内侧半月板的撕裂，这与此次研究的结论一致。众所周知，胫股关节的形态既影响膝关节的运动也影响软组织的运动和载荷。内侧半月板后根撕裂可能与某些特定的、反复的膝关节运动有关，股骨内侧髁和胫股平台的形态计量学特征在其中发挥了重要作用[16-17]。
依据膝关节生物力学，半月板的主要作用在于重新分配通过胫骨-股骨关节的接触力，半月板在膝关节的负重和长期关节健康中起着不可或缺的作用。半月板在股骨和胫骨之间传递载荷的机制最初由SHRIVE等[18]描述。半月板的横截面形状是楔形，当股骨和胫骨相互靠近时股骨髁的曲面将半月板推离关节中心，基本上是径向挤压半月板，同时也挤压股骨和胫股之间的组织，由于挤压半月板的圆周长度增加，导致产生环状应力[19-20]。由于半月板也在两块骨头之间被压缩，它将力从股骨髁传递到胫股平台，在这个过程中也压缩了中间的软骨层。股骨髁向后的分叉进一步促进了股骨和胫骨之间在关节运动中传递载荷的能力[18，21]。不同的股骨几何形状意味着半月板也需要改变形状并相对于胫骨滑动，以适应屈曲和伸展过程中骨骼形状和相对位置的变化[22-23]，在完全伸展时半月板基本上位于前后方，而在屈曲时半月板位于更外侧，半月板的曲面必须调整其形状以适应紧挨着的股骨髁部的形状[18]。
膝关节半月板损伤是一种是常见的运动损伤，在日常锻炼中会有瞬间变向、突然起跳、大步走的情况，频繁、大范围的动作使膝关节半月板承受巨大的负荷，长时间的负荷会导致半月板过度疲劳和拉伤。半月板损伤在运动员和一般人群中很常见，特别是在篮球、足球和美式橄榄球等需要频繁轮换领域中的运动员[24]。ZEDDE等[25-26]通过对篮球运动员创伤性半月板损伤的分析发现，青少年篮球运动员半月板损伤是由于膝关节受压和屈曲旋转所致。事实上，膝关节的屈曲和伸展主要发生在股骨髁部和半月板之间，胫骨相对于股骨的旋转主要发生在半月板和胫骨之间。因为半月板后角和前角区域与胫骨粘连牢固，它们作为胫骨上关节表面的一部分移动[27-28]。当膝关节受到暴力做屈曲和伸展时，半月板与胫骨平台间的摩擦剪切力增大，半月板的运动就会受到限制，在突然屈膝和伸展时可能会撕裂半月板。膝关节半月板损伤的另一种机制是退变。由于弹性纤维的存在，正常的半月板是有弹性的，这使得半月板能够抵抗特定的压缩。半月板中胶原纤维、蛋白多糖和糖蛋白的交织网络也允许在膝关节伸展和屈曲时将轴向负荷转换为环状应力[29-30]。随着年龄的增长，人体内弹性纤维的数量开始减少，半月板的结构逐渐变硬，随着半月板退变程度的增加，在运动过程中可能会发生半月板撕裂[31]。此次研究发现内侧半月板后根撕裂组的股骨内侧髁和胫股平台的匹配性比值更大，这就是说损伤组比对照组的胫股关节接触面积大，较大的胫股关节接触面积使半月板后根在挤压过程中产生了更大的环状应力，在膝关节屈伸和旋转等反复运动中更容易造成内侧半月板撕裂。此次研究内侧半月板后根撕裂组和对照组的机械轴角度和K-L等级评分没有差异，因此作者认为内侧半月板后根撕裂的发生更多地归因于股骨内侧髁和胫股平台的匹配性比值，而不是退行性因素。在临床实践中，此次研究结果将有助于识别内侧半月板后根撕裂发生的高危人群，然后针对高危人群提供适当的预防措施。
研究存在的几个局限性：放射科医师在测量膝关节参数时可能存在一定误差；现有MRI测量内侧胫股关节的接触面积是不可行的，作者认为股骨内侧髁和胫骨内侧平台的横径和前后径能代表胫股关节内侧接触面积；样本量小，尚需进一步扩大样本容量；此次研究在病例选择上以MRI为诊断标准确定内侧半月板后根撕裂，缺少关节镜的诊断结果，存在一定的局限度。
综上所述，股骨内侧髁与胫骨内侧平台的横径比大于0.85与股骨内侧髁与胫骨内侧平台的前后径比大于1.29可能是内侧半月板后根撕裂发生的重要危险因素，在膝关节MRI冠状位和矢状位测量股骨内侧髁和胫骨内侧平台的横径比、前后径比值的方法对诊断内侧半月板后根撕裂具有较高的敏感性和检出率。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

MRI评估股骨内侧髁和胫骨平台匹配性对内侧半月板后根撕裂的影响

Effect of the match between the medial femoral condyle and tibial plateau on the tear of the posterior root of the medial meniscus evaluated by MRI

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