MRI定量测量内侧半月板外凸值与内侧半月板损伤模式及软骨损伤的相关性

doi:10.12307/2023.393

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (22): 3567-3572.doi: 10.12307/2023.393

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

MRI定量测量内侧半月板外凸值与内侧半月板损伤模式及软骨损伤的相关性

陈昊，王瑞，姜少伟，吴磊

安徽医科大学第一附属医院运动创伤与关节镜外科，安徽省合肥市 230022

收稿日期:2022-06-02 接受日期:2022-07-14 出版日期:2023-08-08 发布日期:2022-11-02
通讯作者: 王瑞，在读博士，副主任医师，安徽医科大学第一附属医院运动创伤与关节镜外科，安徽省合肥市 230022
作者简介:陈昊，男，1996年生，安徽省六安市人，汉族，安徽医科大学在读硕士，医师，主要从事运动创伤与关节镜方面的研究。

Correlation of MRI quantitative measurement of medial meniscus extrusion and medial meniscus injury pattern with cartilage damage

Chen Hao, Wang Rui, Jiang Shaowei, Wu Lei

Department of Sports Trauma and Arthroscopic Surgery, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230022, Anhui Province, China

Received:2022-06-02 Accepted:2022-07-14 Online:2023-08-08 Published:2022-11-02
Contact: Wang Rui, Doctoral candidate, Associate chief physician, Department of Sports Trauma and Arthroscopic Surgery, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230022, Anhui Province, China
About author:Chen Hao, Master candidate, Physician, Department of Sports Trauma and Arthroscopic Surgery, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230022, Anhui Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

内侧半月板损伤：其病因与机制有多种，如急性扭伤时内侧半月板在股骨髁与胫骨间受到旋转暴力而撕裂，或是关节不稳、慢性劳损、发育异常等。内侧半月板损伤在MRI影像上依据信号分为4级，损伤模式分为纵行撕裂、斜行撕裂、水平撕裂、放射状撕裂、桶柄状撕裂、后根部撕裂及复合型撕裂等。
内侧半月板外凸值：在MRI冠状位影像上可观察到内侧半月板边缘超出于胫骨平台边缘部分的宽度，在半月板损伤时尤为明显，其原因是半月板环向胶原纤维断裂，半月板丧失了抵抗应力的能力。

背景：膝关节内侧半月板在损伤时可在MR影像上观察到超出胫骨平台边缘的外凸，其外凸值的大小是否与内侧半月板损伤的模式相关、是否与膝关节内侧间室软骨损伤程度相关值得探讨。
目的：在MRI下量化测量内侧半月板外凸值，并分析其影响因素，以及外凸值大小与内侧半月板损伤模式、内侧间室的软骨损伤程度是否有相关性。
方法：选择117例因膝关节半月板后角损伤就诊于安徽医科大学第一附属医院，并接受了膝关节MRI扫描检查和膝关节镜半月板手术的患者。MRI测量每例患者的半月板外凸值，从病历中录入每例患者的体质量指数、是否因急性创伤就诊、关节镜下证实的半月板损伤模式和内侧间室的软骨损伤等级等信息，分析半月板外凸值大小与上述因素的相关性。
结果与结论：①病史中存在可明确回忆的急性创伤患者组31例(26.5%)，无明确回忆的急性创伤患者组86例(73.5%)，两组半月板外凸值比较差异有显著性意义(P=0.001)；②低体质量指数组(体质量指数≤25 kg/m2) 56例(47.9%)，高体质量指数组(体质量指数> 25 kg/m2) 61例(52.1%)，两组半月板外凸值比较差异有显著性意义(P=0.008)；③按照半月板损伤部位分为半月板后体部损伤组60例(51.2%)、后角损伤组37例(31.6%)，后根断裂组20例(17.1%)，各组间半月板外凸值比较差异有显著性意义(P=0.000)；④按照关节镜下证实的损伤情况，将非内侧半月板后根断裂的患者分为半月板复合裂组(n=49)和非复合裂组(n=48)，两组半月板外凸值比较差异有显著性意义(P=0.000)；⑤半月板外凸值预测内侧间室中重度软骨损伤和内侧半月板后根断裂受试者工作特征曲线下面积分别为0.794和0.942；⑥提示半月板外凸值的大小与患者病程中有无急性创伤、患者体质量指数和患者内侧半月板损伤模式相关，且半月板外凸值对内侧半月板后根断裂有较好的预测价值。
https://orcid.org/0000-0003-1904-3353(陈昊)
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: 半月板外凸, 半月板撕裂, 软骨损伤, 关节镜, MRI

Abstract: BACKGROUND: The medial meniscus extrusion beyond the edge of the tibial plateau can be observed on MR images of the medial meniscus of the knee joint during injury. It is worth exploring whether the external protuberance is related to the mode of medial meniscus injury and the degree of medial interventricular cartilage injury of the knee joint.
OBJECTIVE: To quantitatively measure the extrusion of medial meniscus under magnetic resonance imaging, and to study the factors affecting the value of medial meniscus extrusion, and whether it is related to the injury mode of medial meniscus and the degree of cartilage injury in medial compartment.
METHODS: In this study, 117 patients diagnosed as knee meniscus posterior horn injury by sports injury in First Affiliated Hospital of Anhui Medical University were selected. They underwent knee joint MRI scan and knee arthroscopic meniscus surgery. The meniscus extrusion value (medial meniscus extrusion) was measured under MRI in each patient. The body mass index of each patient, whether due to acute injury, the mode of meniscus injury confirmed by arthroscopy and the grade of cartilage injury in the medial compartment were recorded from the medical record, and the correlation between the meniscus extrusion value and the above-mentioned factors was analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There were 31 (26.5%) acute injury patients with definite recall, 86 (73.5%) acute injury patients with no clear recall; there was a significant difference in the meniscus extrusion value between the two groups (P=0.001). (2) There were 56 (47.9%) patients with low body mass index (body mass index ≤ 25 kg/m2) and 61 patients (52.1%) with high body mass index (body mass index > 25 kg/m2); there was a significant difference in the meniscus extrusion value between the two groups (P=0.008). (3) According to the site of meniscus injury, there were meniscus posterior body injury group (60 cases, 51.2%), posterior horn injury group (37 cases, 31.6%), and posterior root fracture group (20 cases, 17.1%); there was a significant difference in the meniscus extrusion value between the two groups (P=0.000). (4) According to the injury confirmed by arthroscopy, patients with non-medial meniscus posterior root rupture were divided into compound meniscus fracture group (n=49) and non-compound meniscus fracture group (n=48); there was a significant difference in the meniscus extrusion value between the two groups (P=0.000). (5) The areas under receiver operating characteristic curve of moderate and severe cartilage injury in medial compartment and medial meniscus posterior root tearing predicted by medial meniscus extrusion were 0.794 and 0.942, respectively. (6) It is indicated that the size of medial meniscus extrusion reflects the presence or absence of acute trauma in the patient's disease course, their body mass index, and pattern of medial meniscus injury. Medial meniscus extrusion has a good predictive value for medial meniscus posterior root rupture.

Key words: meniscus extrusion, meniscus tear, cartilage injury, arthroscopy, magnetic resonance imaging

中图分类号:

陈昊, 王瑞, 姜少伟, 吴磊. MRI定量测量内侧半月板外凸值与内侧半月板损伤模式及软骨损伤的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(22): 3567-3572.

Chen Hao, Wang Rui, Jiang Shaowei, Wu Lei. Correlation of MRI quantitative measurement of medial meniscus extrusion and medial meniscus injury pattern with cartilage damage[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(22): 3567-3572.

图/表（结果） 11

2.1 参与者数量分析纳入膝关节内侧半月板损伤患者117例，全部进入结果分析，无脱落。
2.2 试验流程图见图4。

2.3 创伤因素相关组MME值的比较病史中存在可明确回忆的急性创伤患者有31例(26.5%)，无明确回忆的急性创伤患者有86例(73.5%)，两组间MME值比较差异有显著性意义(t=3.280，P=0.001)，见表1。

2.4 不同体质量指数分组MME值的比较根据体质量指数分组，低体质量指数组(体质量指数≤25 kg/m2) 56例(47.9%)，高体质量指数组(体质量指数 > 25 kg/m2) 61例(52.1%)，两组间MME值比较差异有显著性意义(t=3.269，P=0.008)，见表2。

2.5 半月板损伤部位组间的MME值比较半月板后体部损伤组60例(51.2%)，后角损伤组37例(31.6%)，后根断裂组20例(17.1%)，3组间MME值比较采用单因素方差分析，差异有显著性学意义(总体F=56.342，P=0.000，P < 0.05)；各组间两两对比差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表3-5。

2.6 复合裂与非复合裂组的MME值比较按照术中关节镜下证实的损伤情况，将非内侧半月板后根断裂的患者分为半月板复合裂组和非复合裂组(复合裂组MME平均秩62.61，非复合裂组MME平均秩35.10)，两组间采用非参数检验，差异有显著性意义(P=0.000)，见表6及图5。

2.7 MME值对中重度软骨损伤的预测价值将关节镜下证实的Outerbridge 3级与4级软骨损伤认为是中重度的软骨损伤，绘制了MME预测中重度软骨损伤的ROC曲线，其AUC为0.794(95%CI：0.715-0.874，P=0.000)，有一定的预测意义，见表7及图6。

2.8 MME值对内侧半月板后根断裂的预测价值绘制了MME预测内侧半月板后根断裂的ROC曲线，其AUC为0.942
(95%CI：0.887-0.998，P=0.000)，有较强的预测意义。通过计算约登指数，当选择cuff-off值 > 2.555 0时，诊断内侧半月板后根断裂的敏感度为94.4%，特异度为54.6%，见表7及图7。

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引言

材料方法

1.1 设计对比观察试验，组间比较采用t检验、单因素方差分析及U检验。
1.2 时间及地点试验于2022年1月在安徽医科大学第一附属医院完成。
1.3 对象选择2020年1月至 2022年1月因单纯内侧半月板损伤于安徽医科大学第一附属医院就诊的患者，此次研究符合《赫尔辛基宣言》和安徽医科大学关于涉及人类研究的相关规定，且得到患者知情同意。
纳入标准：①患者因半月板损伤就诊并接受膝关节MRI平扫检查，且关节镜手术中证实为膝关节内侧半月板损伤；②膝关节MRI提示内侧半月板损伤且有MME现象存在；③无膝关节镜手术及MRI检查禁忌证。
排除标准：①患膝曾接受过膝关节镜手术；②合并其他存在膝关节表现的疾病如痛风性关节炎、类风湿关节炎和银屑病关节炎等；③合并严重膝关节骨性关节炎，膝关节力线已有明显改变；④半月板损伤合并其他急慢性损伤如前后交叉韧带损伤、髁间嵴骨折；⑤先天性膝关节发育异常。
117例患者符合标准加入此次研究，其中男34例(29.1%)，女83例(70.9%)；年龄30-70岁；MME值1.15-7.45 mm。这些患者中，病史中存在可明确回忆的急性创伤患者有31例(26.5%)，无可明确回忆的急性创伤患者有86例(73.5%)；按照体质量指数大小分为低体质量指数组(体质量指数≤25 kg/m2)56例(47.9%)和高体质量指数组(体质量指数> 25 kg/m2)61例(52.1%)；按照半月板损伤部位分为半月板后体部损伤组60例(51.2%)、后角损伤组37例(31.6%)和后根断裂组20例(17.1%)；按照术中关节镜下证实的损伤情况，将非内侧半月板后根断裂的患者分为半月板复合裂组49例和非复合裂组48例。
1.4 方法
1.4.1 MRI扫描所有患者膝关节MRI扫描均采用德国GEMRI扫描仪进行，使用专用膝关节线圈，患者处于平卧位，扫描沿解剖矢状面、冠状面及横断面。
1.4.2 膝关节镜检查所有患者均接受关节镜镜检，由高年资骨科运动医学医师对膝关节内侧半月板损伤模式及软骨损伤情况进行镜下判断。将内侧半月板从前到后平均分为4部分，依次为前角、前体部、后体部和后角，半月板后角后方由半月板后根与胫骨平台直接连接(图1)。此次研究选取了关节镜镜后检证实的膝关节内侧半月板后体部、后角与后根损伤的患者，损伤类型按部位(后体部和后角)和类型(水平裂、斜裂、纵裂、放射状裂和复合裂等)进行分类[11]。复合裂是指半月板存在水平裂、斜裂、纵裂和放射状裂2种或2种以上损伤的类型；若镜检发现内侧半月板出现后根断裂则归入内侧半月板后根断裂组。

软骨损伤采用Outerbrigde标准分级[12]：0级为正常关节软骨；Ⅰ级为软骨变软或局部肿胀；Ⅱ级为软骨表面纤维化轻，软骨缺损厚度< 50%；Ⅲ级为软骨表面纤维化重，龟裂明显，软骨缺损厚度> 50%，尚未暴露软骨下骨；Ⅳ级为软骨完全缺损，软骨下骨外露。
1.4.3 MME的定量测量因内侧半月板通过内侧半月板后根附着于胫骨上，MME被定义为内侧半月板偏离内侧胫骨平台边缘范围的异常增加。测量选取在扫描通过髁间嵴的冠状面MRI图像上，若扫描未通过髁间嵴，则在髁间嵴前后选取胫骨平台宽度最大的层面进行测量[13]。在内侧胫骨平台水平向垂直的过渡点处绘制一条与胫骨内侧平台周缘相交的垂直线，再绘制一条与内侧半月板凸出边缘相切的垂直线，两直线的距离即为MME值(图2)。若内侧胫骨平台边缘存在骨赘形成则不考虑骨赘，找出内侧胫骨平台的解剖外缘(图3)。由2位研究者对每例患者的膝关节MRI图像进行独立的MME值测量，每张MRI图像测量3次后取平均值作为该患者的MME值。

1.4.4 其他相关因素每例患者的体质量指数、病史中有无急性创伤史和关节镜手术记录中描述的内侧半月板损伤模式等信息均被研究者从病历中逐一录入并参与分析。
1.5 主要观察指标 ①各组测得的MME值；②各组内侧半月板损伤模式；③各组软骨损伤程度。
1.6 统计学分析所有统计分析均采用IBM SPSS 23.0软件。组间比较时对数据进行正态性和方差齐性检验，符合正态性及方差齐性使用t检验，反之采用非t’检验；相关性分析时对数据进行Spearman相关性分析；所有检验结果的显著性水准采用α=0.05，P < 0.05认为具有显著统计学差异。诊断指标采用受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线下面积(area under curve，AUC)进行行评估，当AUC=0.5时认为诊断指标不起作用，在0.5 < AUC≤0.7时表示诊断价值较低，在0.7 < AUC≤0.9时表示诊断价值中等，当AUC > 0.9时表示诊断价值较高。对于诊断阈值的确定则通过计算约登指数完成。文章统计学方法已经由安徽医科大学第一附属医院生物统计学专家审核。

讨论

MR对半月板的成像非常理想[14-15]，因而作者选择在MR图像上定量测量MME值。MME在膝关节内侧半月板损伤MR影像中可以容易的观察到，它往往是内侧半月板损伤的间接征象。在正常载荷下，压力在半月板上产生径向环状应力，这些应力被半月板内胶原束的完整性以及根部和半月板间附着物的“环箍”作用所抵消[16-17]，这些结构的破裂导致半月板挤压产生。此次研究通过对117例患者的回顾性分析，证实了内侧半月板损伤时MME值与某些危险因素相关。
目前内侧MME值的定义在各种研究的报道中各不相同，暂无完全公认的定义方法。SWAMY等[8]在文章中提出将MME值记录为超出胫骨平台边缘3 mm部分的大小的方法并不准确。COSTA等[18]将内侧MME值定义为超出胫骨平台边缘的部分，并分为轻度外凸(≤3 mm)与重度外凸(> 3 mm)。在此次研究过程中注意到部分关节镜下证实的内侧半月板损伤患者MME值并未大于3 mm，因而研究者认为采用后者标准更为可靠。此次研究中发现MME值对内侧半月板后根断裂具有较好的预测意义(AUC=0.942)，且在MME≥2.555 mm
时预测内侧半月板后根断裂的敏感性最强，这比先前研究发现的预测内侧半月板后根断裂的3 mm阈值更进一步。此次研究结果也显著提示了内侧半月板后根断裂相较于非断裂会存在更大的MME值(后体部组MME值为2.514 8±0.818 89；后角组MME值为3.007 0±0.784 20；后根断裂组MME为4.941 0±
1.213 01)；而复合性半月板撕裂组的MME值比单一的撕裂模式也更大(复合裂组MME平均秩62.61，非复合裂组MME平均秩35.10，U检验P < 0.05)。内侧半月板后方二分之一损伤的部位不同时，观测到的MME值也有明显的统计学差异。后根断裂时内侧MME程度最明显，这与这与半月板的组织形态是一致的。内侧半月板后根断裂后产生的力学作用近似于半月板全切，此时早期识别内侧半月板后根断裂极为重要。MR影像中内侧半月板后角断裂的显示受限于扫描层面与图像清晰度有时无法准确识别，此时内侧MME值的显示则起到了良好的提示作用。
创伤是导致半月板损伤的重要病因。作者在此文的117例患者中发现，病史中存在急性创伤的患者与无急性创伤的患者相比，MME值存在显著差异，创伤组患者的MME值较小。已有研究报道了急性创伤在年轻人群中更为常见，因而作者推测造成此现象的原因可能是非急性创伤性半月板损伤患者年龄较大，且存在退变性的半月板损伤，在膝关节症状明显时病程较长，此时关节间室的轻度变窄、关节软骨的丢失会造成MME值的增加。有报道指出，内侧间室的软骨退变与丢失可导致MME值的增大，反之MME值也会加剧骨关节炎的进展[19]。体质量指数的影响也显示了较为显著的差异性，低体质量指数组MME值为2.769 3±1.059 82，高体质量指数组为3.375 2±1.327 82，两组间F检验P < 0.05，这与先前ZHANG等[20]在超重及肥胖女性群体中的研究结果一致，高体质量指数是MME值较大的危险因素之一[21]。
此次研究也存在一定的局限性。首先此次研究为回顾性研究，所有患者均为接受膝关节镜手术的半月板损伤患者，而症状较轻、未达到手术指征或不愿意接受手术的半月板损伤患者无法被选入样本。其次有研究报道MME值早于膝关节退变与骨关节炎的发生[22]，甚至在高龄的无膝关节症状人群中也可观察到，因而MME值在无症状膝关节的适用性弱，无症状膝关节的MME值的结构性影响因素还没有研究确定。量化的MME值测量依赖于清晰、规范的MR扫描图像，MME值的测量可能存在难以避免的误差，后续研究可采用全自动程序化方式减少测量误差[23]。此外MR图像扫描时患者采用平卧位，图像无法真实反映患者下肢负重时MME值的真实情况，因而未来前瞻性、采用其他方法评估正常生理状态MME的研究可以提供更大的价值[24]。另外KRYCH等[25]报道了一些孤立性MME现象，这些患者无明显半月板或软骨的病理改变，认为这些孤立性MME现象与半月板胫骨韧带异常有关。此次研究病例组的半月板胫骨韧带情况限于成像清晰度等因素未纳入考虑。
内侧MME现象从重要方面证明了半月板修复“中央化”的重要性[26]。半月板修复时若不能改善MME，膝关节病变将会持续进展[27]。特别是对于内侧半月板后根撕裂的患者，半月板修复时不论是采用胫骨隧道或是铆钉修复[28-29]，将后根重新固定于胫骨附着点以减少半月板修复后外凸是决定修复远期疗效的关键[30-31]。
综上所述，作者发现，在非急性创伤导致的内侧半月板损伤人群、高体质量指数内侧半月板损伤人群及复合型内侧半月板后部撕裂人群中，MME值显著较大；不同部位的半月板损伤时MME值也有明显差异；MME值对内侧半月板后根断裂有较强的预测意义，而对内侧间室的软骨损伤预测意义有限。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定量测量内侧半月板外凸值与内侧半月板损伤模式及软骨损伤的相关性

Correlation of MRI quantitative measurement of medial meniscus extrusion and medial meniscus injury pattern with cartilage damage

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