胫骨内、外侧平台后倾角及差值与前交叉韧带损伤的相关性

doi:10.12307/2023.610

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (27): 4379-4384.doi: 10.12307/2023.610

• 骨科植入物相关临床实践 Clinical practice of orthopedic implant • 上一篇下一篇

胫骨内、外侧平台后倾角及差值与前交叉韧带损伤的相关性

李盼盼1，青浩渺2，任思勰1，张园园1

1成都市第二人民医院影像科，四川省成都市 610000；2四川省肿瘤医院影像科，四川省成都市 610000

收稿日期:2022-06-15 接受日期:2022-07-28 出版日期:2023-09-28 发布日期:2022-11-08
通讯作者: 张园园，副主任医师，硕士，成都市第二人民医院影像科，四川省成都市 610000
作者简介:李盼盼，女，1984年生，山东省泰安市人，汉族，硕士，主治医师，主要从事骨肌关节病影像诊断研究。
基金资助:
四川省科技厅基金项目(2019YJ0585)，项目负责人：青浩渺；成都市第二人民医院2021年科研苗圃计划专项基金立项课题[成二院科(2020)27号- 16]，项目负责人：张园园

Correlation of medial and lateral posterior tibial slope and their differences with anterior cruciate ligament injury

Li Panpan1, Qing Haomiao2, Ren Sixie1, Zhang Yuanyuan1

1Department of Radiology, Chengdu Second People’s Hospital, Chengdu 610000, Sichuan Province, China; 2Department of Radiology, Sichuan Cancer Hospital, Chengdu 610000, Sichuan Province, China

Received:2022-06-15 Accepted:2022-07-28 Online:2023-09-28 Published:2022-11-08
Contact: Zhang Yuanyuan, Associate chief physician, Master, Department of Radiology, Chengdu Second People’s Hospital, Chengdu 610000, Sichuan Province, China
About author:Li Panpan, Master, Attending physician, Department of Radiology, Chengdu Second People’s Hospital, Chengdu 610000, Sichuan Province, China
Supported by:
Sichuan Provincial Department of Science and Technology Fund Project, No. 2019YJ0585 (to QHM); 2021 Special Fund Project of Scientific Research Nursery Program of Chengdu Second People’s Hospital, No. (2020) 27-16 (to ZYY)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

胫骨平台后倾角：胫骨平台关节面与胫骨纵轴并不垂直，而是成一定角度向后下倾斜，该角度即为胫骨平台后倾角，胫骨平台后倾角的增大可能与前交叉韧带损伤风险增加存在相关性。
胫骨内、外侧平台后倾角差值：胫骨内、外侧平台后倾角并不完全一致，胫骨内侧平台后倾角变化范围超过20°，胫骨外侧平台后倾角变化范围超过12°，两者之间的差异即胫骨内、外侧平台后倾角差值，该值的大小影响胫骨与股骨相对旋转运动。

背景：相关研究表明前交叉韧带的损伤可能与胫骨近端解剖学形态有关，而胫骨平台后倾角作为膝关节的解剖因素之一，有关其与前交叉韧带损伤相关性的研究成为热点。
目的：分析胫骨平台内、外侧后倾角大小及其差值与前交叉韧带损伤的相关性。
方法：回顾性分析成都市第二人民医院314例患者的膝关节MRI影像，根据前交叉韧带影像学表现分为正常组123例、前交叉韧带部分损伤组107例、前交叉韧带完全损伤组84例，测量3组之间胫骨内、外侧平台后倾角及两者差值，分析前交叉韧带损伤的影响因素。
结果与结论：①314例患者中，男性与女性间胫骨内、外侧平台后倾角及其差值比较差异无显著性意义(P > 0.05)；②前交叉韧带部分损伤组与前交叉韧带完全损伤组胫骨内、外侧平台后倾角均大于正常组(P < 0.05)，3组间胫骨内、外侧平台后倾角差值比较差异无显著性意义(P > 0.05)；③二分类logistic回归分析表明，胫骨内侧平台后倾角是前交叉韧带损伤的独立危险因素(P < 0.05)；ROC曲线表明，内胫骨侧平台后倾角对前交叉韧带损伤的诊断阈值为10.50°，曲线下面积AUC=0.676[95%CI(0.618，0.735)，P < 0.001]，灵敏度为55.5%，特异度为71.5%；④结果显示，前交叉韧带损伤的患者胫骨内、外侧平台后倾角增大，但两者差值大小与正常对照组无明显差异；胫骨内侧平台后倾角可能是前交叉韧带损伤风险的预测指标，胫骨内侧平台后倾角越大前交叉韧带越容易发生损伤。
https://orcid.org/0000-0002-9743-677X (李盼盼)
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: 胫骨内侧平台后倾角, 胫骨外侧平台后倾角, 前交叉韧带损伤, MRI, 膝关节

Abstract: BACKGROUND: Related studies suggest that the anatomical morphology of the proximal tibia may be correlated with the injury of the anterior cruciate ligament. As one of the anatomical factors of the knee joint, the research on the relationship between the posterior tibial slope and anterior cruciate ligament injury has become a hotspot.
OBJECTIVE: To analyze the correlation of medial and lateral posterior tibial slope with anterior cruciate ligament injury.
METHODS: The magnetic resonance imaging images of knee joint of 314 patients in Chengdu Second People’s Hospital were retrospectively analyzed. According to the anterior cruciate ligament imaging findings, there were 123 patients in the normal control group, 107 patients in the partial injury group and 84 patients in the complete injury group. The medial and lateral posterior tibial slope and the differences between medial and lateral compartment of the three groups were measured in the three groups to analyze the influencing factors of anterior cruciate ligament injury.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There was no statistical difference in the medial and lateral posterior tibial slope and the differences between medial and lateral compartment between male and female in 314 patients (P > 0.05). (2) The medial and lateral posterior tibial slope in the group with partial anterior cruciate ligament injury and complete anterior cruciate ligament injury was higher than that in the normal group (P < 0.05). The difference of medial and lateral posterior tibial slope was not significantly different among the three groups (P > 0.05). (3) Binary Logistic regression analysis showed that the medial posterior tibial slope was an independent risk factor for anterior cruciate ligament injury (P < 0.05). ROC curve showed that the diagnostic critical value of medial posterior tibial slope was 10.50°, area under curve AUC=0.676 [95%CI: 0.618,0.735, P < 0.001]; sensitivity was 55.5%; specificity was 71.5%. (4) The results indicate that the medial and lateral posterior tibial slope increased in patients with anterior cruciate ligament injury, but the difference between the two was not significantly different from that of the normal control group. The medial posterior tibial slope may be a predictor of the risk of anterior cruciate ligament injury. The greater the medial posterior tibial slope, the greater the possibility of anterior cruciate ligament injury.

Key words: medial posterior tibial slope, lateral posterior tibial slope, anterior cruciate ligament injury, magnetic resonance imaging, knee joint

中图分类号:

李盼盼, 青浩渺, 任思勰, 张园园. 胫骨内、外侧平台后倾角及差值与前交叉韧带损伤的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(27): 4379-4384.

Li Panpan, Qing Haomiao, Ren Sixie, Zhang Yuanyuan. Correlation of medial and lateral posterior tibial slope and their differences with anterior cruciate ligament injury[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(27): 4379-4384.

图/表（结果） 6

2.1 参与者数量分析 314例患者的MRI影像资料全部进入结果分析。
2.2 各组基线资料比较 3组间的年龄、性别比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表2。

2.3 试验分组流程见图2。

2.4 性别间胫骨内、外侧平台后倾角及差值的比较总样本314例，其中男181例，女133例，经Kolmogorov-Smirnov Z检验，男性胫骨内、外侧平台后倾角及差值与女性之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表3。

2.5 各组间胫骨内、外侧平台后倾角及差值的比较分析经Kruskal Wallis H检验，3组之间胫骨内、外侧平台后倾角比较差异有显著性意义(P < 0.001)，胫骨内、外侧平台后倾角差值比较差异无显著性意义(P > 0.05)；进一步多重比较，前交叉韧带部分损伤组、前交叉韧带完全损伤组胫骨内、外侧平台后倾角均高于正常组(P < 0.001)，前交叉韧带部分损伤组与前交叉韧带完全损伤组胫骨内、外侧平台后倾角比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4。

2.6 前交叉韧带损伤的影响因素分析为探讨前交叉韧带损伤的影响因素，根据前交叉韧带有无损伤分为正常组和损伤组，进行二分类logistic回归分析。结果显示，胫骨内侧平台后倾角是前交叉韧带损伤的独立危险因素[OR=1.315，95%CI(1.123-1.541)，P < 0.05]，见表5。

2.7 胫骨内侧平台后倾角的ROC曲线分析利用ROC曲线分析胫骨内侧平台后倾角对前交叉韧带损伤的预测价值，胫骨内侧平台后倾角的ROC曲线下面积AUC=0.676[95%CI(0.618-0.735)，P < 0.01]，诊断阈值为10.50°，灵敏度为55.5%，特异度为71.5%，见图3。

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引言

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析，两组独立样本比较采用Kolmogorov-Smirnov Z检验，多组样本比较采用Kruskal-Wallis H检验，计数资料组间比较采用χ2检验。
1.2 时间及地点选择2019年1月至2021年12月于成都市第二人民医院就诊患者的膝关节核磁共振影像。
1.3 对象纳入2019年1月至2021年12月于成都市第二人民医院就诊的314例患者的膝关节MRI影像资料，男181例，女133例；年龄16-58岁，平均(32.23±9.41)岁；其中正常者123例，前交叉韧带损伤191例。所有患者对试验均知情同意。试验获成都市第二人民医院医学伦理委员会批准，批准号：2022-155。
纳入标准：①患者的前交叉韧带损伤机制为非接触性，如运动过程中方向改变、急停、加速等，损伤病程< 6个月，并且前交叉韧带既往无损伤病史；②前交叉韧带损伤患者均来自成都市第二人民医院骨科四肢关节组门诊或住院部，患者因创伤后膝关节疼痛或活动受限首次就诊，查体前抽屉试验及Lachman试验阳性，或轴移试验阳性；③正常患者无膝关节直接暴力或非接触性创伤史，由骨科四肢关节组医生及影像科医生确认前交叉韧带正常；④MRI影像完整、清晰，满足诊断及参数测量要求；⑤患者门诊或住院病历完整。
排除标准：①前交叉韧带损伤机制为车祸、挤压、高空坠落等直接暴力所致或损伤原因不明确的患者；②除前交叉韧带损伤，合并膝关节其他韧带损伤或骨折；③患者前交叉韧带既往有过创伤病史或损伤时间> 6个月；④既往有膝部手术史及膝关节骨质增生、关节畸形、关节感染、骨关节炎、骨肿瘤等病史的患者；⑤患者年龄≤15岁或骺线未闭合者；⑥患者临床病历不完整：缺乏前抽屉试验、Lachman试验等专科查体记录，或临床查体及影像提示前交叉韧带完全损伤缺乏关节镜或手术等随访资料证实的患者；⑦患者膝关节核磁影像质量较差，如存在金属伪影、影像不全影响诊断及参数测量。
1.4 方法
1.4.1 影像检查方法所有患者均使用GEPioneer 3.0T磁共振检查仪及膝关节专用线圈进行检查，患者仰卧位、足先进，膝关节伸直、足中立，扫描膝关节矢状位、冠状位、横断位，扫描序列及参数见表1。

1.4.2 影像分组根据美国医学会韧带损伤分级标准，前交叉韧带损伤的MRI分为3级[12]：Ⅰ级前交叉韧带部分损伤，无纤维束中断；Ⅱ级：前交叉韧带部分损伤并部分纤维束断裂；Ⅲ级：前交叉韧带完全损伤，即断裂。由于Ⅰ、Ⅱ级损伤临床多采取保守治疗，而Ⅲ级损伤常需手术治疗，因此可以将Ⅰ、Ⅱ级损伤一起纳入前交叉韧带部分损伤组，Ⅲ级损伤的患者纳入前交叉完全损伤组。
首先将314例患者根据MRI前交叉韧带损伤程度分为3组：正常组，共123例，MRI显示前交叉韧带形态完整，走行自然；前交叉韧带部分损伤组，共107例，MRI表现为前交叉韧带T2WI及FS PDWI信号增高，韧带边缘模糊、形态纤细，或仅表现为T2WI及PDWI信号增高；前交叉韧带完全损伤组，共84例，MRI表现为前交叉韧带连续中断或消失，前交叉韧带走行区空虚、T2WI及FS PDWI见高信号，无完整前交叉韧带形态显示。分析前交叉韧带正常组、部分损伤组及完全损伤组的胫骨后倾角差异。
其次，根据MRI前交叉韧带有无损伤分为2组：正常组123例，损伤组191例，分析前交叉韧带损伤的影响因素。
1.4.3 影像参数测量胫骨平台后倾角的测量采用HUDEK等[13]所描述的方法，选取脂肪抑制质子密度加权像(FS PDWI)正中矢状位影像，且该层面影像可以清晰显示后交叉韧带止点及胫骨近端前、后缘骨皮质，先画一个与胫骨近端及前、后缘骨皮质相交的圆，在该圆的远侧圆周上确定圆心再画一个与胫骨前后缘皮质相交的圆，连接两圆圆心确定胫骨纵轴线ab。通过金盘PACS系统复制胫骨纵轴线至胫骨内、外侧平台正中层面，如胫骨平台关节面呈浅凹状则连接前、后缘骨质最高点、如关节面呈凸起样则沿最高点画切线，分别画出胫骨内侧平台关节面线cd及外侧平台关节面线ef(图1)。胫骨内侧关节面线cd与胫骨纵轴垂线op的夹角即为胫骨内侧平台后倾角，用同样的方法画出并测量胫骨外侧平台后倾角，计算两者之间差值。测量由一位影像科主治医师进行，一位副高职称影像科医师复核。

1.5 主要观察指标 3组患者的胫骨内、外侧平台后倾角及二者的差值。
1.6 统计学分析使用IBM SPSS 22.0软件对数据进行统计分析。正态性检验采用Shapiro-wilk检验，如果数据不服从正态分布，以中位数(M)和四份位数(P25、P75)表示。两组独立样本比较采用Kolmogorov-Smirnov Z检验，多组样本比较采用Kruskal-Wallis H检验，计数资料采用频数或构成比表示，组间比较采用χ2检验。前交叉韧带损伤影响因素分析采用二分类logistic回归分析，ROC曲线用于判断影响因素临界值。该文统计学方法已经电子科技大学医学院附属妇女儿童医院·成都市妇女儿童中心医院病案管理办公室流行病与卫生统计学专家姚海波审核。

讨论

前交叉韧带损伤患者的关节稳定性降低、软骨损伤，易导致骨关节炎的发生[14-15]。为了更好地识别风险因素、预防损伤，诸多学者对膝关节的解剖形态及生物力学机制进行了研究，以探讨膝关节的损伤机制及风险因素。
美国生物力学学会通过大量的膝关节功能模拟研究及建模，提出了经典的交叉四连杆系统[16-17]，即十字链接系统，用于阐述膝关节交叉韧带、股骨髁形态及胫骨平台后倾角在膝关节运动过程中的相互作用机制。四连杆分别为(图4)：前、后交叉韧带，股骨侧及胫骨侧前、后交叉韧带附着点之间骨质。膝关节在运动过程中，股骨与胫骨围绕膝关节运动的瞬时中心发生相对平移、旋转、滑动，由于胫骨平台后倾角形成的坡度、股骨髁关节面近似球形或椭圆形，使股骨与胫骨存在相对向后滚动趋势，即胫骨相对股骨存在前移倾向。在此过程中前、后交叉韧带收缩、伸长和扭转引导胫骨与股骨之间运动并限制胫骨相对股骨过度前移，维持关节稳定，斜坡滚球模型有利于理解这一复杂机制(图5)。

假设后倾的胫骨平台如同斜坡，椭圆形或球形的股骨髁如球体，前交叉韧带如同拉球的人和绳，球在斜坡上存在向后滚动趋势，人用绳拉着球维持球与斜坡相对稳定，随着胫骨平台后倾角的加大斜坡变得陡峭，球向后滚动的趋势更为明显，人和绳需要承受更大的拉力以维持球与斜坡的相对稳定(图5C)。ALAIA 等[18]也认为增大的胫骨平台后倾角使胫骨平台关节面如同陡峭的山坡，前交叉韧带在维持膝关节稳定、限制胫骨与股骨相对移位时需要更大拉力。即在运动过程中，胫骨平台后倾角较大时，在轴向负荷作用下，前交叉韧带为限制胫骨与股骨之间相对移动时受到的拉力负荷更大，损伤风险增加。MAROUAN等[19]采用数字模型模拟膝关节运动过程及胫骨解剖形态，计算结果认为：当胫骨平台后倾角增加5°时，前交叉韧带承受的力量增加175 N，而当胫骨平台后倾角增加达到10°时，前交叉韧带所承受的力量增加了279 N，支持胫骨平台后倾角增大时前交叉韧带损伤风险增加。为了研究胫骨平台后倾角与前交叉韧带损伤的关系，对胫骨平台后倾角形态的测量、评估等成为国内外学者的研究热点。研究显示胫骨平台后倾角大小不存在性别差异[20-22]，此次研究结果也显示男性及女性的胫骨平台后倾角大小无统计学差异。但由于胫骨平台后倾角测量包括前皮质切线参照法、后皮质切线参照法、胫骨近端解剖轴参照法等较多参考标准[20]，数据获取可通过如尸体的解剖、平片及MRI等多种方式 [23-24]，所以不同学者测得胫骨平台后倾角大小存在较大差异。MEIER等[20]和ALJUHANI等[21]的测量结果显示胫骨内侧平台后倾角变化范围超过20°，胫骨外侧平台后倾角变化范围超过12°。NUNLEY等[25]更是报道了胫骨内侧平台后倾角变异范围达26.4°，胫骨外侧平台后倾角的变化范围达22.6°。尽管以上研究均未定义胫骨平台后倾角增大导致前交叉韧带损伤的阈值范围，但大多数研究均支持增大的胫骨平台后倾角是前交叉韧带损伤的风险因素。RAJA等[26]、KUMAR PAWIGRAHI等[27]通过对非接触型前交叉韧带损伤患者的膝关节MR影像进行分析，得出结论：增大的胫骨外侧平台后倾角是前交叉韧带损伤的危险因素。也有研究表明，前交叉韧带损伤患者的内、外侧胫骨平台后倾角均增
大[20，28]。GOLDSTEIN等[29]通过对尸体的研究及平片测量发现，胫骨内侧平台较大、与股骨髁接触面积较大，作为膝关节承重的重要结构，胫骨内侧平台后倾角与胫骨平台的实际后倾程度具有更高的相关性。国内郑亮亮等[30]及国外TODD等[31]、VYAS等[32]、OKAZAKI等[33]研究也认为，胫骨平台内侧关节面略凹可以限制股骨内侧髁后移，但增大的胫骨内侧平台后倾角使胫骨内侧平台陡峭限制股骨后移的能力下降(图5C)，前交叉韧带的损伤风险增加[34]。2018年Salmon等[35]报告了胫骨内侧平台后倾角> 12°时前交叉韧带损伤风险加大。2022年，国内学者通过平片影像对122例膝关节前交叉韧带损伤患者的胫骨平台后倾角进行分析，得出结论：当胫骨内侧平台后倾角> 9.6°时，前交叉韧带损伤风险增加，该值对前交叉韧带损伤诊断的敏感性为69.2%，特异度为78.2% [36]。此次研究结果表明，前交叉韧带损伤患者的胫骨内、外侧平台后倾角增大，胫骨内侧平台后倾角对前交叉韧带损伤的预测具有一定价值，诊断阈值为10.5°，由于胫骨平台解剖形态的地域差异或数据测量的影像检查方式不同，该值较国内学者2022年的研究结果略大，诊断灵敏度及特异度与之接近。
2021年，MEIERD等[20]对234例全膝关节置换患者的膝关节CT影像，以胫骨近端机械轴参照法测量了胫骨平台后倾角，计算出胫骨内侧平台后倾角与外侧平台后倾角之间的差值变化范围达9.5°，研究认为较大的胫骨内、外侧平台后倾角差值使胫骨内、外侧平台关节面不对称，股骨髁与胫骨平台的相对旋转趋势加大，前交叉韧带不仅受到拉力负荷还受到旋转剪切力，增加了前交叉韧带损伤风险(图5D)，该研究支持胫骨内、外侧平台后倾角差值是前交叉韧带损伤的风险因素。但2021年，ZEE等[37]通过MRI测量计算了10例前交叉韧带损伤患者的胫骨内、外侧平台后倾角差值，为(1.0±3.5)°，发现该差值与患者在运动过程中胫骨相对股骨移动范围的相关性较差，可能是因为膝关节解剖结构复杂，胫骨后倾角对膝关节稳定性的影响亦受膝关节其他解剖因素的影响有关，如半月板对过大胫骨平台后倾角的补充[38]。此次研究中，前交叉韧带正常组、部分损伤组及完全损伤组胫骨内、外侧平台后倾角差值并无统计学差异，与ZEE等的研究一致。
前交叉韧带的损伤机制复杂，影响因素较多，如：半月板形态、股骨髁间窝大小、着陆运动学机制等[39-41]，此次研究中仅评估了胫骨内、外侧平台后倾角及差值的大小，缺乏对膝关节其他结构及损伤时运动学机制影响的评估，尚需在后续的研究中补充。研究为回顾性分析，为避免骨骼发育不成熟或骨质增生对参数测量的影响，研究对象中缺乏儿童及老年患者，这可能使研究结果存在一定局限性。
综上所述，前交叉韧带损伤患者的胫骨内、外侧平台后倾角较正常者增大，胫骨内侧平台后倾角可能是前交叉韧带损伤风险的预测指标。胫骨内侧平台后倾角增大，提示前交叉韧带更容易发生损伤，应该对该组人群通过开展损伤教育、力量训练及肌肉伸缩复合训练等方式进行提前干预，以预防前交叉韧带损伤。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

胫骨内、外侧平台后倾角及差值与前交叉韧带损伤的相关性

Correlation of medial and lateral posterior tibial slope and their differences with anterior cruciate ligament injury

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