髌下脂肪垫水肿与滑车及髌股关节形态相关性的MRI评估

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3816

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (15): 2410-2415.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3816

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

髌下脂肪垫水肿与滑车及髌股关节形态相关性的MRI评估

陈小龙，赵衡，胡蓉，罗光华，刘进才

南华大学附属第一医院放射科，湖南省衡阳市 421000

收稿日期:2020-06-02 修回日期:2020-06-04 接受日期:2020-07-09 出版日期:2021-05-28 发布日期:2021-01-05
通讯作者: 赵衡，硕士，副主任医师，副教授，南华大学附属第一医院放射科，湖南省衡阳市 421001
作者简介:陈小龙，男，1988年生，湖南省衡阳市人，汉族，2014年中国医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事医学影像学方面的研究。
基金资助:
湖南省科技计划项目 (2017SK50203) ，项目负责人：赵衡；湖南省自然科学基金项目 (14JJ2086) ，项目负责人：赵衡；湖南省自然科学基金项目 (2017JJ2225) ，项目负责人：刘进才；湖南省自然科学基金项目 (2018JJ2357) ，项目负责人：罗光华；湖南省卫生健康委员会项目 (20200540) ，项目负责人：胡蓉

Correlation of infrapatellar fat pad edema with trochlear and patellofemoral joint morphology: MRI evaluation

Chen Xiaolong, Zhao Heng, Hu Rong, Luo Guanghua, Liu Jincai

Department of Radiology, the First Affiliated Hospital, University of South China, Hengyang 421000, Hunan Province, China

Received:2020-06-02 Revised:2020-06-04 Accepted:2020-07-09 Online:2021-05-28 Published:2021-01-05
Contact: Zhao Heng, Master, Associate chief physician, Associate professor, Department of Radiology, the First Affiliated Hospital, University of South China, Hengyang 421000, Hunan Province, China
About author:Chen Xiaolong, Master, Attending physician, Department of Radiology, the First Affiliated Hospital, University of South China, Hengyang 421000, Hunan Province, China
Supported by:
the Science and Technology Project of Hunan Province, No. 2017SK50203 (to ZH); the Natural Science Foundation of Hunan Province, No. 14JJ2086 (to ZH); the Natural Science Foundation of Hunan Province, No. 2017JJ2225 (to LJC); the Natural Science Foundation of Hunan Province, No. 2018JJ2357 (to LGH); the Health Committee of Hunan Province, No. 20200540 (to HR)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
髌下脂肪垫：也称Hoffa脂肪垫，是一种以弹性纤维作为网状支架的脂肪体结构。其性质柔软，易移动，外由滑膜覆盖，位于膝关节的髌骨、股骨髁前方、胫骨髁上方和髌韧带之间区域。
滑车形态：也称股骨滑车沟解剖学形态，在轴位MRI图像上通过滑车内侧倾斜度、滑车外侧倾斜度、滑车角度及滑车沟角测量滑车形态；也有研究在MRI上对软骨损伤和软骨下骨髓水肿样病变进行分级。

背景：以往研究认为外上侧髌下脂肪垫水肿是由髌腱和股骨外侧髁之间的摩擦引起的，而外上侧髌下脂肪垫水肿与滑车形态及髌股关节排列的关系尚不清楚。
目的：评估MRI上髌股关节排列、滑车形态与外上侧髌下脂肪垫水肿的相关性。
方法：回顾性分析南华大学附属第一医院2018年7月至2019年10月拍摄的膝前痛或疑有膝骨关节炎风险患者的膝关节MRI影像资料，评估髌股关节排列(髌骨偏移、髌骨倾斜角和Insall-Salati比率)、滑车形态(滑车沟角、滑车外、内侧倾斜角以及滑车角度)和外上侧髌下脂肪垫水肿。髌股关节排列和滑车形态的测量数据被分成四分位数，并确定外上侧髌下脂肪垫的有或无。采用Logistic回归模型，通过调整年龄、性别及体质量指数，确定髌股关节排列、滑车形态与外上侧髌下脂肪垫水肿的关系。

结果与结论：①最终纳入患者161例，其中60例(37.3%)出现外上侧髌下脂肪垫水肿；②滑车角度、Insall-Salati比值和髌股偏移是预测外上侧髌下脂肪垫水肿的正相关因素(P < 0.001)；③与测量最低四分位数的膝关节相比，滑车角度、Insall-Salati比值和髌股偏移在最高四分位数的膝关节出现外上侧髌下脂肪垫水肿的可能性分别是7.4倍(95%CI：1.39，5.12)、8.1倍(95%CI：3.27，24.50)和16.2倍(95%CI：4.1，28.8)；④在膝前痛或疑有膝骨关节炎风险的中老年人中，滑车角度增大、高位髌骨和髌骨偏移可提示外上侧髌下脂肪垫水肿。

https://orcid.org/0000-0003-0859-5101 (陈小龙)

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: 骨, 膝关节, 骨关节炎, 磁共振成像, 髌下脂肪垫, 滑车, 髌股关节

Abstract: BACKGROUND: Previous studies have suggested that edema of the lateral superior infrapatellar fat pad is caused by friction between the patellar tendon and the lateral condyle of the femur, but the relationship between lateral superior infrapatellar fat pad edema and the shape of the pulley and the arrangement of the patellofemoral joint is not clear.
OBJECTIVE: To evaluate the correlation between patellofemoral joint alignment, pulley shape, and lateral superior infrapatellar fat pad edema on MRI.
METHODS: The MRI images of knee joint taken by the First Affiliated Hospital of South China University from July 2018 to October 2019 were analyzed retrospectively. Patellofemoral joint alignment (patellar offset, patellar tilt angle and Insall-Salati ratio), pulley shape (pulley groove angle, external pulley angle, medial inclination angle and pulley angle) and SIFP edema were evaluated by MRI images of the knee joint. The arrangement of the patellofemoral joint and the shape of the pulley were divided into quartiles and the presence or absence of SIFP was determined. Logistic regression model was used to determine the relationship between patellofemoral joint arrangement, pulley shape and SIFP edema by adjusting age, sex, and body mass index.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Finally, 161 patients were included, of which 60 cases (37.3%) developed SIFP edema. (2) Trochlear angle, Insall-Salati ratio and patellofemoral deviation were positively correlated with edema of lateral superior infrapatellar fat pad (P < 0.001). (3) Compared with the knee joint measured in the lowest quartile, the trochlear angle, Insall-Salati ratio and patellofemoral offset in the highest quartile were 7.4 times (95%CI: 1.39, 5.12) more likely to develop SIFP edema, 8.1 times (95%CI: 3.27, 24.5) and 16.2 times (95%CI: 4.1, 28.8), respectively. (4) In middle-aged and elderly patients with anterior knee pain or suspected knee osteoarthritis, increased pulley angle and high patella and patellar offset may indicate edema of the lateral superior infrapatellar fat pad.

Key words: bone, knee joint, magnetic resonance imaging, infrapatellar fat pad, trochlea, patellofemoral joint

中图分类号:

陈小龙, 赵衡, 胡蓉, 罗光华, 刘进才. 髌下脂肪垫水肿与滑车及髌股关节形态相关性的MRI评估[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2410-2415.

Chen Xiaolong, Zhao Heng, Hu Rong, Luo Guanghua, Liu Jincai . Correlation of infrapatellar fat pad edema with trochlear and patellofemoral joint morphology: MRI evaluation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(15): 2410-2415.

图/表（结果） 4

2.1 参与者数量分析及基线资料共收集429例患者膝关节MRI影像资料，纳入膝前痛或疑膝骨关节炎风险患者212例，其中51例(15.9%)因股骨内侧后髁和外侧后髁相隔2节或2节以上个断面/无法绘制后髁线(37例)、巨大骨赘(14例)而被排除。最终研究结果由161例患者组成，其中女118例(73.3%)，男43例(26.7%)；年龄50-85岁，平均(62.7±7.1)岁，见表2。

2.2 试验流程图见图4。

2.3 滑车形态分析在滑车形态中，滑车角度与SIFP水肿具有显著相关性，与最低四分位数的测量值相比，最高四分位数的测量值发生SIFP水肿的概率为7.4倍(95%CI：1.39，5.12)，线性趋势P < 0.001，见表3。滑车沟角和滑车倾斜角所致SIFP水肿的概率无统计学意义(其中滑车沟角线性趋势P=0.144，滑车外、内侧倾斜角线性趋势P=0.086，P=0.961)。

2.4 髌股关节排列的分析最高四分位数的髌骨偏移所致SIFP水肿的概率是最低四分位数的16.2倍(95%CI：4.1，28.8)。在髌骨偏移的所有四分位数中，SIFP水肿的患病率均呈明显的线性上升趋势(P < 0.001)，见表4。髌骨倾斜角度与SIFP水肿无相关性；ISR测量最高四分位数的测量值与SIFP水肿有显著相关性。与最低四分位数相比，四分位数最高的ISR膝关节患SIFP水肿的概率是后者的8.1倍(95%CI：3.27，24.50)，见表4。此外，与测量ISR最低四分位数的膝关节相比，ISR适度增加(即1.3-1.4)的膝关节出现SIFP水肿的概率是4.0倍(95%CI：1.75，13.70)；四分位数中SIFP水肿的患病率呈明显的线性上升趋势(P < 0.001)。

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引言

材料方法

1.1 设计 MRI观察性试验。
1.2 时间及地点于2018年7月至2019年10月在南华大学附属第一医院放射科完成。
1.3 对象试验共收集429例患者的膝关节MRI影像资料，男128例，女301例，年龄50-85岁。所有患者均知情同意，且得到医院伦理委员会批准。
纳入标准：①膝关节前部有疼痛表现的患者；②临床诊断或怀疑膝骨关节炎患者。
排除标准：①类风湿性关节炎等各种关节炎、强直性脊柱炎的患者；②需血液或腹膜透析的肾功能不全患者；③有肿瘤或感染性疾病、双膝关节置换术后的患者；④质量差的MRI检查(如运动伪影等)。
1.4 方法
1.4.1 扫描序列及参数采用Philips Archieve 3.0T超导型MR扫描仪。患者取常规仰卧位，足先进，常规膝关节MRI扫描，扫描序列参数，见表1。

1.4.2 MRI图像评价所有膝关节MRI检查结果均由2名肌骨系统放射科医师共同分析。
1.5 主要观察指标
1.5.1 SIFP水肿的分级 SIFP水肿是根据MRI矢状位扫描的T2WI+脂肪抑制像评估，结合SIFP水肿范围进行分级[6]：①0级，即没有SIFP水肿；②1级，轻度SIFP水肿：小于髌腱长度的10%；③2级，中度SIFP水肿：髌腱长度的10%-30%；④3级，重度SIFP水肿：大于髌腱长度的30%，见图1。

1.5.2 滑车形态的测量及评价标准首先从轴位MRI成像序列中选择股骨内侧髁和外侧髁的后缘最靠后的横断面，并通过连接股骨内侧和外侧后髁的最后缘来绘制后髁线[7-8]，见图2，当膝关节边缘有骨赘存在时，则沿着骨轮廓测量[9-11]。滑车沟角被定义为滑车内侧与外侧关节面之间的夹角[12]，见图3A；滑车外侧倾斜角定义为沿外侧关节面的线与后髁线的夹角；滑车内侧倾斜角定义为沿内侧关节面的线与后髁线的夹角；滑车角度定义为沿滑车内、外侧关节面最前点的直线与后髁线之间的夹角[12]，见图3B。

1.5.3 髌股关节排列的测量及评价标准在MRI图像上评估滑车形态后，通过确定具有最大髌骨宽度的轴向MRI成像的横断面以测量髌股关节排列参数[13-14]，见图2。通过髌骨的最内侧边缘和最外侧边缘之间画一条直线，并在确定后髁线的横断面上画一条通过滑车沟中心与后髁线垂直的线，2条线均复制到髌骨宽度最大的断面，髌骨偏移定义为髌骨中线外侧宽度的百分比[15-16]，见图3C。髌骨倾斜角被定义为后髁线和最大髌骨宽度线的夹角。在半屈膝侧矢状位X射线片上测量Insall-Salati比值(ISR)[15]，而在矢状位MRI成像序列中ISR是髌腱长度与髌骨长度的比值[17]。

1.6 统计学分析所有纳入患者资料使用Excel录入数据，并对数据进行整理分析，使用SPSS 25.0统计软件进行分析，P < 0.05为差异有显著性意义。研究使用Logistic回归方法，将髌股关节排列和滑车形态变量分为四分位，SIFP水肿分为有无。

讨论

此次研究结果表明，在膝前痛或疑有膝骨关节炎风险的中老年人中，膝关节滑车角度、髌骨偏移和ISR与SIFP水肿的存在有相关性(P < 0.001)。在SIFP水肿的患者中，滑车角度、ISR和髌骨偏移最高四分位数的膝关节发生SIFP水肿的概率显著增加。此外，此次研究还发现滑车角度、ISR和髌骨偏移的四分位数中有SIFP水肿很强的线性趋势，即随着滑车角度增大、ISR增大和髌骨偏移显著，有膝前痛或疑膝骨关节炎风险的中老年人中出现SIFP水肿的可能性越大。其与最低四分位数的膝盖相比，滑车角度、高位髌骨(ISR>1.2；最高四分位数) 和髌骨偏移不仅显示出与SIFP水肿显著的相关性，并且SIFP水肿的概率分别是7.4，8.1和16.2倍。因此，滑车形态和髌股关节排列特征也可以预测膝前痛或疑膝骨关节炎患者中SIFP水肿的风险。从生物学角度来看，SIFP水肿不太可能发生在滑车形态异常和髌股关节排列异常之前，也不太可能导致滑车形态异常和髌股关节排列失调[18]。所以，膝关节这些异常的滑车形态学特征和髌股关节排列异常很可能会导致SIFP水肿，因为反向因果关系是不可能存在的[19-21]，而膝关节MRI上出现SIFP水肿的征象，可预测其滑车形态异常和髌股关节排列失调存在可能性。还有在这项研究中没有测量到的膝关节其他与滑车形态和髌股关节排列无关的因素或形态学特征，可能也是SIFP水肿原因的一部分。
此次研究中膝关节滑车沟角和滑车倾斜角均与SIFP水肿无显著相关性，其中滑车沟角(P=0.144)，滑车外、内侧倾斜角(P=0.086，0.961)，这一发现提示滑车沟角的平坦度可能不是撞击SIFP的危险因素，因为滑车沟角越大，滑车关节面显示越平坦，其撞击SIFP的可能性就越低。MATCUK等[22-23]在滑车沟角方面发现了相似的结果，认为滑车沟角与SIFP水肿无显著相关性，但其研究中关于滑车外侧倾斜角的结果与此次研究却不一致，这可能是2个研究的测量方法不同所致，因为其测量的是关节线上方3 cm处的滑车形态学特征，导致滑车沟角与滑车倾斜角的测量参数与此次研究完全不同。另一方面，根据表3中滑车角度的测量参数，滑车前、外侧面形态学可能是SIFP水肿更重要的危险因素。在此次研究中测量滑车角度四分位数最高的膝关节，滑车角度越大，出现SIFP水肿的概率也越大，因为此次研究中滑车角度是以内侧、外侧关节面顶点连线与后髁线的夹角表示，在滑车形态显示中，滑车角度越大，这些患者膝盖的前外侧滑车关节面越突出，脂肪垫可能更容易受到撞击而导致SIFP水肿，因此此次研究认为滑车角度可以用来评估SIFP水肿的危险因素。
此次研究中膝关节髌骨偏移最高四分位数显示出与SIFP水肿最强的相关性(P < 0.001)，其与髌骨偏移最低四分位数的膝盖相比，SIFP水肿的概率是16.2倍，这可能与髌骨偏移越显著、其与外上侧髌下脂肪垫撞击概率越大有关。此次研究中髌骨偏移与SIFP水肿具有显著的相关性，但髌骨倾斜角度与SIFP水肿却无显著相关性。以往研究也发现SIFP水肿和髌骨偏移之间存在的联系，与此次研究结果相似，膝关节髌骨偏移越显著，出现SIFP水肿的可能性越大，但与髌骨倾斜角相关的结果仍存在争议[24-25]，这可能是由于评估髌骨倾斜角和髌骨偏移的方法不同所致。此次研究中髌骨倾斜角是髌骨宽线与后髁线的夹角，髌股偏移定义为髌骨中线外侧宽度的百分比。MATCUK等[22]使用了与此次研究不同的方法来确定髌骨偏移，结果发现髌骨偏移也与SIFP水肿存在关联，与此次研究结果相似。BARBIER-BRION等[25]评估髌骨倾斜角度采用与此次研究相同的方法，但对髌骨偏移采用不同的间接测量方法，结果发现髌骨倾斜角度与SIFP水肿的相关性比髌骨偏移更强，这是因为其与此次研究测量髌骨倾斜角的方法不同所致。
膝关节高位髌骨一直被证明与SIFP水肿有关[23-25]，以往研究将ISR=1.2作为截点，比较了正常和高位髌骨的膝关节SIFP水肿的患病率[26-27]。与以往研究不同，此次研究发现随着ISR增大，四分位数中SIFP水肿的可能性呈线性上升趋势(P < 0.001)；将ISR分为四分位数，发现患有高位髌骨(ISR>1.2)的ISR值增加越大，SIFP水肿的概率亦明显增加，并且与最低四分位数的膝关节相比，髌骨高度中度增加(ISR=1.3-1.4)的人出现SIFP水肿的概率是最低四分位数的4倍，最高四分位数膝关节出现SIFP水肿的概率几乎是8.1倍。总体而言，在膝前痛或疑膝骨关节炎风险的中老年人中，膝关节髌骨偏移、高位髌骨和滑车角度增大，可能对SIFP产生更大的撞击，从而导致SIFP水肿可能性越大。此次研究还发现SIFP水肿的患病率在不同年龄之间没有差异，这一结果与CAMPAGNA等[28]的结果不同，因为他们发现SIFP水肿在年轻患者中更常见，并且假设这是因为他们更活跃(例如重复伸展膝盖的活动)，导致膝关节中出现撞击SIFP的可能性越大。此次研究还发现SIFP水肿在女性中更常见，这可能是与女性髌下脂肪垫的最大解剖面积、外侧胫骨平台及髌股关节面软骨损伤程度有关。
此次研究尚有一定局限性：首先，入组患者仅161例，扩大样本研究量有利于更好地统计膝骨关节炎中SIFP水肿的患病率；其次，所有膝关节MRI检查图像均由2名肌骨系统放射科医师共同分析，未评估观察者内和观察者间的可重复性；第三，测量是在静态MRI图像上进行的，没有评估动态活动期间是否有SIFP的撞击。
综上所述，在有膝前痛或疑有膝骨关节炎风险的中老年人中，滑车角度增大、髌骨偏移和髌骨高度增加与MRI上出现SIFP水肿显著相关。此次研究表明SIFP水肿在一定程度上能够预测滑车角度或髌骨排列异常，从而为临床诊断提供更多、更有效的影像学信息。
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

髌下脂肪垫水肿与滑车及髌股关节形态相关性的MRI评估

Correlation of infrapatellar fat pad edema with trochlear and patellofemoral joint morphology: MRI evaluation

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