人膝关节半月板不同测量方法的准确性和匹配性研究

汪喜顺 章亚东 侯树勋 吴闻文 罗殿中 顾东强 薛超 赵彦涛

人膝关节半月板不同测量方法的准确性和匹配性研究

汪喜顺 章亚东 侯树勋 吴闻文 罗殿中 顾东强 薛超 赵彦涛

目的明确 X 线测量方法、MRI 测量方法、解剖学测量方法三者的相互关系以及准确性和匹配性。方法选取意外死亡男性膝关节 6 只，年龄 20～45 岁，排除膝关节创伤和疾患，随机编号，分别行 X 线标准正侧位摄像、常规膝关节 MRI 扫描，将所得影像数据资料导入 Unisight 图象分析系统对相关指标进行测量并记录，然后将膝关节离断，直视下按照我院组织库的半月板测量方法进行测量并记录相关数据。X 线测量指标包括：内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径、胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台冠状径。MRI 测量指标包括：胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径、内外侧半月板的厚度 ( 前角、体部、后角 )、内外侧半月板的宽度 ( 前角、体部、后角 )。解剖学测量的指标包括：胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径、内外侧半月板的厚度 ( 前角、体部、后角 )、内外侧半月板的宽度 ( 前角、体部、后角 )。结果在半月板测量的直接指标中，除内侧半月板体部宽度、内侧半月板前角厚度、外侧半月板体部厚度的 MRI 测量变异系数＜10% 之外，所有指标变异系数均＞10%。外侧半月板后角宽度及外侧半月板前角宽度的 MRI 测量，变异系数分别为 65.97%、70.26%。半月板测量的间接指标，变异系数均＜10%。半月板厚度的 MRI 测量总大于解剖学测量结果。3 种测量方法的一致性方面存在关联，但仍有差异。结论半月板相关测量指标中，X 线测量值均偏大，经 MRI 测量的指标与解剖学测量结果接近，MRI所测的半月板指标较 X 线测量指标更具准确性及稳定性，值得推荐其作为临床匹配性测量的方法，其中胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径是稳定性最好的 3 个指标，变异系数均＜7%，且胫骨平台冠状径值得作为匹配性测量的首要指标。

半月板，胫骨；放射摄影术；磁共振成像；解剖学，局部；膝关节

近年来，随着同种异体半月板移植手术的开展，初步疗效已得到肯定[1-2]，半月板匹配性相关问题日益受到人们的关注且相关的研究越来越深入。Chen 等[3]认为 X 线测量半月板相关的间接指标准确性较高，而 Wang 与 Papageorgiou 等[4-5]认为通过MRI 测量的直接或间接指标更为准确，Shelbourne等[6]则认为针对对侧膝关节相关指标的测量更为准确，还有人认为直接测量胫骨平台极可能出现标志不清晰等问题[7-8]。到目前为止有关同种异体半月板的匹配性还没有统一的测量指标和方法，且所有这些测量结果都没有与供体测量指标进行很好的匹配性比较，而在半月板移植实践中，供体与受体大小、厚薄的匹配性是影响临床疗效的重要因素之一。Dienst 等[9]研究认为，移植半月板尺寸过大，将对局部软骨造成损害，而过小则会对移植半月板自身造成损害。以往有人应用 X 线、CT 等测量胫骨平台[10]，但测量结果受放大率、摄片体位影响较大且影响测量的因素较多，故测量结果差异较大且欠准确，只能依靠经验公式推断半月板的大小，如内侧半月板前后径为胫骨平台前后径的 ( 80% )，外侧半月板为 ( 70% )[11]。近年来，随着膝关节 MRI检查的普及，MRI 测量半月板大小的研究日益增多[12-14]，但测量方法多样，而且与临床测量脱节，很难应用于临床实践，同时也不利于同种异体半月板库的建设和管理。本研究应用 X 线、MRI 以及解剖学测量等方法对 6 具人膝关节标本进行匹配性测量，明确各种方法的优劣并为同种异体半月板移植的临床应用和半月板库管理的标准化和规范化提供理论依据。

材料与方法

一、实验标本及主要仪器

选取意外死亡男性膝关节 6 具，年龄 20～45岁，排除膝关节创伤和疾患 ( 解放军总医院第一附属医院骨科研究所组织库提供 )，Unisight Version 4.2b 图象分析系统 ( EBM 公司提供 )，X 线检查设备( SimentsDR system ) 磁共振检查设备 ( Siments MRI system，1.5T )。

二、实验方法

将膝关节标本进行 X 线标准正侧位摄像、常规膝关节 MRI 扫描，将所得影像数据资料导入Unisight 图象分析系统对膝关节半月板相关指标进行测量，然后将膝关节离断，直视下测量膝关节半月板的相关指标。X 线测量指标包括：胫骨平台冠状径 ( CD )、内侧胫骨平台冠状径 ( CDM )、外侧胫骨平台冠状径 ( CDL )、内侧胫骨平台矢状径 ( SDM )、外侧胫骨平台矢状径 ( SDL )。MRI 测量指标包括：胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径、内外侧半月板的厚度 ( 前角、体部、后角 ) ( TAM、TAL、TBM、TBL、TPM、TPL ) 内外侧半月板的宽度 ( 前角、体部、后角 ) ( WAM、WAL、WBM、WBL、WPM、WPL )。解剖学测量的指标包括：胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台冠状径、内侧胫骨平台矢状径、外侧胫骨平台矢状径、内外侧半月板的厚度 ( 前角、体部、后角 )、内外侧半月板的宽度 ( 前角、体部、后角 )。

三、统计学方法

结 果

一、人膝关节半月板不同测量方法所得结果变异系数表( 表1 )

半月板测量的直接指标，除内侧半月板前后脚宽度、外侧半月板体部厚度的 MRI 测量变异系数和外侧半月板后脚宽度的解剖学测量变异系数＜10% 之外，所有指标变异系数均＞10%，尤其是外侧半月板后角宽度及外侧半月板前角宽度的 MRI测量，变异系数均分别为 66.00%、70.25%。半月板测量的间接指标，变异系数均＜10%。其中胫骨平台冠状径的 3 种测量方法，变异系数均＜5%；内侧胫骨平台矢状径的 3 种测量方法，变异系数均＜6%；外侧胫骨平台矢状径的 3 种测量方法，变异系数均＜7%。

二、人膝关节半月板间接指标不同方法的测量结果 ( 表2 )

胫骨平台冠状径 3 种测量方法总体差异有统计学意义 ( P＝0.0063 )；胫骨平台冠状径的 X 线测量结果总大于 MRI 测量结果和解剖学测量结果且差异有统计学意义 ( P＜0.01，P＜0.05 )；MRI 测量结果与解剖学测量结果差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。内侧胫骨平台冠状径 3 种测量方法总体差异无统计学意义 ( P＝0.2077 )；MRI 测量结果总小于解剖学测量结果且差异有统计学意义 ( P＜0.05 )；MRI 测量结果与 X 线测量结果差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。外侧胫骨平台冠状径 3 种测量方法总体差异有统计学意义 ( P＝0.0196 )；MRI 测量结果总小于解剖学测量结果且差异有统计学意义 ( P＜0.05 )；MRI 测量结果与 X 线测量结果差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。内侧胫骨平台矢状径 3 种测量方法总体差异有统计学意义 ( P＝0.000 )；MRI 测量结果总小于 X 线测量结果和解剖学测量结果且差异有统计学意义 ( P＜0.01 )；X 线测量结果与解剖学测量结果差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。外侧胫骨平台矢状径三种测量方法总体差异无统计学意义 ( P＝0.0632 )；MRI 测量结果总小于 X 线测量结果且差异有统计学意义 ( P＜0.05 )；MRI 测量结果与解剖学测量结果差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。

表1 膝关节半月板不同测量方法所得结果的变异系数 ( C.V = S / x- × 100% )Tab.1 The coeffcient variations of the measurement results of human knee menisci by different methods ( C.V = S / x- × 100% )

表2 人膝关节半月板间接指标不同方法的测量结果 (±s， cm )Tab.2 The measurement results of indirect indicators of human knee menisci by different methods (±s， cm )

表2 人膝关节半月板间接指标不同方法的测量结果 (±s， cm )Tab.2 The measurement results of indirect indicators of human knee menisci by different methods (±s， cm )

注：“q1”表示 X 线测量与 MRI 测量比较，“q2”表示 X 线测量与解剖学测量比较，“q3”表示 MRI 测量与解剖学测量比较Notice: “q1” Meant the comparison between the X-ray measurement results and the MRI measurement results. “q2” Meant the comparison between the X-ray measurement results and the anatomical measurement results. “q3” Meant the comparison between the MRI measurement results and the anatomical measurement results

间接指标 X 线测量 MRI 测量 解剖测量 组内差异 q1 q2 q3胫骨平台冠状径 7.93±0.30 7.27±0.35 7.52±0.26 F＝ 7.24 q＝ 5.32 q＝3.35 q＝1.97 P＝ 0.00 P＜ 0.01 P＜0.05 P＞0.05内侧胫骨平台冠状径 3.27±0.22 3.17±0.19 3.41±0.24 F＝ 1.92 q＝ 2.08 q＝3.33 q＝5.42 P＝ 0.18 P＞ 0.05 P＞0.05 P＜0.05外侧胫骨平台冠状径 3.38±0.12 3.23±0.20 3.62±0.30 F＝ 5.17 q＝ 1.70 q＝2.80 q＝4.05 P＝ 0.02 P＞ 0.05 P＞0.05 P＜0.05内侧胫骨平台矢状径 5.49±0.25 4.63±0.24 5.19±0.25 F＝26.88 q＝10.07 q＝2.96 q＝7.13 P＝ 0.00 P＜ 0.01 P＞0.05 P＜0.05外侧胫骨平台矢状径 4.79±0.30 4.43±0.26 4.64±0.13 F＝ 3.34 q＝ 6.08 q＝2.42 q＝3.67 P＝ 0.06 P＜ 0.05 P＞0.05 P＞0.05

三、人膝关节半月板直接指标的 MRI 测量结果和解剖学测量结果 ( 表3，4 )

半月板厚度的 MRI 测量结果总大于解剖学测量结果，但是除了内侧半月板前脚厚度的 MRI 测量结果大于解剖学测量结果且差异有统计学意义外其余指标差异均无统计学意义 ( P＞0.05 )；内侧半月板前角宽度、内尔半月板体部宽度、外侧半月板体部宽度的 MRI 测量结果总小于解剖学测量结果且差异均无统计学意义 ( P＞0.05 )；外侧半月板前角宽度、外侧半月板后角宽度、内侧半月板后角宽度的 MRI 测量结果均大于解剖学测量结果，但是除了内侧半月板后角宽度的 MRI 测量结果大于解剖学测量结果且差异有统计学意义外 ( P＜0.05 )，其余指标差异均无统计学意义 ( P＞0.05 )。

讨 论

20 世纪 80 年代 Milachowski 等[15]报告首例同种异体半月板移植以来，迄今为止全球已完成过万例同种异体半月板移植手术[16]，有关半月板匹配性的基础和临床研究越发频繁。我国的研究人员同样意识到了半月板匹配的重要性，2006 年章亚东等[17]首次报道关节镜下同种异体半月板移植术以来，相关研究不断深入和完善。

从该实验结果可以看出，半月板测量的间接指标稳定性远优于直接指标，其中，胫骨平台冠状径、内外侧胫骨平台矢状径是稳定性最好的 3 个指标，变异系数均＜7%。胫骨平台冠状径、外侧胫骨平台矢状径的 MRI 测量结果与解剖学测量结果相近而小于 X 线测量结果；内侧胫骨平台矢状径的MRI 测量结果总小于 X 线测量和解剖学测量结果。其间的比例关系是否等于 X 线的放大率则需要扩大样本量，通过实验研究与临床应用相结合予以进一步证实。大多数指标中，X 线测量结果总大于 MRI测量结果和解剖学测量结果，可能与 X 线的放大率有关。MRI 所测半月板的厚度总大于解剖学测量结果，可能与标本深度冷冻后轻度脱水皱缩有关。受到扫描层面的影响，半月板宽度的 MRI 测量指标与解剖学测量差异较大。

本研究结果提示，在同种异体半月板移植的临床实践中，匹配性测量的首要指标应是胫骨平台冠状径，接受移植者胫骨平台冠状径的 MRI 测量结果应该与供体胫骨平台冠状径实际测量结果接近，误差应控制在 5% 以内，其次是接受移植者内侧胫骨平台矢状径和外侧胫骨平台矢状径的 MRI 测量指标应稍小于供体实际测量值 ( 5% 为宜 )。半月板厚度的测量指标仅作为半月板移植匹配性参考指标，由于深冻后存在轻度脱水、半月板皱缩，且术后半月板重建过程中同样会发生皱缩，因此供体半月板的实际测量厚度应等于或略大于接受移植者的 MRI 测量厚度。由于受干扰因素较多且测量误差较大，我们认为有关半月板宽度的测量指标不能作为半月板移植中匹配性测量的依据。

表3 人膝关节半月板直接指标的 MRI 和解剖学测量结果Tab.3 The MRI and anatomical measurement results of the direct indicators of human knee menisci

表4 人膝关节半月板 MRI 测量和解剖学测量的厚度和宽度 (±s，cm )Tab.4 The thickness and width of human knee menisci in the MRI and anatomical measurements (±s, cm )

表4 人膝关节半月板 MRI 测量和解剖学测量的厚度和宽度 (±s，cm )Tab.4 The thickness and width of human knee menisci in the MRI and anatomical measurements (±s, cm )

注：“内、外前厚”表示内、外侧半月板前脚厚度；“内、外体厚”表示内、外侧半月板体部厚度；“内、外后厚”表示内、外侧半月板后脚厚度；“内、外前宽”表示内外侧半月板前脚宽度；“内、外体宽”表示内、外侧半月板体部宽度；“内、外后宽”表示内、外侧半月板后脚宽度；“MRI”表示 MRI 测量方法，“解剖”表示解剖学测量方法Notice: TAM、TAL referred to thickness of the anterior horn of the medial and lateral menisci. TBM、TBL referred to thickness of the body of the medial and lateral menisci. TPM、TPL referred to thickness of the posterior horn of the medial and lateral menisci. WAM、WAL referred to width of the anterior horn of the medial and lateral menisci. WBM、WBL referred to width of the body of the medial and lateral menisci. WPM、WPL referred to width of the posterior horn of the medial and lateral menisci. “MRI”referred to the MRI measurement. ANA referred to the anatomical measurement

内后宽WPM MRI 0.62±0.25 0.59±0.04 0.70±0.20 0.54±0.04 0.51±0.11 0.55±0.17 1.42±0.99 1.15±0.29 1.45±0.96 0.81±0.13 0.88±0.20 1.18±0.11解剖 0.43±0.07 0.51±0.08 0.52±0.06 0.31±0.07 0.40±0.08 0.46±0.13 1.14±0.13 1.28±0.15 1.20±0.12 0.82±0.13 1.03±0.12 1.57±0.22项目 外前厚TAL外体厚TBL外后厚TPL内前厚TAM内体厚TBM内后厚TPM外前宽WAL外体宽WBL外后宽WPL内前宽WAM内体宽WBM

一直以来半月板的匹配性测量没有统一的标准，半月板库给临床提供半月板时所使用的指标绝大多数是半月板的直接测量指标，即半月板的宽度、厚度等，而在临床操作过程中，手术时接受移植者半月板已经严重损坏、或已经切除，不可能直接测量宽度、厚度等指标。通过对半月板相关间接指标和直接测量指标的研究，目前我们推荐用胫骨平台冠状径、内外侧胫骨平台矢状径等半月板相关的间接测量指标作为半月板库的常规和主要测量指标，半月板厚度可作为参考指标，进而在临床工作中形成统一的测量标准。

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( 本文编辑：李贵存 )

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Research on the accuracy and matching degree of different methods of measuring human knee menisci

WANG Xi-shun, ZHANG Ya-dong, HOU Shu-xun, WU Wen-wen, LUO Dian-zhong, GU Dong-qiang, XUE Chao, ZHAO Yantao. Chinese PLA Medical College, Beijing, 100853, PRC

ObjectiveTo investigate the interrelationship among the 3 methods of X-ray, MRI and anatomical measurements of human knee menisci, as well as their accuracy and matching degree.MethodsSix qualifed knee joints were selected from male adult patients whose death was accidental and age ranged from 20 to 45 years old. The cases of knee trauma and disorders were excluded, and the other cases were numbered randomly. Standard anterior-posterior and lateral X-ray imaging and routine knee MRI scan were performed respectively, and the image data were guided into the Unisight image analysis system so as to measure and record the relevant indicators. The knee joints were amputated, and the relevant data were measured and recorded under direct vision according to the meniscus measurement method in the Tissue Bank of our hospital. The X-ray measurement indicators included sagittal diameter of the medial tibial plateau, sagittal diameter of the lateral tibial plateau, coronal diameter of the tibial plateau, coronal diameter of the medial tibial plateau and coronal diameter of the lateral tibial plateau. The MRI measurement indicators included coronal diameter of the tibial plateau, coronal diameter of the medial tibial plateau, coronal diameter of the lateral tibial plateau, sagittal diameter of the medial tibial plateau, sagittal diameter of the lateral tibial plateau, thickness of the medial and lateral menisci ( anterior horn, body and posterior horn ) and width of the medial and lateral menisci ( anterior horn, body and posterior horn ). The anatomical measurement indicators included coronaldiameter of the tibial plateau, coronal diameter of the medial tibial plateau, coronal diameter of the lateral tibial plateau, sagittal diameter of the medial tibial plateau, sagittal diameter of the lateral tibial plateau, thickness of the medial and lateral menisci ( anterior horn, body and posterior horn ) and width of the medial and lateral menisci ( anterior horn, body and posterior horn ).ResultsAmong the direct measurement indicators of the meniscus, the coeffcient variations of all the indicators measured by the MRI were more than 10%, excluding the width of the body of the medial meniscus, the thickness of the anterior horn of the medial meniscus and the thickness of the body of the lateral meniscus, which were all less than 10%. The coeffcient variations of the width of the posterior and anterior horns of the lateral meniscus measured by the MRI were 65.97% and 70.26% respectively. The indirect measurement indicators of the meniscus indicated the variation coeffcient was less than 10%. The meniscus measured by the MRI was thicker than that of the anatomical measurement all the time. The consistency of the 3 measurement methods was interrelated, but differences still existed.ConclusionsAmong the measurement indicators of the meniscus, the X-ray measurement values are greatest, and the MRI measurement results are close to the anatomical measurement results. The indicators of the meniscus measured by the MRI are more accurate and stable than that by the X-ray, so it is recommended as the method to measure the clinical matching degree. The 3 best indicators of stability include the coronary diameter of the tibial plateau, sagittal diameter of the medial tibial plateau and sagittal diameter of the lateral tibial plateau, and the coeffcient variations are all less than 7%. Furthermore, the coronal diameter of the tibial plateau can be taken as the primary indicator in the measurement of matching degree.

Menisci, tibial; Radiography; Magnetic resonance imaging; Anatomy, regional; Knee joint

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.04.011

R445.2

首都临床特色应用研究资助项目 ( Z131107002213014 )；首都医学发展基金资助项目 ( 20073044 )

100853 北京，解放军医学院 ( 汪喜顺 )；100048 北京，解放军总医院第一附属医院骨科研究所 ( 章亚东，侯树勋，吴闻文，罗殿中，顾东强，薛超，赵彦涛 )

章亚东，Email: drzyd@126.com

2013-08-03 )