负重位磁共振成像与下肢全长 X 线片评估前交叉韧带损伤患者胫骨前移程度的对比研究

罗飞 刘艳东 赵英威 马超逸 刘超 黄朋举 耿健 李庆 程晓光

膝关节前交叉韧带 ( anterior cruciate ligament，ACL ) 起自胫骨髁间隆起的前方内侧，斜向后上方走行，止于股骨外侧髁内侧，是膝关节内重要的稳定结构，主要作用是限制胫骨过度向前移位，ACL损伤后常出现胫骨前移。因此，胫骨前移程度不仅可以用来评估膝关节稳定性，还可作为临床诊断ACL 损伤一项重要间接征象，同时也是 ACL 损伤术后评估的指标之一。

平卧位磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI ) 技术依然是目前诊断 ACL 损伤最重要、最常用的手段，但平卧状态不能准确反应膝关节负重时的真实情况，诊断胫骨前移征的敏感性偏低。负重位 X 线检查能较准确反映日常站立位下膝关节的实际功能状态，是研究者们评估膝关节负重状态的常用检查方法。目前，随着科学技术的发展，负重位 MRI 也逐渐开始应用于临床，本团队既往的研究发现，相比平卧位 MRI，负重位 MRI 诊断胫骨前移征的敏感性更高。

本研究对北京积水潭医院明确诊断为 ACL 损伤44 例患者的负重位 MRI 图像和负重位下肢全长 X 线片 ( EOS )，进行了对比分析，以评估两者对胫骨的前移程度，探讨在负重状态下的两种检查方法对胫骨前移程度的诊断意义。

对象与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 2021年 1 月至 2021年 5月，北京积水潭医院收治的 ACL 损伤患者；( 2 ) 在24 h 内完成负重位 MRI 及负重位 EOS 检查者；( 3 )非接触性损伤患者；( 4 ) 关节镜下确诊为 ACL 完全性损伤者；( 5 ) 资料齐全者。

2. 排除标准：( 1 ) 伤后 ＞ 24 h 者；( 2 ) 患侧膝关节合并其它韧带损伤者；( 3 ) 合并关节松弛者；( 4 ) 合并股骨远端或胫腓骨近端骨折者；( 5 ) 既往存在患侧膝关节手术史者。

二、基本资料

本研究共纳入 44 例，女 14 例，男 30 例，年龄14～53 岁，平均 ( 30±9.9 ) 岁。所有患者均在 24 h内完成负重位 MRI 及负重位 EOS 检查，其中 23 例为术前检查，21 例为术后检查。

三、负重位 MRI 扫描条件

采用意大利的可站立式 0.25T 低场强磁共振G-scan Brio 仪 ( 百胜公司，G-scan Brio 0.25T，意大利 )。床面与地面呈 87°，患者处于站立负重位，膝关节呈伸直位，双足分开与肩同宽，足尖向前，采用膝关节表面线圈，扫描线与股骨内外侧髁后缘的连线垂直，扫描范围包括胫骨内、外侧平台边缘，扫描序列采用矢状位质子密度相 ( PD )：回波时间( TE ) 21.1 ms，重复时间 ( TR ) 1500 ms，扫描野 ( FOV )210 mm×210 mm，矩阵 256×216，层厚 4 mm。矢状位自旋回波序列 ( SE ) TWI 序列：回波时间( TE ) 22 ms，重复时间 ( TR ) 400 ms，扫描野 ( FOV )210 mm×180 mm，矩阵 352×219，层厚 4 mm。

四、负重位 EOS 照射条件

采用法国 EOSimaging 公司的 EOS 全长机( EOSimaging 公司，EOSⅢ3.7.5.8463，法国 )，患者站立于机器中央，被检测下肢完全伸直，足尖稍内旋，确保髌骨指向正前方，采用狭缝曝光采集技术，即两个正交 90° 的球管同时自上而下进行连续曝光，管电压 80 kV，管电流 250 mA，曝光时间 10～18 s ( 视下肢长度进行调整 )，曝光完成后，软件自动数字化线性成像，完成图像拼接，获得负重位EOS，操作者也可手动进入图像处理界面，找到受照部位的负重中心，进行二次处理，避免图像失真。

五、胫骨前移距离的测量

1. 负重位 MRI 胫骨前移距离的测量：采用Logan 等的测量方法，取 TWI 矢状位图像，以恰好暴露腓骨头的层面作为测量层面。首先沿图像中显示的胫骨外侧平台作一切线 a，以 a 为参照过胫骨外侧平台最后方皮质作 a 的垂线 b；再以股骨外侧髁后方轮廓为参照画一正圆，并在该圆的后方作一与b 平行的切线 c，b 和 c 之间的垂直距离即胫骨的前移距离 ( 图 1 )。b 线位于 c 线前方位正值，反之为负值。

图1 取 T1WI 矢状位图像，以恰好暴露腓骨头的层面作为测量层面。首先沿图像中显示的胫骨外侧平台作一切线 a，以 a 为参照过胫骨外侧平台最后方皮质作 a 的垂线 b；再以股骨外侧髁后方轮廓为参照画一正圆，并在该圆的后方作一与 b 平行的切线 c，b 和 c 之间的垂直距离即胫骨的前移距离图2 负重位下肢全长侧位片，以胫骨结节下方和踝关节上方前后皮质中点的连线为胫骨干轴线 a’，过胫骨平台最后缘和股骨髁最后缘分别作 a’ 的平行线 b’ 和 c’，若股骨内外侧髁在图像上不完全重叠，则过股骨内外侧髁最后缘连线的中点处作 c’ 线，b’ 和c’ 之间的垂直距离即胫骨的前移距离Fig.1 Measurement level that exposed the fibular head was set on T1W1 sagittal image. First, line a was drawn along the lateral plateau of the tibia shown on the image. Line b was a vertical line of line a and passed the tibia posterior edge cortex. Then a perfect circle was drawn with the contour of the posterior lateral condyle of the femur as reference, and a tangent line c ( parallel to b ) was drawn behind the circle. The vertical dimension between b and c was the tibial anterior translation distanceFig.2 In the lateral film of lower limbs, the line connecting the midpoints of the front and back cortex below the tibial tubercle and above the ankle joint was the tibial shaft axis a’. Line b’ and c’ were parallel lines of a’ and passed the posterior edge of tibial plateau and femoral condyle respectively. If the medial and lateral femoral condyles did not completely overlap on the image, draw the line c’at the midpoint of the line passing through the posterior edge of the medial and lateral femoral condyles. The vertical dimension between b’and c’ was the tibial anterior translation distance

2. 负重位 EOS 胫骨前移距离的测量：采用Dejour 和 Bonnin的测量方法，取患侧负重位下肢全长侧位片，以胫骨结节下方和踝关节上方前后皮质中点的连线为胫骨干轴线a’，过胫骨平台最后缘和股骨髁最后缘分别作 a’ 的平行线 b’ 和 c’，若股骨内外侧髁在图像上不完全重叠，则过股骨内外侧髁最后缘连线的中点处作 c’ 线，b’ c’ 之间的垂直距离即胫骨的前移距离 ( 图 2 )。b’ 线位于 c’ 线前方位正值，反之为负值。

所有数据均由 2 名放射科医师分别独立测量，以两组数据的平均值作为最终测量结果。

六、统计学处理

结 果

一、观察者间一致性检验

负重位 MRI 胫骨前移距离测量结果的组内相关系数为 0.892 ( 95%，0.811～0.940，＜ 0.05 )，负重位 EOS 胫骨前移距离测量结果的组内相关系数为0.878 ( 95%，0.787～0.931，＜ 0.05 )，两组数据的观察者间结果一致性均较好。

二、两种影像学检查方法差异比较

以 2 位放射科医师测量平均值作为最终结果，本研究 44 例患者的负重位 MRI 测量胫骨前移距离为 ( 8.51±4.31 ) mm，负重位 EOS 测量胫骨前移距离为 ( 7.16±4.88 ) mm，差异有统计学意义 (＜0.05 )。按照患者手术与否进行分层，23 例术前患者负重位 MRI 测量胫骨前移距离为 ( 8.00±4.37 ) mm，负重位 EOS 测量胫骨前移距离为 ( 6.36±4.66 ) mm，差异有统计学意义 (＜ 0.05 )；21 例术后患者负重位 MRI 测量胫骨前移距离为 ( 9.06±4.29 ) mm，负重位 EOS 测量胫骨前移距离为 ( 8.06±5.07 ) mm，差异无统计学意义 (= 0.085 ) ( 表 1 )。

表1 负重位 MRI 与 EOS 测量胫骨前移距离Tab.1 TAT measured by weight-bearing MRI and EOS

三、两种影像学检查方法相关性分析

本研究的术前、术后两组数据间符合线性关系，相关系数= 0.6885，＜ 0.05，两者之间具有相关性 ( 图 3 )。按照患者手术与否进行分层，24 例术前患者的 MRI 与 EOS 结果的= 0.6254，＜ 0.05，两者间有相关性 ( 图 4 )；用两种影像学检查方法测量 21 例术后胫骨前移，结果进行相关性分析得出= 0.7514，＜ 0.05，两者间有相关性( 图 5 )。

图3 整体病例胫骨前移测量值散点图Fig.3 Scatter plot of tibial anterior translation of all patients

图4 术前病例胫骨前移测量值散点图Fig.4 Scatter plot of tibial anterior translation of patients before surgery

图5 术后病例胫骨前移测量值散点图Fig.5 Scatter plot of tibial anterior translation of patients after surgery

讨 论

本研究针对同一 ACL 损伤的患者在 24 h 内完成的负重位 MRI 和负重位 EOS 图像进行评估，测量并比较两种影像学检查方法下测得的胫骨前移距离，发现两者具有良好的相关性，且该相关性在 ACL 重建术后患者中更显著 (= 0.7514，＜ 0.05 )。无论是术前还是术后患者，在负重位 MRI 图像上测得的胫骨前移距离均大于负重位 EOS 图像所测得的距离，且在本研究纳入的全体患者以及术前患者中这种差异有统计学意义，术后差异则无统计学意义，说明整体的差异主要是由术前患者带来的。

ACL 损伤导致膝关节发生松弛，引起胫骨的过度前移，患者在行 ACL 重建手术之前，膝关节不稳定的情况持续存在，患者在两次检查间歇中不可避免地会进行下肢活动，膝关节周围肌肉收缩即可引发胫骨的移位，即使限制检查的间隔时间( 24 h )，但也无法完全避免这种情况的发生，这或许可以解释为何术前患者的负重位 MRI 测量结果与负重位 EOS 结果之间存在差异。而对于进行 ACL 重建的术后患者，手术可以明显改善膝关节的前后松弛情况，消除不稳定的症状，避免了两次检查间歇中因活动导致的胫骨移位，在这种情况下，两种不同影像学检查方法下测得的胫骨前移距离没有明显差异。

但膝关节不稳定时的肌肉收缩引发的胫骨移位在两种检查结果中应该是随机的，无法解释为何负重位 MRI 图像上测得的胫骨前移距离始终大于负重位 EOS 图像所测得的距离。这或许与两种影像学方法的成像方式不同有关。下肢全长片属于 X 线图像，实质上是一种重叠图像，是三维到二维的投影，反映的是下肢结构的整体情况，在全长片上测量时，显示的胫骨平台和股骨髁最后缘即为膝关节真实的最后缘。MRI 成像为断层成像，每幅图像仅能显示相应层面的组织结构，本研究以恰好暴露腓骨头的层面作为测量层面得出的胫骨前移距离是该层面的胫骨后缘相对股骨后缘前移的距离，而非整体前移距离。

胫骨外侧平台较内侧稍小，后缘比胫骨整体后缘略靠前，股骨内外髁的最后缘则几乎处于同一冠状面上，因此在胫骨偏外侧层面测得的前移距离会略大于以胫骨平台和股骨髁整体最后缘为参考测得的前移距离，也就是 MRI 测量值会略大于 X 线下肢全长片测量值。ACL 除了限制胫骨前移还有限制膝关节内旋的作用，ACL 损伤的术前患者膝关节可能存在一定程度内旋，胫骨外侧平台则在胫骨整体前移的基础上还存在一个旋转后的轻微前移，Logan等的试验也证明了膝关节外侧对胫骨前移位的贡献大于内侧。术后患者一定程度恢复了 ACL 功能，从而限制膝关节内旋，也就解释了为什么术前患者的 MRI 与 X 线的测量差值比术后患者更为显著( 表 1 )。

膝关节稳定性检测是膝关节功能评价的一个重要环节，膝关节的稳定能力可分为静力性稳定和动力性稳定，静力性稳定主要是由膝关节韧带和关节囊维持，动力性稳定则是由膝关节周围肌肉协调收缩来维持。目前膝关节稳定性检测方法主要是围绕静力性稳定展开的，包括使用 KT-2000、Kneelax 3在内的膝关节稳定性测试仪测量膝关节被动松弛度，行常规 MRI 检查测量胫骨前移距离，均是在平卧位状态下进行检测，此时膝关节处于完全放松的状态，不受重力的影响，肌肉收缩状态也与日常站立时大不相同，所得出的结果并不能完整评价膝关节负重状态下的真实情况，此前本团队的研究结果也表明平卧位 MRI 对胫骨前移征的检出率不如负重位 MRI，证明平卧状态下进行膝关节稳定性评价存在较大局限。

目前，如何评价负重或运动状态下膝关节的情况仍是学界的一大难题，对此学者们探索了多种方式，负重位 X 线片是应用较多的一类手段，一般是在短节段膝关节 X 线侧位片上进行测量，参考线仅为胫骨干近端轴线，本研究采用下肢全长侧位片，以胫骨全长轴线为参考，测得的数据更为真实可靠。随着技术的革新，负重位 MRI 开始进入人们的视野，进行负重位 MRI 扫描不仅能够了解膝关节韧带的情况，还能较真实地反映负重时膝关节的状态，其在临床和科研中的应用逐渐增多。本研究发现负重位 MRI 和负重位 EOS 在评价 ACL 损伤患者的胫骨前移情况的相关性较好，特别是对 ACL重建术后的患者，两者的测量结果没有显著差异。负重位 MRI 在评估 ACL 损伤方面有很多优势，但因其尚未普及，且扫描时间较长，部分患者难以承受，使用起来受到一定条件限制，相较之下，X 线检查较为简便、快捷，对于没有条件行负重位膝关节 MRI 检查的机构，可以将常规平卧位 MRI 与负重位 X 线结合起来，亦能较好地评估 ACL 损伤患者站立时的胫骨前移情况，从而较全面地了解膝关节不同状态下的稳定性，对指导临床治疗有一定帮助。

本研究的局限性：( 1 ) 本研究为横断面研究，缺乏纵向对比，无法评价负重位 MRI 和负重位 EOS测量胫骨前移程度在患者膝关节功能恢复和远期预后方面是否存在价值以及两者的价值有无差异；( 2 )行负重位 MRI 检查时被检者的足尖向前以维持长时间的站立，而照射下肢全长时为了保证确保髌骨指向正前方则采用足尖轻度内旋的体位，这可能对结果产生一定的影响，但足尖内旋时少有膝关节周围肌肉参与，且内旋角度较小，影响可以忽略不计；( 3 ) 缺乏临床资料和测量数据，如 KT-1000 侧侧差值、Lysholm 评分等，对膝关节松弛度、功能评价不够全面，但研究主要是想探讨两种影像学检查在评估胫骨前移时差异和相关性，其它问题有待日后进一步研究。