MRI 检测髌骨高度、倾斜角和T2 对早期髌骨软化症的诊断价值

张佳乐，赵 朋，王 勇

（衡水市第四人民医院MR 室，河北 衡水 053000）

0 引言

髌骨处于股骨下端，与股骨内踝、外踝形成髌股关节，以支持膝关节屈伸运动。髌骨软化症是发生在髌骨软骨面的骨关节病，病理变化为软骨存在肿胀、龟裂、破裂或脱落等，好发于30～50 岁，且女性发病率明显高于男性，与负荷重、营养不良、解剖结构异常等相关，常表现为髌骨疼痛、膝关节无力及膝前痛等，严重影响患者的生活质量[1-3]。早期髌骨软化症可通过手法按摩、肌肉锻炼及药物治疗等缓解症状，最大限度维持膝关节功能；而中晚期髌骨软化症则须通过软骨切除加钻孔术、外侧支持带松解术及人工关节置换术等手术方式增强髌股关节的稳定性、修复关节软化、降低骨关节炎的发生率。但中晚期可能会出现不可逆损伤、预后差、患者经济负担重的情况，因此及早筛选髌骨软化症并对症治疗，对缓解病症、改善生活质量等具有重要临床价值[4-5]。常规X 射线和MRI 等影像学可直观显示软骨损伤情况，但只能检出明显的组织软化症状，具有一定的延滞性[4]。研究发现[6-7]，MRI 可定量测定髌骨高度（Caton指数）、髌骨倾斜角及T2等参数，与髌骨软骨损伤存在一定的相关性，并可通过具体数值评估髌骨解剖结构的变化情况，但具体应用于髌骨软化症的研究相对较少。本文研究Caton 指数、髌骨倾斜角及T2单独和三者联合检测在髌骨软化症早期筛查中的作用，旨在为临床提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性研究，并获得本院伦理委员会批准。选取我院骨科2017 年10月至2019 年12月收治的200 例早期髌骨软化症患者为髌骨软化症组，其中男性80 例、女性120 例，年龄31～48 岁，平均年龄（39.54±3.01）岁。选择同期于我院行身体检查的120 例健康志愿者为对照组，其中男性43 例、女性77 例，年龄31～47 岁，平均年龄（39.69±3.10）岁。髌骨软化症组和对照组受试者的年龄（t=0.427，P=0.670）、性别（χ2=0.550，P=0.458）等基线资料未见显著性差异。

髌骨软化症组纳入标准：（1）经CT 或MRI 影像学确认为髌骨软化症，MRI 分期为Ⅰ～Ⅱ期，即MRI未见异常信号，但结构不良；（2）X 射线为阴性，并在剧烈运动、久坐、行走、负重等情况下出现髌股关节疼痛[8-9]；（3）首次发病年龄＞18 岁；（4）入院前未经历止痛、手术等相应治疗，单膝患病；（5）小学以上学历，认知功能正常，无精神疾病障碍者；（6）膝关节软组织失衡或结构异常者；（7）患者及其家属知情同意，并签署知情同意书。排除标准：（1）合并其他恶性肿瘤者；（2）既往存在膝关节置换、韧带重建术者；（3）中晚期髌骨软化症或膝关节骨性关节炎者；（4）合并系统感染、肺炎、重要器官衰竭者；（5）不配合基线资料采集者。

1.2 方法

所有受试者均由高年资影像学医师进行MRI检查，设备为GE Optima MR 3601.5T 光纤超导型扫描仪，线圈为8 通道膝线圈。受试者行仰卧体位，髌骨下沿放在膝关节专用线圈中心，脚尖垂直向上，使用量角器在膝关节体表测量胫骨长轴和股骨的夹角，当夹角为20°时，进行膝关节定位相扫描，测量髌骨高度（Caton 指数）和髌骨倾斜角。采用T2mapping测定T2，具体参数为重复时间（repetition time，TR）：1270 ms；层厚：3 mm；回波时间（echo time，TE）：69 ms；层间距：0.6 mm；视野（field of view，FOV）：16 cm；矩阵：384×384。

1.3 评价标准

以MRI 检查结果为金标准，以Caton 指数、髌骨倾斜角及T2为检验标量，以是否出现早期髌骨软化症为状态标量，绘制ROC 曲线，评估指标单独和联合诊断早期髌骨软化症的诊断效能。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0 软件进行统计学分析，性别等计数资料以n（%）表示，行χ2检验；年龄、Caton 指数、髌骨倾斜角及T2等计量资料以±s 表示，行t 检验；采用Spearman 相关分析分析Caton 指数、髌骨倾斜角及T2的关系，采用Logistic 回归分析确定髌骨软化症发生的独立影响因素；绘制Caton 指数、髌骨倾斜角及T2单独和三者联合诊断早期髌骨软化症的ROC 曲线，采用Hanley-McNeil 方法比较AUC，P＜0.05 表示结果具有统计学差异。

2 结果

2.1 Caton 指数、髌骨倾斜角及T2

髌骨软化症组患者的Caton 指数、髌骨倾斜角及T2数值均显著高于对照组（P 均＜0.001），结果见表1。

表1 2 组受试者Caton 指数、髌骨倾斜角及T2 比较（±s）

表1 2 组受试者Caton 指数、髌骨倾斜角及T2 比较（±s）

组别 Caton 指数 髌骨倾斜角/（°） T2/ms髌骨软化症组（n=200） 1.48±0.4525.54±4.7848.23±5.01对照组（n=120） 1.09±0.3218.40±4.0940.30±4.37 t 9.02913.63814.366 P＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 相关性分析

如图1～3 所示，相关性分析显示，Caton 指数与髌骨倾斜角呈正相关（r=0.227，P＜0.001），与T2呈正相关（r=0.285，P＜0.001）；髌骨倾斜角与T2呈正相关（r=0.368，P＜0.001）。

图1 Capton 指数与髌骨倾斜角的相关性

图2 Caton 指数与T2 的相关性

2.3 Logistic 回归分析

Logistic 回归分析结果见表2。以单因素中有统计意义的3 项指标为自变量，以是否发生早期髌骨软化症为因变量，行非条件Logistic 回归分析，结果表明Caton 指数[比值比（odds ratio，OR）=1.948，95%CI：1.239～3.064]、髌骨倾斜角（OR=2.201，95%CI：1.802～2.688）和T2（OR=1.902，95%CI：1.280～2.826）等指标是髌骨软化症发生的独立影响因素（P＜0.05），预测方程为Logit（P）=-0.603+0.667XCaton指数+0.789X髌骨倾斜角+0.643XT2。

表2 Logistic 回归分析结果

2.4 Caton 指数、髌骨倾斜角、T2 单独及三者联合诊断效能比较

Caton 指数、髌骨倾斜角、T2单独及三者联合诊断效能比较结果见表3～4。以Caton 指数、髌骨倾斜角及T2作为检验变量，以有无早期髌骨软化症为状态标量，以敏感度为Y 轴，以“1-特异度”为X 轴绘制ROC 曲线，如图4 所示。根据ROC 曲线可得Caton指数的临界值为1.33，其对应的敏感度为70.50%，特异度为69.17%，AUC 为0.801（95%CI：0.750～0.852）；髌骨倾斜角的临界值为20.25°，其对应的敏感度为70.00%，特异度为61.67%，AUC 为0.760（95%CI：0.707～0.812）；T2的临界值为43.27 ms，其对应的敏感度为61.00%，特异度为60.83%，AUC 为0.631（95%CI：0.564～0.698）；将回归预测方程作为新变量P，在最佳临界切点时，三者联合诊断的敏感度为85.00%，特异度为72.50%，AUC 为0.903（95%CI：0.831～0.907），三者联合诊断的敏感度和AUC 显著高于各指标单独诊断（P＜0.05）。

图4 Caton 指数、髌骨倾斜角、T2 单独及三者联合诊断早期髌骨软化症的ROC 曲线

表3 Caton 指数、髌骨倾斜角、T2 单独及三者联合诊断早期髌骨软化症的ROC 曲线分析结果

3 讨论

髌骨软化症系多因素造成的退变性疾病，发病率较高，约为36%，且以青壮年为主[10-11]。在疾病早期，患侧髌骨仅存在软化、水肿或纤维化等症状，若不及时诊断和救治，则会出现髌骨碎裂、软骨异常，进而发展成骨性关节炎，严重影响患者的运动功能，因此及早诊断并对症治疗对修复患者髌骨功能、改善预后和优化生活质量等具有重要意义[10-11]。解剖结构表明[12]，髌骨软骨是透明软骨，由细胞外基质、软骨细胞和水构成，且水占湿重的75%，X 射线和MRI 可观察软骨和关节骨质结构，进而判断损伤情况，前者在疾病早期未见异常信号，且辐射较大；后者为诊断髌骨软化症的首选方法。其中，T2可评估髌骨生化组成和微观结构[13]；髌骨倾斜是髌股关节失调的重要因素，若不及时治疗可诱导髌股关节发生撞击，形成骨关节炎[14]；髌骨高度（Caton 指数）是髌股关节解剖的重要参数，与髌骨异常结构密切相关[15]。以上3 种定量参数均可表征髌骨软化症的病理情况，但其具体应用于早期髌骨软化症的诊断研究相对较少，因此本文探讨MRI 检测髌骨高度、髌骨倾斜角和T2对早期髌骨软化症的临床诊断价值，旨在为临床提高阳性检出率、改善生存条件等提供依据。

图3 T2 与髌骨倾斜角的相关性

髌股关节由髌骨、股骨滑车及髌周软组织组成，且依靠三维运动行髌骨运动，因此髌股关节各部位的正常结构是髌骨正常运动的主要因素。机体正常的股骨内外侧踝的外高内低结构阻挡髌骨，使其沿着股骨滑车沟运动，而当外侧踝发育异常时，则不能规范髌骨的正常运动轨迹，髌骨会发生偏移、脱位，长此以往会增加髌骨软化症的发生概率。髌骨高度与髌骨软化症存在相关性，高位髌骨是髌股关节不稳定的关键因素，一般情况下膝关节弯曲30°可介入股骨滑车，而高位髌骨者因位置和结构异常，弯曲后不能及时介入股骨滑车，因而增加髌股关节压力，改变关节应力，损伤软骨；而且髌骨延迟进入股骨滑车会丧失髌股关节的省力作用，持续的损伤超过软骨自我修复的速度，最终形成髌骨软化症[16]。研究发现[17]，正常状态下，膝关节伸直时髌骨为外侧倾斜，而屈膝15°～30°后髌骨开始外移，并在120°时外移距离达到最大；当机体出现股内侧肌发育不良时，斜行肌纤维的缺乏可降低肌力，造成股四头肌肌力不平衡，引发髌骨倾斜。异常的髌骨倾斜角度可使髌骨偏离正常的运动轨道，加重髌骨外侧软骨面负荷，形成髌骨软化症。宿鹏等[18]研究证实正常组膝关节外侧倾斜角为20.71°，明显低于髌骨软化症组的27.68°，与本文结果一致，即髌骨倾斜与髌骨软化存在关联。本研究中，髌骨软化症组患者Caton 指数和髌骨倾斜角明显高于对照组，进一步比较Logistic 回归分析和ROC曲线，表明Caton 指数（OR=1.948，95%CI：1.239～3.064）是髌骨软化症发生的独立影响因素（P＜0.05），且Caton指数的临界值为1.33，其对应的敏感度为70.50%，特异度为69.17%，AUC 为0.801（95%CI：0.750～0.852）；髌骨倾斜角的临界值为20.25°，其对应的敏感度为70.00%，特异度为61.67%，AUC 为0.760（95%CI：0.707～0.812），证实髌骨高度和髌骨倾斜角可诱发髌骨软化症的发生、发展，并可应用于髌骨软化症的早期诊断，但诊断效能偏低。

表4 Caton 指数、髌骨倾斜角、T2 单独及三者联合诊断早期髌骨软化症的诊断效能比较

T2mapping 是临床研究关节软骨成熟的技术之一，T2主要反映软骨胶原纤维和水分子相互作用的情况，在正常关节软骨内，胶原纤维和水分子共价结合可减小自由水浓度，进而降低T2值，且在软骨各层数值不同，主要与胶原纤维排列方式的不同有关：中间层胶原纤维T2值高，而表层和深层T2值低。本文髌骨软化症组患者T2值高于对照组[（48.23±5.01）ms vs（40.30±4.37）ms，t=14.366，P＜0.001）]，T2的临界值为43.27 ms，其对应的敏感度为61.00%，特异度为60.83%，AUC 为0.631（95%CI：0.564～0.698），诊断效能较低，主要与关节软骨T2值干扰较多有关。最常见的“魔角效应”具体表现为当深层软骨胶原纤维排列方向与主磁场夹角接近55°时，T2值异常变化，但具体原因尚未明确。本研究对Caton 指数、髌骨倾斜角及T2进行Logistic 回归分析，结果显示三者联合诊断的敏感度显著高于单独指标诊断，且保持较高的特异度和准确率。本文研究结果仅限于纳入的200例早期髌骨软化症患者，未来仍需增加样本量，延长研究时间，纳入多中心样本，从而验证本文结果的合理性和可靠性。

综上，MRI 检测髌骨高度、髌骨倾斜角及T2对髌骨软化症的早期诊断具有重要意义，而三者联合可提高早期髌骨软化症的诊断效能，可为早期髌骨软化症提供一种快速、准确的新方法。