基于MRI 测量正常成人半月板厚度的形态学研究

潘斯学 ，何光雄 ，夏吉良 ，陈 帅 ，向俊宜 ，保超宇

（1）云南中医药大学第一临床医学院，云南 昆明 650500;2）云南中医药大学第一附属医院/云南省中医医院骨四科，云南 昆明 650021）

膝关节是人体最大最复杂的关节，其病损的发生率也较高，临床上以半月板的损伤最为常见[1-2]。半月板或半月软骨是人体复杂生物力学中不可或缺的组成部分，它们可以减少胫骨平台和股骨髁之间的几何不协调[3-4]。半月板将力分布在关节软骨面上，从而减少股胫骨应力，可能有助于关节润滑，并在十字韧带力量不足时为受伤的膝关节提供稳定性[5]。半月板损伤手术能否成功关键在于恢复半月板的形态及其匹配程度[6]。近年来，构建人工合成半月板进行半月板置换一直是组织工程修复的研究热点，异体半月板移植物的尺寸匹配不良将显著影响术后关节功能和移植物使用寿命[7]，然而关于人半月板形态学研究仍较为有限，而国内外半月板的形态学研究较少。MRI 以多平面成像能力和对软组织的高对比度及高分辨力，而且在膝关节病损的诊断中应用越来越广[8-9]，因此MRI 扫描技术可以测量半月板的厚度，从而能够较准确地估计移植半月板的形状和大小。本研究拟通过应用MRI 成像技术测量正常成人半月板前、后角的厚度，以期对临床提供更为详尽的形态学测量数据，旨在全膝关节置换假体设计和优化人工半月板设计提供技术手段、参数。

1 资料与方法

1.1 研究对象

随机抽取 2020 年 01 月至 2022 年06 月在云南省中医医院就诊的成年患者行单侧膝关节MRI扫描的影像学资料，MRI 片示无膝关节水肿、半月板明显退变、半月板损伤及撕裂等的248 例资料作为样本，其中女性137 例，女性年龄范围18～80 岁，平均为（47.41±14.12）岁；男 性111 例，男性年龄范围为19～80 岁，平均为（43.64±15.52）岁，研究对象均知情同意该研究。纳入标准：MRI 片示无膝关节水肿、半月板明显退变、半月板损伤及撕裂。排除标准：（1）膝关节存在畸形；（2）膝关节MRI 影像片不清晰。本试验已通过云南省中医医院伦理委员会审批（编号：SD2022-021）。

1.2 实验仪器与参数

使用荷兰飞利浦1.5T 磁共振仪。常规使用膝关节线圈，患者取仰卧位.膝关节取伸直位，沙袋固定膝部于中立位并且足尖外旋15°，在非负重状态下接受MRI 扫描：所有病例均接受常规检查，扫描轴面、矢状面和冠状面，采用SE T1WI、T2W2 和抑脂序列，扫描层厚均为4 mm。

1.3 测量方法

由3 名不同资深医师独立完成测量，选择标准的膝关节MRI 影像图像作为研究对象，以矢状面T1W1 内侧间室中轴位影像为测量对象，先作一条平行于胫骨上缘软骨皮质的直线，再以髁间嵴为点作一条垂直于这条直线的直线，两条直线的交点定义为B，外侧间室最远端的点定义为A，内侧间室最远端的点定义为C，利用MRI 扫描定位像取B 至C 中点处的影像为测量影像，然后在该测量影像上前后角胫骨上缘软骨皮质面各作1条基线，内侧半月板前后角的最高点至2 条基线的距离分为内侧间室半月板前角厚度（a）、内侧间室半月板后角厚度（b）；见图1。再以矢状面T1W1 外侧间室中轴位影像为测量对象，利用MRI 扫描定位像取A 至B 中点处的影像为测量影像，然后在该测量影像上前后角胫骨上缘软骨皮质面各作1 条基线，外侧半月板前后角的最高点至2 条基线的距离分为外侧间室半月板前角厚度（c）、外侧间室半月板后角厚度（d）；所有研究图像均放大3 倍且每个测量值取3 次所得平均值作为最终结果，测量精度为0.01 mm，见图2。

图1 内侧间室半月板前后角测量Fig. 1 Measurement of anteroposterior and posterior angles of medial interventricular meniscus

图2 外侧间室半月板前后角测量Fig. 2 Measurement of anteroposterior and posterior angles of lateral interventricular meniscus

1.4 统计学处理

测量结果采用SPSS27.0 统计学软件包进行统计学分析，基本描述正态分布计量资料采用平均值、中位数、标准差、最大值、最小值、（）表示，正态分布计量资料2 组间比较采用两独立样本t检验，相关性分析采用Pearson相关性分析，P＜ 0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

内侧间室半月板前角厚度为（3.65±0.93）mm，内侧间室半月板后角厚度为（5.25±1.17）mm，外侧间室半月板前角厚度为（4.82±1.08）mm，外侧间室半月板后角厚度为（6.89±1.03）mm，见表1。经2 独立样本t检验，男性和女性情况对比，内侧间室半月板后角厚度差异具有统计学意义（P＜ 0.05），见表2。经两独立样本t检验左侧与右侧患者组间的内侧间室半月板前角厚度、内侧间室半月板后角厚度和外侧间室半月板前角厚度差异均有统计学意义（P＜ 0.05），见表3。经Pearson 相关性分析男性和女性膝关节内侧间室半月板前、后角厚度具有相关性（P＜ 0.05），见表4，图3，图4。经Pearson 相关性分析男性和女性膝关节外侧间室半月板前、后角厚度具有相关性（P＜ 0.05），见表4，图5，图6。

图5 男性 c 与 d 相关性Fig. 5 Correlation between male c and d

图6 女性 c 与 d 相关性Fig. 6 Correlation between female c and d

表1 基本资料描述Tab.1 Description of basic data

表2 男性和女性情况比较（）Tab.2 Comparison of male and female（）

表2 男性和女性情况比较（）Tab.2 Comparison of male and female（）

a：内侧间室半月板前角厚度；b：内侧间室半月板后角厚度；c：外侧间室半月板前角厚度；d：外侧间室半月板后角厚度。*P ＜ 0.05。

表3 左侧和右侧情况比较（）Tab.3 Comparison of left and right

表3 左侧和右侧情况比较（）Tab.3 Comparison of left and right

a：内侧间室半月板前角厚度；b：内侧间室半月板后角厚度；c：外侧间室半月板前角厚度；d：外侧间室半月板后角厚度。*P ＜ 0.05。

表4 相关性分析Tab.4 Correlation analysis

图3 男性 a 与 b 相关性Fig. 3 Correlation between male a and b

图4 女性 a 与 b 相关性Fig. 4 Correlation between female a and b

3 讨论

半月板或半月软骨是人体复杂生物力学中不可或缺的组成部分，因为它们可以减少了胫骨平台和股骨髁之间的不协调。半月板将力分布在关节软骨面上，从而减少股胫骨应力，可能有助于关节润滑，并在十字韧带力量不足时为受伤的膝关节提供稳定性[10]。半月板损伤是最常见的膝关节疾病，约占所有膝关节运动损伤的15%[11]，且大多数半月板损伤常伴有急性前交叉韧带（ACL）损伤，尤其是职业运动员严重半月板损伤的诊断率越来越高[12-13]。对于严重的半月板撕裂，全部或部分切除是不可避免的，这是促进关节软骨退行性变和骨关节炎的重要诱发因素[14-16]。深入的生物力学基础研究认识到半月板在传导负荷、分散应力方面不可替代的作用，胶原半月板植入术主要作为半月板部分切除的替代治疗方法，患者术后短期临床随访均取得满意效果，但长期治疗效果难以保证[6]。目前半月板置换材料研究方面取得了较大成就，但考虑到半月板复杂的异质性结构，其仿生功能的临床转化仍有很长的路要走。半月板切除术后虽然可以暂时减轻患者膝关节症状和改善功能，但术后异常的关节应力及软骨磨损将会显著加剧膝关节退变进程和膝骨关节炎的发生，因此恢复半月板正常的形态学是治疗半月板严重损伤的根本方法[17]。目前国内外对于人工半月板的研究大多集中于材料学和生物力学方面，对于形态学的研究尚较少。本研究旨在应用MRI成像技术测量正常成人半月板前、后角的厚度，寻找正常成人的半月板形态特点，为全膝关节置换假体设计和优化人工半月板设计提供技术手段、参数。

本研究是采取MRI 成像技术用于半月板前后角厚度数字化资料的影像学回顾性研究，从研究结果中可以得出，内侧间室半月板前角厚度为（3.65±0.93）mm；内侧间室半月板后角厚度为（5.25±1.17）mm；外侧间室半月板前角的厚度为（4.82±1.08）mm；外侧间室半月板后角厚度为（6.89±1.03）mm，从研究结果来看，外侧间室半月板前后角厚度要大于内侧间室半月板前后角的厚度，这与半月板解剖形态相符合的，半月板是新月型，分内外两侧，内薄外厚，同时也与赵卫民等[18]的研究结论一致，说明笔者数据具有一定的代表性。同时无论是内侧间室内还是外侧间室内，半月板前角的厚度均厚于半月板后角的厚度，这与李钊等[17]的研究结论一致，因为他们是通过膝关节MRI 扫描数据导入软件行三维重建后再进行测量，而笔者通过内外间室中轴位测量半月板前后角厚度，因此两者测量数据有一定的差异，但是总体规律存在，笔者的方法相对更简单，而且更符合临床需求。经两独立样本t检验，男性和女性情况对比，内侧间室半月板后角厚度，差异具有统计学意义（P＜ 0.05），可以得出膝关节半月板前后角厚度除了内侧半月板后角的后厚度，其它与性别没有区别，意味着设计假体的时候不用过多关注性别；经两独立样本t检验左侧与右侧患者组间的内侧间室半月板前角厚度、内侧间室半月板后角厚度和外侧间室半月板前角厚度均有统计学意义（P＜ 0.05），而且无论是内侧间室还是外侧间室右侧半月板前后角的厚度均大于左侧；经Pearson 相关性分析男性和女性膝关节内侧间室半月板前、后角厚度具有相关性（P＜ 0.05）和经Pearson 相关性分析男性和女性膝关节外侧间室半月板前、后角厚度具有相关性（P＜ 0.05），表明无论是男性还是女性，内侧间室半月板前角厚度和内侧间室半月板后角厚度具有关联，同时外侧间室半月板前角和外侧间室半月板后角具有关联性。

MRI 是目前少有的对人体没有任何严重伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法，被认为是诊断膝关节半月板疾病的首选影像检查手段[19]，因此本研究是采取回顾性研究MRI 影像资料的方式，是安全合理的，无需再次对患者进行二次扫描，更符合伦理要求，但本研究也存在不足，虽然MRI 扫描技术是目前国内外比较先进的影像技术，笔者已从矢状面进行了研究，但是半月板是立体的，它的特异性、差异性不仅仅表现在矢状面上，另外一方面由于每一个病例测量工作量较大，因此测量的样本量有限，后续研究会增加相应的病例，进一步完善相关指标之间的关系。

综上所述，应用MRI 扫描成像技术测量正常成人内外侧间室半月板前、后角的厚度，可以为临床提供更为详尽的形态学测量数据，有利于指导全膝关节置换假体设计和优化人工半月板设计提供技术支持。