廣東省東莞市中醫(yī)院放射科(廣東 東莞 523000)

麥春華 蔡澤銀 鐘似玉董漢杰 黎智強

不同屈膝角度下半月板運動及形態(tài)改變的MRI研究

廣東省東莞市中醫(yī)院放射科(廣東 東莞 523000)

麥春華 蔡澤銀 鐘似玉董漢杰 黎智強

目的通過磁共振檢查觀測不同屈膝角度下半月板的運動及形態(tài)學(xué)改變，以期獲取準確、完整的數(shù)據(jù)及變化規(guī)律。方法健康志愿者34名行膝關(guān)節(jié)MRI掃描，每個關(guān)節(jié)行伸直位和屈膝30°、60°三個體位檢查，利用MR容積數(shù)據(jù)進行MPR重建，測量半月板外周緣在不同體位下的位置和高度改變并進行統(tǒng)計學(xué)處理。結(jié)果隨著屈膝角度的增大，半月板的移動距離和高度有不同程度的增加，移動距離多為外側(cè)半月板大于內(nèi)側(cè)(P＜0.05)，半月板前角大于后角。半月板前后角均向后移位、體部向外側(cè)移位，從1st至3rd，移動距離呈下降趨勢，從4th至7th，半月板移動距離為負值，移動方向為遠離半月板中心。結(jié)論不同角度屈膝位MRI掃描以無創(chuàng)而簡便的方法顯示半月板的運動和形態(tài)學(xué)改變，為更好地認識半月板疾病和半月板移植提供客觀依據(jù)。

膝關(guān)節(jié)；磁共振；半月板；運動；形態(tài)學(xué)

半月板在承受載荷、吸收震蕩、潤滑和穩(wěn)定關(guān)節(jié)等方面有著重要作用。膝關(guān)節(jié)活動過程中,半月板隨著膝關(guān)節(jié)脛骨和股骨移動，增加接觸面積和提供更加有效保護關(guān)節(jié)軟骨作用。半月板能夠發(fā)揮生理功能必須保持正常的解剖形態(tài)和位置。目前的研究多集中在半月板損傷、形態(tài)學(xué)測量等[1-2]，針對屈膝過程中半月板的運動和形態(tài)學(xué)變化的研究較少。本研究采集正常膝關(guān)節(jié)容積數(shù)據(jù)及進行三維重建，觀測不同屈膝角度半月板位置和形態(tài)的相對變化，以期獲取準確、完整的數(shù)據(jù)及變化規(guī)律，以供臨床工作參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇正常成年健康志愿者34名(均填寫知情同意書)，男20名、女14名，年齡l8～32歲，平均24歲；身高154～175cm，平均身高165cm；體重43～75kg，平均65kg；其中右膝18只、左膝16只。

1.2 MRI檢查 應(yīng)用Philips Achieva 3.0T超導(dǎo)MR成像系統(tǒng)、相控陣柔軟線圈(SENSE-Flex-L)進行圖像采集，采用容積3D脂肪抑制序列(PDW VISTA SPAIR)：TR1300ms，TE30ms，矩陣280×266，NEX為2。每個膝關(guān)節(jié)行3個體位檢查：伸直位和屈膝30°、60°。為了保證屈曲角度的準確性，使用木板制作了30°、60°兩個三角板模型，屈膝掃描時將三角板依次固定在膝關(guān)節(jié)下方，使膝關(guān)節(jié)屈曲成特定角度，先掃矢狀定位像，測量屈膝角度，誤差控制在±3°內(nèi)。

1.3 圖像后處理和測量 將獲得的膝關(guān)節(jié)MRI容積數(shù)據(jù)傳至工作站，圖像后處理采用MPR技術(shù)。在冠狀位圖像上, 旋轉(zhuǎn)軸位圖像調(diào)整出內(nèi)外側(cè)半月板最大顯示層面，將坐標移至外側(cè)半月板，在軸位圖像上設(shè)定6組掃描線，相鄰掃描線夾角為30°，掃描線以半月板為中心(半月板前后角突點連線為Y軸)行放射狀重建，自前往外往后分別記為1st、2nd、3rd、4th、5th、6th、7th(見圖1)。同理得到內(nèi)側(cè)半月板放射狀圖像。

用機器自帶的測量軟件，測量三個體位內(nèi)外側(cè)半月板周緣7個測量點的位置和高度(見圖2)，將測定30°、60°半月板的位置和高度測量值，分別同0°相減，得出屈膝30°、60°時半月板的移動距離及高度變化。每項測量由一位放射科主治醫(yī)師獨立進行，同一參數(shù)重復(fù)測量2次，取兩次平均值作為最后結(jié)果，測量值精確到0.1mm。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)以(±s)表示。將各計量數(shù)據(jù)行正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布統(tǒng)計量采用配對t檢驗，不符合正態(tài)分布統(tǒng)計量采用配對非參數(shù)檢驗。

表1 半月板移動距離測量結(jié)果(n=34)(±smm)

表1 半月板移動距離測量結(jié)果(n=34)(±smm)

測量點 外側(cè)半月板 內(nèi)側(cè)半月板30° 60° 30° 60° 1st 3.30±0.25 5.44±0.38 2.32±0.30 4.22±0.26 2nd 2.01±0.23 3.71±0.15 2.09±0.14 3.80±0.25 3rd 1.08±0.10 2.16±0.70 1.76±0.18 3.20±0.38 4th 1.98±0.29 -2.71±0.26 -1.26±0.25 -2.44±0.42 5th -1.96±0.18 2.83±0.21 -0.98±0.18 -1.95±0.41 6th -1.54±0.16 -2.39±0.25 -1.09±0.16 -2.14±0.18 7th -2.16±0.43 -4.02±0.40 -1.40±0.33 -3.01±0.44

表2 半月板高度變化測量結(jié)果(n=34)(±smm)

表2 半月板高度變化測量結(jié)果(n=34)(±smm)

測量點 外側(cè)半月板 內(nèi)側(cè)半月板30° 60° 30° 60° 1st 1.03±0.26 2.47±0.34 1.03±0.16 1.95±0.21 2nd 0.94±0.09 1.73±0.12 0.90±0.09 1.48±0.17 3rd 0.67±0.23 1.75±0.24 0.85±0.29 1.68±0.28 4th 0.52±0.38 1.12±0.13 0.86±0.21 1.66±0.23 5th 0.78±0.22 1.36±0.33 0.93±0.22 1.72±0.23 6th 0.64±0.26 1.99±0.24 0.66±0.21 1.48±0.28 7th 0.91±0.43 2.23±0.42 0.99±0.23 1.69±0.27

2 結(jié) 果

2.1 半月板各測量點的移動距離 半月板各測量點的移動距離，(見表1和圖1-2)。內(nèi)外側(cè)半月板的移動距離隨著屈膝角度的增大而增加，半月板前后角均有后移運動，前角運動距離大于后角，從1st至3rd，移動距離呈下降趨勢，從4th至7th，半月板移動距離為負值，移動距離增減變化無一致趨勢。除2nd測量點內(nèi)外側(cè)半月板移動距離沒有明顯差別(P＞0.05)，其余測量點內(nèi)外側(cè)半月板的移動距離均有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，1st、4th、5th、6th、7th測量點外側(cè)半月板移動距離大于內(nèi)側(cè)，2nd、3rd測量點內(nèi)側(cè)半月板移動范圍大于外側(cè)；半月板相鄰測量點移動距離對比，除內(nèi)外側(cè)4th與5th測量點間移動距離沒有明顯差別外，其余相鄰測量點間移動距離均有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)。

2.2 半月板高度變化 如表2所示：隨著屈膝角度的增大，半月板的高度有不同程度增加，半月板前角高度變化大于后角。內(nèi)外側(cè)半月板的高度變化對比，屈膝30°時3rd、4th、5th 內(nèi)外側(cè)半月板高度變化有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，屈膝60°時1st、2nd、4th、5th、6th、7th內(nèi)外側(cè)半月板高度變化有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)。

3 討 論

半月板是充填在膝關(guān)節(jié)脛骨和股骨之間的纖維軟骨，借纖維韌帶附著于股骨和脛骨之間。由于其橫斷面的楔形結(jié)構(gòu)，因而加深了脛骨平臺的關(guān)節(jié)面，使兩個突出的股骨和脛骨髁能夠更好的匹配。內(nèi)側(cè)半月板呈“C”形，前角纖維附著于前交叉韌帶前、脛骨兩髁之間，有些纖維伸過關(guān)節(jié)前方，與外側(cè)半月板前角相連，形成膝橫韌帶，對半月板前角后移有限制作用[3]。內(nèi)側(cè)半月板外周連續(xù)附著于關(guān)節(jié)囊，且中心有內(nèi)側(cè)副韌帶深層加固連接，減少了內(nèi)側(cè)半月板的活動性。外側(cè)半月板近似“O”形，前角附著于前交叉韌帶后面、后角附著于脛骨髁間隆起后方，半月板外周緣附著于關(guān)節(jié)囊，但在后外側(cè)被腘肌腱裂孔分隔，與外側(cè)副韌帶并不直接相連。腘肌腱通過腘肌腱裂孔時發(fā)出的纖維束-腘肌半月板纖維束，融合于外側(cè)半月板后角，對半月板起牽拉和固定作用[4]。此外，冠狀韌帶位于半月板外緣和脛骨內(nèi)外側(cè)骨緣之間的，其作用是控制半月板在脛骨平臺的固定軌道上運動，調(diào)節(jié)半月板前后滑動的距離，限制半月板不向側(cè)緣滑動。

國內(nèi)外學(xué)者通過不同的方法證實：隨著膝關(guān)節(jié)的屈曲，半月板前后角均有后移運動，同時可見半月板側(cè)方運動[5-7]。這是由于半月板的運動很大程度上與股骨髁的運動相關(guān)[6]，其次是半月板附著的大小、方向和強度。膝關(guān)節(jié)伸直時，脛股關(guān)節(jié)的接觸點前移，半月板由于股骨髁的推擠而被動向前，同時由于脛骨相對前移，通過脛骨半月板韌帶將半月板前拉。膝關(guān)節(jié)屈曲時，脛股關(guān)節(jié)接觸點后移，半月板一方面由于股骨髁擠壓移向后方，另外附著于半月板前緣的半膜肌和腘肌的牽拉，將其拉向后方。同時由于股骨髁后側(cè)寬度大于前方，所以隨著屈膝，半月板逐漸被推向側(cè)方，以使半月板與股骨髁及脛骨平臺盡可能互相匹配[8]。

陳海南等[6]應(yīng)用開放式MRI獲取屈膝過程的動態(tài)MRI圖像，在矢狀位、冠狀位測量半月板的移動距離，結(jié)果顯示外側(cè)半月板移動距離大于內(nèi)側(cè)，半月板前角運動大于后角，內(nèi)側(cè)半月板的后角運動范圍最小。本研究采用MRI容積掃描并進行三維重建，將半月板外周緣由前向后等分七個測量點，1st測量點位于半月板前角、4th測量點位于體部，7th測量點位于后角，統(tǒng)計結(jié)果顯示半月板的移動距離隨著屈膝角度的增加而增大，外側(cè)半月板1st測量點的移動距離最大，1st、4th、5th、6th、7th測量點外側(cè)半月板移動距離大于內(nèi)側(cè)，有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，而2nd、3rd測量點內(nèi)側(cè)半月板移動范圍大于外側(cè)，與上述研究結(jié)論并不一致。就具體測量值而言，由于樣本的個體差異、關(guān)節(jié)屈曲角度、掃描層厚、測量方法等存在一定的差異，使得具體的測量值在文獻之間及本研究與文獻之間不完全一致。

比較半月板外周緣相鄰區(qū)間測量值之間的差異，可以發(fā)現(xiàn)半月板1st～3rd測量點，移動距離自前向后呈減少趨勢，相鄰測量點間移動距離有顯著差異(P＜0.05)，半月板4th～7th區(qū)間移動距離為負值，增減變化無一致趨勢，4th與5th測量點間移動距離沒有顯著差異。以上結(jié)果說明∶隨著屈膝，半月板1st～3rd 區(qū)間逐漸移向關(guān)節(jié)中心，而半月板4th～7th區(qū)間則向側(cè)后方移位，逐漸移向關(guān)節(jié)間室周邊。在屈膝過程中，股骨髁向后滾動和滑動，膝關(guān)節(jié)腔后面間室的容積逐漸減少，另外由于半月板后角和體部活動度相對較小，如關(guān)節(jié)猛烈屈伸，則使半月板后角及體部易受擠壓于脛股關(guān)節(jié)面間而導(dǎo)致?lián)p傷。

隨著屈膝角度的增大，半月板的高度可見不同程度的增加。這是由于半月板為適合股骨髁后方較小的曲率半徑而出現(xiàn)的形態(tài)變化[6]。半月板主要由排成束的膠原纖維組成，大多數(shù)纖維環(huán)周狀走向，縱向排列構(gòu)成半月板的框架結(jié)構(gòu)，當關(guān)節(jié)承受軸向壓力時，環(huán)周分布的膠原束允許半月板變形。而相對便利的分子間滑動可使半月板在任何關(guān)節(jié)角度下貼合關(guān)節(jié)軟骨表面，從而提供最大限度的承受和傳導(dǎo)載荷效能[9]。本研究結(jié)果顯示，屈膝0°位時外側(cè)半月板后角高于前角，外側(cè)半月板后角高于內(nèi)側(cè)半月板，與徐偉等[2]的研究結(jié)果一致，屈膝30°時前后角高度變化內(nèi)外側(cè)半月板無明顯差異，屈膝60°時高度變化有明顯差異，高度變化外側(cè)半月板大于內(nèi)側(cè)。這種形態(tài)學(xué)特征可能是臨床上外側(cè)半月板易損傷的原因之一。

本研究通過觀測不同屈曲角度下半月板的相對位移及其形態(tài)變化趨勢，有助于更深地理解關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)特點，尋找半月板損傷的內(nèi)在因素，為運動醫(yī)學(xué)預(yù)防半月板損傷提供理論依據(jù)，為半月板移植提供數(shù)據(jù)參考。

圖1 半月板放射狀重建示意圖。圖2 半月板移動距離和高度的測量方法。圖3 屈膝30°內(nèi)外側(cè)半月板移動距離變化趨勢圖。圖4 內(nèi)外側(cè)半月板60°移動距離變化趨勢圖。

本研究采用MRI容積掃描并行放射狀重建，各向同性3D MR成像具有較高的空間分辨率，對顯示半月板及周圍附著結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢，可任意平面重建，較二維MRI掃描更全面地觀測半月板外周緣的運動形態(tài)學(xué)改變。由于受條件和設(shè)備限制，本研究并未在膝關(guān)節(jié)生理負重下進行MRI掃描，使所謂生理狀態(tài)下研究仍有缺陷。

[1]馬芳芳,劉林祥,唐鋒,等.半月板的MRI三維測量及臨床意義[J].泰山醫(yī)學(xué)院報,29(10):793-797.

[2]徐偉,周庭永,錢學(xué)華,等.膝關(guān)節(jié)半月板的三維斷面解剖學(xué)研究[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2010,28(3):272-276.

[3] Muhle C,Thompson WO,Sciulli R,et al.Transverse ligament and its effect on meniscal motion correlation of kinematic MR Imaging and anatomic sections[J].Investigative Radiology,1999,34(9):558-565.

[4]Simoniam PT,Sussmann PS,Van Tmmmel M,et aL.Popliteomemiscal fasciculi and lateral meniscal stability[J].Am J Sports Med,1997,25(6):849-853．

[5]Vedi V,Williams A,Tennant SJ,et al.Meniscal movement:an in-vivo study using dynamic MRI[J].J Bone Joint Surg,1999,81(1):37-41.

[6]陳海南,董啟榕,汪益,等.半月板運動及形態(tài)學(xué)改變的動態(tài)磁共振研究[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2004,22(1):71-73.

[7]陳靜,蔡澤銀,麥春華,等.高頻超聲對正常半月板非負重狀態(tài)下運動形態(tài)的探討[J].吉林醫(yī)學(xué),2012,33(20):4268-4269.

[8]Kawahara Y,Uetani M,Fuchi K,et al.MR assessment of movement and morphologic c h a n g e i n t h e m e n i s c i during knee flexion[J].Acta Radiologica,1999,40(6):610-614.

[9]Favenesi JA,Shaffer JC,Mow V C.B i p h a s i c m e c h a n i c a l properties of knee meniscus[J]. Orthop Trans,1983,8(57):174-184.

(本文編輯:程琳)

A MRI Study of Meniscal Movement and Morphology Change at Different Flexion Angle of the Knee

MAI Chun-hua, CAI Ze-yin, ZHONG Si-yu, et al．,
Department of Radiology, Hospital of Traditional Chinese Medicine, Dongguan 523000, Guangdong Province, China

ObjectiveTo evaluate movement and morphologic change of the meniscal at different flexion angle of the knee by performing MRI scanning in human subjects, so as to obtain accurate and comprehensive data and the rule of the individual variation．MethodsThirty-four healthy knees from volunteers were examined by MRI,The knees were imaged with the knee flexed in different angle (0°, 30°, 60°) with a 3-dimemsional multil-data imaging being processed, the meniscal migration and height change were measured．ResultsThe migration and the height change of the meniscus increased with the knee flexed． Posterior motion of lateral meniscus was greater than medial meniscus mostly, greater in the anterior horn than in the posterior horn (P＜0．05)．Both of the anterior and the posterior horns of the meniscus migrated posteriorly while the middle portion of the meniscus migrated laterally． There was a decrease in the migration from the 1st to 3rd, but negative values wereobserved from 4th to 7th with the direction being away from the meniscus．ConclusionIt is a simple and non-invasive way that MRI scan of the knee at different degrees of flexion, demonstrating the kinematics and morphologic changes of the meniscus, providing better understanding of the meniscus diseases andobjective evidence for meniscus transplantation．

Knee Joint; MRI; Meniscus; Motion; Morphology

R684

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.02.037

2016-12-21

麥春華