【轮转骨科●关节科学习记录】髌骨不稳影像诊断

今日看了一例髌骨不稳病人，查阅相关资料如下：

目前常使用髌骨不稳（ patellar instability ）来描述髌股关节对合关系的异常。髌骨不稳是一个连续过程，从只有膝前痛，到偶然发生的髌骨半脱位／脱位，甚至发生更严重的不稳定，直至髌骨永久脱位，不再复位至股骨滑车。髌骨不稳，是青少年膝前痛和（或）膝关节功能障碍的最常见原因之一。

【病因】

（一）髌股关节解剖及其生物力学稳定机制

髌股关节通过多重的解剖结构将髌骨限制于关节内，可分为主动稳定结构（股四头肌）、被动稳定结构（髌骨内外侧支持带）和静力稳定结构（髌股关节面的骨软骨结构）。膝关节屈曲0°~20°时，重要的稳定结构是内侧髌股韧带（ medial patellofemoral ligament , MPFL )，占髌骨外移总对抗力的53%。屈曲至30°时， MPFL 由紧变松且髌骨开始接触股骨滑车，股骨外侧髁在稳定髌股关节稳定中起最重要的作用，占髌骨外移总对抗力的70%。股内斜肌（ vastus medialis oblique muscle , VMO ）在膝关节屈曲任何角度中均起次要作用（图1)。

图1 内侧髌股韧带解剖示意图

MPFL 起自股骨收肌结节与内上髁间，止于髌骨内侧缘中上部，是维持髌骨稳定的最重要的被动稳定结构（箭）。

（二）髌骨不稳的病因及发病机制

髌骨脱位的病因可分为两类：一类是解剖学因素，即髌骨不稳危险因素；另一类是非解剖学因素，包括女性、运动及暴力等。在没有髌骨不稳危险因素的情况下，髌骨从创伤中脱位并不常见的。髌骨不稳的危险因素尚不完全清楚。Dejour 和 Walch 在1987年将其归结为下述四个主要和一些次要的危险因素。

1．主要危险因素

(1）髌骨高位：青春期的过度生长会引起髌骨生理性高位。病理性髌骨高位是由髌韧带过长或者股四头肌痉缩导致的，而不是胫骨结节的下移。有报道认为，髌韧带因外伤发生撕脱或因运动引起的微小损伤致使髌韧带上移。髌骨位置高于股骨滑车沟，接触面积减小，从而降低了滑车对抗髌骨外移的作用。

(2）股骨滑车发育不良：人类的股骨滑车形态是直立行走进化的结果，形态异常具有先天性和家族性。在发育过程中运动负荷减少，可使股骨远端内侧髁和（或）中间部发生病理改变而产生滑车发育不良，造成髌股关节的稳定性显著下降。Dejour 等将股骨滑车发育不良分为四型：I 型股骨滑车沟较浅；II 型股骨滑车沟扁平或突出；III 型股骨滑车关节面不对称，即股骨滑车内侧面发育不良及外侧关节面突出；IV 型股骨滑车发育不全、垂直关节及悬崖样改变（图2)。

图2 股骨滑车发育不良分型

I 型：交叉征，股骨滑车沟在横断面上较浅；II型：出现交叉征和滑车沟突起，股骨滑车沟在横断面上扁平或突出；III 型：出现交叉征和双线征，股骨滑车内侧面在横断面上发育不良。IV 型：交叉征、滑车沟突起和双线征均出现，股骨滑车在横断面上呈悬崖样。

(3）胫骨结节﹣股骨滑车沟（ TT - TG ）距离增大：TT - TG 距离反映了作用于髌骨的外向力，能够量化临床评估的 Q 角。胫骨结节位置主要由基因决定，也有报道认为异常运动负荷导致胫骨结节的发育不良。胫骨结节外移使 TT - TG 距离增大，作用于髌骨的外向力加大，导致髌骨外侧移位（图3)。

图3 TT - TG 距离测量示意图

在 CT 扫描上通过叠加两个层面进行测量，第一个层面是滑车测量平面，第二个层面是显示胫骨结节近端的平面。分别经过滑车最低点（ F ）和胫骨结节中点( G ）向股后髁轴（ A ）所做垂线， G - F 之间的距离即为 TT - TG 距离。

(4）其他因素：目前认为髌骨倾斜不是一个独立的解剖学危险因素，而是 TT - TG 距离增大、髌骨高位、股骨滑车发育不良、 MPFL 松弛及膝关节不同程度屈曲的结果，导致髌骨易发生脱位。

2．次要危险因素

(1）内侧髌股韧带松弛：94％以上首次髌骨脱位患者会出现 MPFL 损伤，成年患者多发生在 MPFL 股骨侧，而儿童患者则多位于髌骨侧。因此在膝关节轻度屈曲时， MPFL 缺乏足够的张力来对抗髌骨外移。

(2）髌骨发育不良：Wiberg 在30°屈曲角下的横断位片上定义了三种髌骨类型，而 Baumgartl 在此基础上增加了第四种类型，包括 I 型髌骨内侧关节面凹面，并与外侧关节面等宽；II 型髌骨内侧关节面凹面，并较外侧关节面窄；III 型髌骨内侧关节面陡峭，明显并比外侧关节面窄；IV 型髌骨内侧关节面凸出。形态异常的髌骨与股骨滑车缺乏精确的对合，导致无法维持髌骨的静力稳定（图4)。

(3）其他：股骨前倾、股内斜肌发育不全、膝外翻等。

图4 髌骨 Wiberg 分型示意图

I 型髌骨内侧关节面凹面，并与外侧关节面等宽；II 型髌骨内侧关节面凹面，较外侧关节面窄；III 型髌骨内侧关节面陡峭，较外侧关节面窄；IV 型髌骨内侧关节面凸出。

【影像学表现】

由于病因不同、出现时间不同及其多因素的性质，髌骨不稳的治疗方案已超过100多种。因此无论哪种类型的髌骨不稳，在明确膝关节损伤情况的同时，都需要评估其潜在危险因素，以明确诊断及指导治疗管理。

1．髌骨倾斜  X 线包括了正位片、侧位片及轴位片。完美的侧位片要求股骨内外髁后缘完全重叠。目前还没有一种公认的拍摄轴位片的标准方法，较常用的是 Merchant 法，即仰卧位屈膝45°摄片。在正位片上髌骨倾斜的诊断价值不高。在侧位片上，正常的髌骨外侧缘在前，关节嵴在后。当两者重叠或位置相反则提示髌骨倾斜。在轴位片上测量髌骨倾斜的常用指标包括以下几种：① Laurin 角（又称外侧髌股角）。正常情况下，该角开口向外的锐角，若不能成角或开口向内则提示髌骨倾斜。② Grelsamer 角。正常值范围为2°土2°，诊断倾斜的界值为＞5。③髌股指数。正常范围≤1.6。若该值＞1.6则提示髌骨倾斜（图5，图6)。

图5 髌骨倾斜的常用 X 线测量指标

A . Laurin 角：做股骨内、外侧最高点的切线（ A ）与沿髌骨外侧关节面延长线（ B ）的夹角（ La ); B . Grelsamer 角：髌骨内外侧边缘连线（ A ）与水平线（ B ）之间的角（ La ); C ．髌股指数：做髌股关节内侧面最窄处连线 AB 与外侧面最窄处连线 CD ，计算两者长度比值 AB / CD 。

与 X 线相比， CT / MRI 能够在膝关节完全伸直时扫描，避免了随着膝关节屈曲，滑车可能会降低或纠正髌骨倾斜和半脱位而引起的漏诊。另一个优势在于 CT / MRI 为测量指标提供了较恒定的参考线，即股骨后轴线。其测量指标：①髌骨倾斜角较常用，即股骨后髁轴线与髌骨最大横径线之间的夹角，若超过20°提示髌骨倾斜。② Fulkerson 角是股骨后髁轴线与髌骨外侧关节面延长线之间的夹角。髌骨倾斜随着膝关节屈曲和是否负重有所变化。若将这些条件整合入测量指标中，描述髌骨倾斜更加精确（图7,图8)。

图6 正常髌骨和髌骨倾斜

A ．男性，38岁。外伤后左膝疼痛1天，髌骨轴位片正。B ．女性，27岁。左髌骨外伤后疼痛1天。

图7 髌骨倾斜常用 CT / MRI 测量指标

图片显示为股骨最后缘的横向层面，做股骨内外后髁之间的连线［股骨后轴线（ A )］为参考线， A ．髌骨倾斜角：于髌骨最大长轴的横断面做髌骨长轴延长线（ B ), A 与 B 之间的夹角；B . Fulkerson 角：于髌骨最大长轴的横断面做髌骨外侧关节面延长线（ C ), A 与 C 之间的夹角。

图8 髌骨倾斜的 CT 表现

女性，15岁。右髌骨习惯性脱位5年。CT 连续层面（ A 和 B ）显示髌骨向外倾斜。

2．股骨滑车发育不良 在 X 线轴位片上测量滑车沟角＞145°或滑车沟深度＜3mm，提示股骨滑车发育不良。轴位片常仅显示滑车远端区域而侧位片可显示整个滑车，由于股骨滑车发育不良多发生于滑车近端，侧位片较轴位片更具有诊断价值。股骨滑车发育不良在侧位片上的特征性表现：①交叉征是指滑车沟线与股骨课轮廓线相交叉，对应扁平的滑车及滑车的最浅部分；②滑车沟突起是指滑车沟距远端股骨前皮质线的高度超过3mm，对应滑车近端的骨性突起；③双线征代表了内外侧滑车高度的明显不对称，对应发育不良的内侧滑车（图9)。

图9 股骨滑车发育不良 X 线表现

A ．女性，15岁，右髌骨习惯性脱位5年，右膝关节侧位片显示"交叉征"（箭）; B ．男性，17岁，发现左髌股关节病10余年，左膝关节侧位片显示"双线征"（箭）; C ．男性，18岁，右膝关节扭伤1小时，右膝关节侧位片显示"交叉征"（箭）和"滑车沟突起"（箭头）。

可根据这些 X 线特征表现将股骨滑车发育不良分为四型。I 型：出现交叉征，股骨滑车沟在横断面上较浅；II 型：出现交叉征和滑车沟突起，股骨滑车沟在横断面上扁平或突出；III型：出现交叉征和双线征，股骨滑车内侧面在横断面上发育不良；IV 型：交叉征、滑车沟突起和双线征均出现，股骨滑车在横断面上呈悬崖样（图2)。

在侧位片上准确诊断及评估股骨滑车发育不良的类型，需要严格的摄片标准，股骨远端轻微旋转5°便会引起误差。故 CT / MRI 更多被应用于股骨滑车发育不良的诊断，常用测量参数：①股骨滑车深度，诊断界值＜3mm;②股骨滑车沟角，其诊断界值＞145°;③股骨外侧滑车倾斜角，诊断界值＜11°;④股骨滑车面对称性，诊断界值＜40%。据报道，通过这些测量指标评估股骨滑车发育不良的类型并不可靠（图10～图12)。

图10 股骨发育不良的 CT / MRI 指标

CT 以能看到股骨滑车外侧关节面的软骨下骨有轻度的硬化表现，或者股骨间窝顶呈现"罗马拱门"的形态的层面作为滑车测量平面；MRI 以在头尾方向上第一层完整出现股骨滑车关节软骨的扫描平面或胫股关节面上方3cm处作为滑车测量平面。A．滑车沟深度；M 、D 、L 分别是经过股骨外侧课最高点、滑车沟最低点及内侧课最高点做股后课轴线 A 的垂线距离，滑车深度＝( M + L )/2-D ; B ．滑车沟角：M 、L 分别是滑车内、外侧关节面延长线，两者之间的夹角；C ．外侧滑车倾斜角：外侧滑车关节面延长线（ E ）与股后髁轴线（ A )之间的夹角；D ．滑车面对称性：M、L 分别是滑车内、外侧关节面长度，滑车面对称性＝M / L。

图11 股骨发育不良的 CT 表现

A .同图2-2-10A病例; B .同图2-2-10B病病例; C .同图2-2-10 C 病例;股骨滑车不同程度发育育不良,伴髌骨外脱位。

图12 股骨发育不良的 CT 和 MRI 表现

女性，26岁。左膝关节疼痛6个月余。CT ( A ）和 MRI ( B ）显示股骨滑车发育平坦，髌骨向外侧倾斜。

由于技术的进展，三维重建是目前研究热点。不仅具有良好的敏感性和特异性，还更加真实完整地显示出股骨滑车的复杂形状，三维重建虽然提高了临床诊断价值，但因低效率及高成本，目前仍然是研究工具。

3．髌骨高位  X线上测量髌骨高位的影像学方法主要分为直接测量（髌骨与股骨之间）和间接测量（髌骨与胫骨之间）两类，目前广泛使用的是间接测量的方法。常见的测量指标：① Insall - Salvati 指数( ISI )，最常用，其正常范围是0.8~1.2，高位髌骨时＞1.2;② Caton - Deschamps 指数（ CDI )，最可靠，常用于膝关节术后，其正常范围是0.8~1.2，高位髌骨时＞1.2;③ Blackburne - Peel 指数（ BPI )，鉴别髌骨高度正常、高位和低位能力最佳，但由于较不可靠，临床很少使用，其正常范围是0.6~1，高位髌骨时>1。其他测量指标还包括了 modified Insall - Salvati 指数（ MISI )、 modified Caton - Deschamps 指数（ MCDI )、 Keerati 指数（ KI ）等（图13，图14)。

现已证实 X 线上传统测量方法可应用于 CT 或 MRI ，但是相应的临界值需要稍作调整。据报道， CT 与 MRI 上的 Insall - Salvati 指数正常比值需要在侧位片的基础上分别增加0.1及0.13。CT 上的 Blackburne - Peel 指数无需调整，而在 MRI 上需要增加0.09。

图13 髌骨高位的测量指标

A . Insall - Salvati 指数：测量髌骨下缘到髌韧带胫骨附着处近端的距离（ C ）与髌骨最大对角线长度（ A ), ISI = C / A ; B . Caton -Deschamps 指数：测量髌关节面下缘至胫骨近端前缘间的距离（ D ）与髌关节面的长度（ B ), CDI = D / B ; C . Blackburne - Peel 指数：测量髌关节面下缘至胫骨平台线之间的垂直距离（ E ）与髌关节面长度（ B ), BPI = E / B ; D . modified Insall - Salvati 指数：测量髌关节面下缘至髌韧带胫骨附着处近端的距离（ F ）与髌关节面的长度（ B ）的比值， MISI = F / B ; E . modified Caton - Deschamps 指数：测量关节面下缘至修改后胫骨近端前缘间的距离（ G ）与髌关节面的长度（ B )，其中修改后胫骨近端前缘是指通过腓骨头垂直于胫骨皮质后缘的直线与胫骨皮质前缘相交点， MCDI = G / B ; F . Keerati 指数：H 和 I 分别为髌骨关节面中点和课间窝顶后角至髌韧带胫骨附着处近端的距离， KI = I / H。

图14  X线侧位片显示髌骨位置正常和髌骨高位

A, B．男性，26岁，外伤后左膝肿痛4天，髌骨位置正常， ISI 指数1.1; C, D．男性，18岁，右膝扭伤疼痛1小时，髌骨高位， ISI 指数1.4。

鉴于 MRI 对软骨的高分辨力， Biedert 等提出一种完全利用 MRI 技术测量髌骨高度的方法（髌骨滑车指数），可量化髌股关节功能。结果显示，髌骨滑车指数＜12.5％为高位髌骨；髌骨滑车指数＞50％为低位髌骨。髌骨滑车指数的测量受髌骨脱位或半脱位、股骨滑车发育不良及 TT - TG 距离增大的影响，很难在单幅图像上同时显示股骨滑车最近端软骨和髌骨长轴。因此 Dejour 等提出了多层面叠加图像来测量矢状面髌股关节对合指数（ saggital patellofemoral engagement index , SPE ）来判断髌骨高度，一般认为 SPE<0.45提示高位髌骨及髌股关节功能紊乱（图15)。

图15 髌骨滑车指数及矢状面髌股关节对合指数示意图

A．髌骨滑车指数：在正中矢状位图像上 B 和 J 分别代表股骨滑车软骨和髌骨软骨相互重叠的长度、髌骨软骨长度， PTI = J / B ; B ．矢状面髌股关节对合指数：在显示髌骨最大长轴的图像上作髌骨软骨长度 B ，在显示股骨滑车最近端软骨的图像上作股骨滑车软骨和 B 相互重叠的长度 J , SPE = J / B。

4．胫骨结节﹣股骨滑车间沟距离  Goutallier 和 Bernageau 于1978年在屈膝30°的 X 线轴位片上第一次提出了 TT - TG 的概念，但 CT 及 MRI 的横断面更适合测量 TT - TG 。在 CT 扫描上， TT - TG 距离正常范围是10~15mm，距离＞20mm提示胫骨结节外移而髌骨外向力增加（图16)。在 MRI 上，有研究报道其 TT - TG 测量值要比 CT 的 TT - TG 测量值平均小3.1~3.6mm。Schoettle 等还提出了股骨滑车软骨和胫骨结节附着处的髌腱之间的 TT - TG ，即 TT - TG （腱﹣软骨），其优点在于真正代表了膝关节伸屈时韧带和肌腱的着力点（图17)。

图16 胫骨结节﹣股骨滑车间沟距离( TT - TG ）测量

A . TT - TG 测量示意图， F 和 G 分别是滑车最低点和胫骨结节中点至股骨后轴线的垂线， TT - TG 为 FG 之间的距离；B ．在 CT 上的 TT - TG ，在 CT 扫描上通过叠加层面进行测量，第一个层面是滑车测量平面，第二层面是显示胫骨结节近端的平面；C ．同图 B ，女性，22岁， TT - TG 距离19.6mm。

图17 在MRI上的TT-TG、TT-TG（腱-软骨）及TT-PCL示意图

在 MRI 扫描上通过叠加三个层面进行测量。第一层面：在显示股骨最后缘的横断面上做股骨后髁轴线（骨性或软骨性），在胫股关节面下腓骨小头近端的横断面做胫骨后轴线；第二个层面是滑车测量平面或显示后交叉韧带的最远端层面；第三个层面是显示髌韧带于胫骨结节附着处近端的横断面。A . TT - TG 是指分别经过滑车最低点和胫骨结节中点向股骨后髁轴线所做垂线之间的距离；B . TT - TG （腱﹣软骨）是指分别经过股骨滑车的软骨最低点和髌韧带中点向软骨性股骨后髁轴线所做垂线之间的离；C . TT - PCL 是指分别经后交叉韧带内侧缘和胫骨结节中点向胫骨后髁轴线所做垂线之间的距离。

TT - TG 测量值的可靠性较高，但受股骨滑车发育不良的干扰。TT - TG 与膝关节屈曲、负重和旋转具有相关性，膝关节从完全伸直到屈曲过程中， TT - TG 随之减小（这是由于膝关节一开始屈曲时候股骨有一定程度的外旋）；负重位比非负重位的 TT - TG 要小；膝内翻使 TT - TG 测量值减小。因此同一个膝关节在不同屈曲角、负重及旋转方向下测量的 TT - TG 也不同。为了不受股骨滑车发育不良及膝关节旋转的影响， Seitlinger 等首次提出了胫骨结节与后交叉韧带之间的距离（ TT - PCL ）来反映胫骨外移，其值＞24mm为异常。

本文来源于  创影医声