薛喆 宋關(guān)陽(yáng) 劉心 張輝 錢(qián)驛 馮華

北京積水潭醫(yī)院運(yùn)動(dòng)損傷科（北京 100035）

計(jì)算機(jī)斷層掃描量化伴有J形征的異常髕骨軌跡

薛喆 宋關(guān)陽(yáng) 劉心 張輝 錢(qián)驛 馮華

北京積水潭醫(yī)院運(yùn)動(dòng)損傷科（北京 100035）

目的：利用計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）定量評(píng)估伴有J形征的異常髕骨軌跡。方法：本研究為回顧性研究，共納入53名被診斷為復(fù)發(fā)性髕骨脫位成年患者，術(shù)前囑患者主動(dòng)屈伸膝關(guān)節(jié)，并由兩名高年資醫(yī)師評(píng)估髕骨軌跡，根據(jù)J形征的有無(wú)將患者分為A組（J形征陽(yáng)性組）和B組（J形征陰性組）。此外，所有患者術(shù)前均在伸膝0°位狀態(tài)下行膝關(guān)節(jié)CT掃描，并于橫斷位分別測(cè)量髕骨平分指數(shù)（bisect offset index，BOI），髕骨外側(cè)位移指數(shù)（patellar trochlear-groove distance，PTG）及髕骨外側(cè)傾斜角（patellar lateral tilt，PLT）。最后，比較J形征陽(yáng)性組與J形征陰性組間的CT測(cè)量指數(shù)是否存在顯著性差異，并利用ROC曲線(xiàn)進(jìn)一步分析并對(duì)比三種參數(shù)量化J形征的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。結(jié)果：53例患者中，共有37例（69.8%）呈現(xiàn)J形征陽(yáng)性，其余16例（30.2%）患者均未見(jiàn)J形征。J形征陽(yáng)性組患者BOI、PTG及PLT平均值均顯著大于J形征陰性組患者。在區(qū)分J形征陽(yáng)性與否的三個(gè)指標(biāo)中，其曲線(xiàn)下面積（AUC）分別為AUCBOI=0.906，AUCPTG=0.883，AUCPLT=0.833，其中BOI的靈敏度為83.3%，特異度為87.5%，cut-off預(yù)測(cè)值為97.5%。結(jié)論：在本研究中53例復(fù)發(fā)性髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者中，近端髕骨軌跡異常（J形征）的發(fā)生率為69.8%。可利用CT參數(shù)BOI，較好地區(qū)分J形征陽(yáng)性與陰性患者。

復(fù)發(fā)性髕骨脫位；膝關(guān)節(jié)J形征；髕骨平分指數(shù)；髕骨外側(cè)位移指數(shù)；髕骨外側(cè)傾斜角

近年來(lái)，髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定已經(jīng)受到骨科及運(yùn)動(dòng)損傷專(zhuān)家越來(lái)越多的關(guān)注，相關(guān)的手術(shù)方法很多[1]。然而，仍有文獻(xiàn)報(bào)道其術(shù)后的失效率高達(dá)約20%[2]。

既往研究認(rèn)為髕骨脫位可以等同于髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，由此衍生出的手術(shù)方法大多圍繞如何使脫位的髕骨復(fù)位[1，3]。但近期有研究報(bào)道，在髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的患者中，有相當(dāng)一部分除有髕骨脫位病史外，還同時(shí)合并髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡異常[2，4，5]。

髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡即膝關(guān)節(jié)在屈伸過(guò)程中，髕骨相對(duì)于股骨滑車(chē)的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)[6]。健康人髕骨由屈曲到伸直過(guò)程中，始終沿平行于股骨滑車(chē)溝延長(zhǎng)線(xiàn)呈中央化走形，僅有部分人群在近伸直位出現(xiàn)輕度外側(cè)位移及外側(cè)傾斜，稱(chēng)為正常人群的髕骨軌跡[7]。在復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者中，部分患者在膝關(guān)節(jié)近伸直位時(shí)髕骨會(huì)出現(xiàn)一過(guò)性外偏現(xiàn)象，隨屈膝角度增大髕骨自行復(fù)位，該現(xiàn)象被形象稱(chēng)為J形征，相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為此種情況屬于髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡異常的表現(xiàn)形式之一[4，5]。有學(xué)者認(rèn)為[8，9]，術(shù)后J形征的殘存可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)髕骨內(nèi)側(cè)受到異常增大的牽拉應(yīng)力，造成重建后的內(nèi)側(cè)髕骨股骨韌帶結(jié)構(gòu)松弛甚至失效。因此，如何快速、準(zhǔn)確地篩選出伴有J形征的復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者是目前臨床當(dāng)中亟待解決的問(wèn)題之一。

目前對(duì)J形征的診斷多通過(guò)檢查者自身的肉眼觀察及主觀判斷，結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性難以保證。本研究擬采用計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）技術(shù)客觀量化伴有J形征患者的髕股關(guān)節(jié)影像學(xué)特點(diǎn)。我們假設(shè)：J形征陽(yáng)性患者其0度位CT掃描時(shí)測(cè)得的髕骨平分指數(shù)（bisect offset index，BOI）、髕骨外側(cè)位移指數(shù)（patellar trochlear-groove distance，PTG）及髕骨外側(cè)傾斜角（patellar lateral tilt，PLT）均顯著大于J形征陰性患者。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

我們對(duì)2015年1月至2017年5月期間53例復(fù)發(fā)性髕骨脫位的患者的膝關(guān)節(jié)CT檢查（北京積水潭醫(yī)院放射科）進(jìn)行了回顧性分析。仔細(xì)詢(xún)問(wèn)了所有患者病史并由兩名高年資醫(yī)師評(píng)估其髕骨軌跡，根據(jù)J形征的有無(wú)將患者分為A組（J形征陽(yáng)性組，共37例）及B組（J形征陰性組，共16例）。

入選標(biāo)準(zhǔn)為：（1）出現(xiàn)1次以上的髕骨脫位史；（2）患者年齡大于16歲且骨骼已成熟；（3）存在至少一項(xiàng)以下髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定征象：恐懼實(shí)驗(yàn)陽(yáng)性，外推實(shí)驗(yàn)陽(yáng)性，異常髕骨位置如外移、傾斜等。排除標(biāo)準(zhǔn)為：（1）初次發(fā)生髕骨脫位如創(chuàng)傷性髕骨脫位；（2）多發(fā)韌帶損傷；（3）患側(cè)膝關(guān)節(jié)有過(guò)手術(shù)史；（4）多發(fā)韌帶松弛征；（5）習(xí)慣性髕骨脫位或固定性髕骨脫位或醫(yī)源性髕骨內(nèi)脫位。

1.2 方法

1.2.1 評(píng)估與測(cè)量方法

對(duì)膝關(guān)節(jié)J形征進(jìn)行定性分度：囑患者主動(dòng)勻速緩慢屈伸患側(cè)膝關(guān)節(jié)，裸眼密切觀察20°～30°位至0°位的髕骨運(yùn)動(dòng)：無(wú)外側(cè)位移為陰性（-）；有明顯外側(cè)位移為陽(yáng)性（+），如圖1。

圖1 膝關(guān)節(jié)由屈曲位伸直至0°位時(shí)，髕骨出現(xiàn)一過(guò)性外側(cè)半脫位甚至脫位，走形成“J”形，稱(chēng)之為膝關(guān)節(jié)J形征

所有患者均在非負(fù)重位條件下，行膝關(guān)節(jié)0°位CT檢查（Aquilion ONEscanner，Toshiba Medical Systems，Tokyo，Japan）。對(duì)于髕骨近端軌跡“J”形征的描述通過(guò)髕骨平分指數(shù)（BOI）、髕骨外側(cè)位移指數(shù)（PTG）及髕骨外側(cè)傾斜角（PLT）這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述，具體測(cè)量方法參考Morscher等人[10]和馮華等人[11]的研究（如圖2）。

圖2 18歲女性，復(fù)發(fā)性髕骨脫位，左側(cè)膝關(guān)節(jié)“J”形征陰性（-）。選取2個(gè)CT層面（含有股骨滑車(chē)溝最低點(diǎn)層面和包含髕骨內(nèi)外側(cè)最大徑層面）進(jìn)行合成后的測(cè)量圖像

所有研究均由北京積水潭醫(yī)院倫理委員會(huì)審查通過(guò)，且所有患者均簽署知情同意書(shū)。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)分析

計(jì)算影像學(xué)測(cè)量結(jié)果中的髕骨平分指數(shù)（BOI），髕骨外側(cè)位移指數(shù)（PTG）及髕骨外側(cè)傾斜角（PLT），統(tǒng)計(jì)人口學(xué)特征及查體結(jié)果。使用Pearson卡方檢驗(yàn)（Pearson Chisquaretest）或 Fisher精確檢驗(yàn)（Fisher exact test）比較J形征陰性、陽(yáng)性?xún)山M的分類(lèi)變量，使用Student t檢驗(yàn)（Student t test）比較陰性、陽(yáng)性?xún)山M的連續(xù)變量。使用ROC分析曲線(xiàn)（receiver operating characteristic analysis curve）計(jì)算各個(gè)影像學(xué)參數(shù)的靈敏度、特異度，使用R 3.3.2版本數(shù)據(jù)分析軟件計(jì)算MCC值（Matthews Correlation Coefficient value）。定義P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS20.0版本數(shù)據(jù)分析軟件（SPSS statistics version 20.0 software package（IBM Corp））進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果

最終有53名患者入選本研究。人口學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總結(jié)如表1所示。J形征陰性組及陽(yáng)性組間患者的平均年齡、性別及側(cè)別均無(wú)顯著性差異。53例患者中，共有37例（69.8%）呈現(xiàn)J形征陽(yáng)性，其余16例（30.2%）患者均未見(jiàn)J形征。

J形征陰性組和陽(yáng)性組間的髕骨平分指數(shù)（BOI）平均值分別為88% ±12%和121% ±28%且存在顯著性差異（P=0.038），髕骨外側(cè)位移指數(shù)（PTG）分別為-4.38±5.16 mm和5.23±6.55 mm且存在顯著性差異（P＜0.05），髕骨外側(cè)傾斜角（PLT）分別為25.65 ±3.37°和34.94 ±10.50°且存在顯著性差異（P=0.001）。結(jié)果如表2所示。

表1 J形征陰性組與陽(yáng)性組患者人口學(xué)特征

表2 J形征陰性組與陽(yáng)性組患者CT參數(shù)評(píng)估

使用ROC分析曲線(xiàn)分別評(píng)估陰性組、陽(yáng)性組中BOI、PTG及PLT這三個(gè)參數(shù)的曲線(xiàn)下面積（area under the curve，AUC）及靈敏度、特異度的最佳值，并計(jì)算其MCC值，見(jiàn)表3。相比于其他兩個(gè)參數(shù)，BOI有最大的曲線(xiàn)下面積（0.906）和較好的靈敏度（83.3%）、特異度（87.5%）及預(yù)測(cè)穩(wěn)定性（MCC=0.672），其Cut-off預(yù)測(cè)值為97.5%，如表3、圖3所示。

表3 使用ROC分析曲線(xiàn)評(píng)估J形征患者CT參數(shù)

圖3 參數(shù)BOI在區(qū)分陰陽(yáng)性?xún)山M的ROC曲線(xiàn)，AUC值為0.906，靈敏度為83.3%，特異度為87.5%，切線(xiàn)處cut-off值為97.5%

3 討論

本研究的發(fā)現(xiàn)為：1.在53例RPD患者中，共有37例（69.8%）呈現(xiàn)J形征陽(yáng)性，其余16例（30.2%）患者均未見(jiàn)J形征。2.相比于膝關(guān)節(jié)J形征陰性患者，陽(yáng)性患者的髕骨平分指數(shù)（BOI）和髕骨外側(cè)位移指數(shù)（PTG）及髕骨外側(cè)傾斜角（PLT）都明顯增大，且均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。3.通過(guò)ROC曲線(xiàn)計(jì)算得出髕骨平分指數(shù)（BOI）是區(qū)別及量化J形征陰性、陽(yáng)性的最佳指標(biāo)，其Cut-off預(yù)測(cè)值為0.975。

近年來(lái)，以?xún)?nèi)側(cè)髕骨股骨韌帶（medial patellafemoral ligament，MPFL）重建術(shù)為代表的術(shù)式被廣泛應(yīng)用于復(fù)發(fā)性髕骨脫位的治療，盡管其短期療效較為滿(mǎn)意，但仍有文獻(xiàn)報(bào)道其長(zhǎng)期失效率在20%左右[12]。有學(xué)者認(rèn)為，J形征的殘留可能是導(dǎo)致MPFLR術(shù)后長(zhǎng)期移植物失效的可能原因之一。

生物力學(xué)研究表明[8，13]，膝關(guān)節(jié)由屈曲20～30°位至0°位期間，內(nèi)側(cè)髕骨股骨韌帶（MPFL）的張力陡增至最大，髕骨脫離股骨滑車(chē)溝，此時(shí)髕骨最易發(fā)生脫位。因此，J形征的殘存很可能會(huì)使重建的MPFL張力持續(xù)異常增大，遠(yuǎn)期甚至可能造成MPFL重建術(shù)失效。

既往的文獻(xiàn)中對(duì)膝關(guān)節(jié)J形征評(píng)估方式的描述很少，且絕大多數(shù)為通過(guò)檢查者肉眼觀察的定性研究（陰性或陽(yáng)性）。Sheehan等人[5]定義在患者伸膝運(yùn)動(dòng)的末期，若可觀察到髕骨明顯的外側(cè)位移甚至跳動(dòng)，則J形征陽(yáng)性，但這種評(píng)估方式主觀性較強(qiáng)，受檢查者主觀因素影響較大。Fredericson等人[14]認(rèn)為J形征評(píng)估方式呈個(gè)體化且是髕骨異常軌跡的表現(xiàn)之一，雖臨床定性描述簡(jiǎn)便易行，但卻無(wú)法指導(dǎo)術(shù)中的操作方案。另一方面，裸眼分度更多關(guān)注于髕骨向外的橫向位移[4，15]，并未考慮到髕骨的外偏程度，而后者也是評(píng)估髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[11]。本研究中，0°位膝關(guān)節(jié)CT軸位像可以客觀量化髕骨與股骨滑車(chē)之間的對(duì)合關(guān)系，且BOI、PTG、PLT三個(gè)指數(shù)在既往研究中也用以評(píng)估髕骨的運(yùn)動(dòng)軌跡，既能測(cè)量髕骨外移程度，又能評(píng)估髕骨外偏角度，相比既往文獻(xiàn)在髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的評(píng)估方面更為全面。

在本研究的53例復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者中，共有37例（69.8%）呈現(xiàn)J形征陽(yáng)性，其余16例（30.2%）患者均未見(jiàn)J形征，即大多數(shù)患者可觀察到J形征。可見(jiàn)J形征在復(fù)發(fā)性髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者中的發(fā)生率較高，在Smith等人[15]的研究中，相同入選標(biāo)準(zhǔn)下，J形征的發(fā)生率為71.4%，這與本研究結(jié)果相似。在復(fù)發(fā)性髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者診療過(guò)程中，不能忽視對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的評(píng)估。

本研究中，我們分別計(jì)算出了BOI、PTG、PLT三個(gè)參數(shù)在區(qū)分J形征陰性、陽(yáng)性時(shí)的靈敏度、特異度和MCC值，表明三個(gè)數(shù)值均可用于量化J形征，但參數(shù)BOI相比于PTG和PLT而言，有著相對(duì)較高的靈敏度（83.3%）、特異度（87.5%）及預(yù)測(cè)穩(wěn)定性（MCC值=0.672），因此，BOI可作為相對(duì)較好的預(yù)測(cè)指標(biāo)對(duì)J形征的陰性、陽(yáng)性進(jìn)行區(qū)分，這與既往研究相似[16]。BOI的診斷價(jià)值為較好（good，ROC曲線(xiàn)下面積小于0.9），而非很好（excellent），這也提示我們可以進(jìn)一步嘗試選取其他參數(shù)對(duì)J形征進(jìn)行定量分度，以得到更高的診斷價(jià)值。盡管如此，參數(shù)BOI對(duì)于區(qū)分J形征的陰性、陽(yáng)性，已經(jīng)具備了一定的指導(dǎo)意義。

本研究的局限性為：第一，樣本量較少。第二：本研究為回顧性研究。第三：在研究中僅用膝關(guān)節(jié)0°位時(shí)的CT參數(shù)評(píng)估J形征的有無(wú)，主要基于如下兩個(gè)方面的考量，一方面，J形征描繪的現(xiàn)象為伸膝位髕骨向外偏移；另一方面，動(dòng)態(tài)CT的放射劑量數(shù)倍于靜態(tài)CT掃描，會(huì)對(duì)患者產(chǎn)生額外的放射傷害，不利于臨床廣泛開(kāi)展。

4 總結(jié)

在本研究復(fù)發(fā)性髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者中，近端髕骨軌跡異常（J形征）的發(fā)生率為69.8%?？衫肅T參數(shù)髕骨平分指數(shù)（BOI）較好地區(qū)分J形征陽(yáng)性與陰性患者，并對(duì)J形征進(jìn)行量化，其cut-off預(yù)測(cè)值為976.5%。

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Quantification of Patellar Maltracking Combined with J-Sign Using Computed Tomography

Xue Zhe，Song Guanyang，Liu Xin，Zhang Hui，Qian Yi，F(xiàn)eng Hua
Department of Sports Medicine，Beijing Jishuitan Hospital，Beijing 100035，China

Feng Hua，Email：fenghua20080617@126.com

ObjectiveTo quantify the patellar mal-tracking combined with J-sign using the computed tomography （CT）.MethodFifty-three adult patients diagnosed as recurrent patellar dislocation（RPD）were chosen.According to their patellar tracking during knee active flexion and extension，they were divided into group A（with positive J-sign） and group B（with negative J-sign）.The CT examinations were performed in all patients at 0°extension of the knee and the patella bisect offset index（BOI），patella trochlear-groove distance（PTG）and patella lateral tilt（PLT）were measured in the axial position and compared.The receiver operating characteristic analysis（ROC）curve was used to analyse the accuracy and stability of the three J-sign parameters.ResultsIn all the 53 patients，thirty-seven（69.8%） knees were of positive J-sign，while the rest 16 were of negative J-sign.The mean values of CT parameters BOI，PTG and PLT in group A were significantly larger than those of group B.Moreover，the area under the curve for BOI，PTG and PLT were 0.906，0.883 and 0.833 respectively.The sensitivity and specificity of BOI were 83.3% and 87.5%，while the predicting cut-off value was 97.5%.ConclusionIn all the 53 recurrent patella instability patients，the morbidity of patella proximal mal-trackingis 69.8%.The CT parameter BOI can be used to quantify the J-Sign into positive and negative groups.

recurrent patella dislocation，knee J-sign，patella bisect offset index，patella trochleargroove distance，patella lateral tilt

2017.06.23

北京市醫(yī)院管理局臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)——“揚(yáng)帆”計(jì)劃（2013-2017）；北京市醫(yī)院管理局臨床技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：LXMLX201613）

第1作者：薛喆，Email：xuezhe0926@163.com；

馮華，Email：fenghua20080617@126.com