4D-CT 揭秘髌股疼痛：多平面剖析髌骨运动异常与发病关联

为解决髌股疼痛（PFP）病因诊断难题，相关研究人员开展基于 4D-CT 的髌骨运动研究。结果发现 PFP 患者多平面髌股关节不稳定。该研究为 PFP 病因判断和治疗提供依据，值得科研读者一读。

　　

在运动和日常生活中，膝盖疼痛是很多人都遇到过的困扰，其中髌股疼痛（Patellofemoral Pain，PFP）尤为常见，在青少年和运动爱好者中更是高发。它不仅影响人们的正常活动，长期发展还可能引发髌股骨关节炎，就像一颗隐藏在膝盖里的 “定时炸弹”，随时可能带来更严重的问题。

目前，临床诊断 PFP 主要依靠医生的体格检查，像是髌骨触诊、髌股关节挤压试验，还有观察患者下蹲时是否疼痛等方法。但这些方法存在不少问题。一方面，PFP 的病因复杂多样，这使得临床评估缺乏统一标准，医生们在诊断时常常难以达成一致。另一方面，很多患者因为疼痛，膝盖活动减少，这就导致一些症状较轻或者运动受限的患者容易被漏诊。而且，简单通过这些方法判断，也很难发现髌股关节深层次的问题。

在探索 PFP 病因的道路上，有研究提出髌骨轨迹异常（maltracking）/ 排列不齐（malalignment）可能是 “罪魁祸首” 。可现有的检查方式，比如用 “J” 征来判断髌骨轨迹，主要是依靠医生的肉眼观察，不同医生的判断差异很大，主观性很强，没办法准确客观地反映髌骨的运动情况。所以，找到一种更科学、更客观的方法来研究髌骨的运动，对于了解 PFP 的发病原因至关重要。

正常的髌股关节运动依赖于骨骼结构和周围软组织之间的动态平衡。以往用二维线性参数评估髌骨和股骨的三维位置关系，就像是用一把不合适的尺子去量东西，结果并不准确。虽然有研究用 4D - CT（Four - dimensional computed tomography，四维计算机断层扫描，也叫动态 CT）来研究髌骨运动，但大多只关注了髌骨在轴向的变化，忽略了其他平面，尤其是矢状面（sagittal plane）的变化，而这个平面对于理解髌骨运动非常关键。在对文献进行广泛搜索后发现，还没有研究用三维测量参数来评估 PFP 患者髌骨在矢状面的运动特征。

为了攻克这些难题，深入了解 PFP 的发病机制，来自相关研究机构的科研人员在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》期刊上发表了名为 “Analysis of patellofemoral joint kinematics in patients with patellofemoral pain based on four - dimensional computed tomography” 的论文。他们通过研究得出结论：PFP 患者存在多平面髌股关节不稳定的情况，在分析 PFP 患者髌股关节的运动模式时，需要综合考虑髌骨在多个平面的运动特征，尤其是容易被忽视的矢状面。这一结论为 PFP 的病因研究和治疗提供了新的方向和理论依据，就像是在黑暗中为研究人员点亮了一盏明灯。

在这项研究中，科研人员主要运用了以下几种关键技术方法：

1. 招募研究对象：从 2023 年 3 月到 2024 年 5 月，研究人员在门诊招募了 PFP 患者和对照组人员。对于 PFP 患者，严格按照典型的临床症状、症状持续时间、年龄等标准筛选，排除有髌骨脱位史、膝关节手术史等不符合条件的患者。对照组则选取因急性创伤或良性肿瘤需要进行 CT 扫描的对侧腿无症状的患者，且排除标准和患者组一致。
2. 4D - CT 扫描：使用配备 320 个 0.5mm 探测器的宽探测器 CT 扫描仪，在动态 CT 连续扫描模式下进行。患者仰卧在检查床上，大腿固定，小腿自由活动，在 10 秒内完成约 1.5 个膝关节屈伸周期（从 - 10° 的过伸到 70° 的屈曲），同时用铅保护器减少辐射。
3. 建立髌股关节运动坐标系：利用 Mimics 21.0 和 3 - matic 13.0 软件，将 DICOM 数据导入 Mimics 21.0，对髌骨和股骨进行三维模型重建，并在模型上选取解剖定位点，创建坐标系，用来描述髌骨相对于股骨的空间运动。
4. 参数测量与统计分析：用 3D 位移（包括 3D 位移、3D 位移、3D 位移 ）和 3D 倾斜（包括 3D 倾斜、3D 倾斜、3D 倾斜 ）来描述髌骨和股骨在三个方向的相对运动，由两位经验丰富的肌肉骨骼放射科医生独立测量，并用 SPSS 软件进行统计分析，计算样本量，评估观察者内和观察者间的可靠性。

下面我们来看看具体的研究结果：

1. 研究对象的基本特征：PFP 组最终纳入 35 膝，来自 21 名患者（3 男 18 女，年龄 16 - 45 岁），均为双侧 PFP；对照组纳入 35 膝，来自 35 名参与者（22 男 13 女，年龄 17 - 44 岁）。两组在性别上有显著差异，但年龄、患侧和体重指数无明显差异。
2. 测量参数的可靠性：3D 位移和 3D 倾斜测量的组内相关系数（ICCs）显示，观察者内可靠性在 0.980 - 0.997 之间，观察者间可靠性在 0.949 - 0.991 之间，说明测量结果可靠性很高。
3. PFP 组和对照组 3D 位移与倾斜的比较：在 3D 位移方面，两组在矢状面和轴向的位移趋势大多一致，但在冠状面位移归一化到股骨内外上髁轴（transepicondylar axis，TEA）时趋势不同。在特定屈膝角度，PFP 组的 3D 位移在 50° - 70° 时显著增加，3D 位移在 - 10° - 20° 时显著减小，归一化到 TEA 后在 - 10° - 50° 时显著增加。在 3D 倾斜方面，两组在矢状面和轴向的倾斜趋势不同，但归一化到完全伸展位时趋势一致。PFP 组的 3D 倾斜在 - 10° - 10° 和 50° - 70° 时显著更大，3D 倾斜在 - 10° - 0° 和 40° - 70° 时显著更大。

研究人员在讨论部分进一步分析了这些结果的意义。首先，研究发现 PFP 患者髌骨在矢状面存在异常运动，比如在 50° - 70° 屈膝时髌骨升高，在 - 10° - 10° 和 50° - 70° 时向前倾斜，这表明髌骨在矢状面可能不稳定，是 PFP 发病的潜在风险因素。其次，PFP 患者在轴向和冠状面也可能存在髌骨不稳定的情况，比如在特定屈膝角度，髌骨会轴向向外倾斜，在冠状面位置也有变化。而且，屈膝角度对髌骨的矢状面和轴向 3D 倾斜有影响，PFP 组在这两个平面的动态倾斜模式异常。

这些发现支持了研究假设，即髌骨在多个平面的异常运动模式可能导致 PFP 的发生。这也提示我们，在分析 PFP 患者的髌股关节运动模式时，一定要考虑到髌骨在多个平面的运动特征，尤其是容易被忽视的矢状面。研究还发现，异常的髌骨高度变化可能与 PFP 的发生有关，这和以往一些研究结果相呼应，也说明了在评估髌股关节运动学特征时，屈膝角度是一个关键影响因素。

与传统的静态成像方法相比，4D - CT 能够在膝关节主动屈伸过程中成像，提供整个运动范围内的体积数据，是分析髌股关节运动模式的有效技术。而且，研究中通过将 3D 位移基于 TEA 进行归一化，消除了不同受试者身体大小的影响，确保了测量的可比性，这对于研究结果的准确性至关重要。

不过，这项研究也存在一些局限性。比如，动态 CT 扫描时肌肉激活水平较低，没有在负重条件下研究；没有严格匹配两组受试者的性别；没有比较 2D 和 3D 参数；研究的屈膝角度有限，随着屈膝加深，髌骨运动模式可能不同；3D 参数在 PFP 发病机制中的实际价值还需要进一步通过生物力学研究来验证。

总的来说，这项研究意义重大。它让我们对 PFP 患者的髌股关节运动有了更深入的认识，发现了多平面髌股关节不稳定的现象，为 PFP 的病因研究提供了重要线索。研究结果还为优化 PFP 的治疗方案和康复治疗提供了理论支持，比如可以根据这些结果，为患者制定针对性的功能训练计划，增强股四头肌力量，纠正髌骨轨迹异常，从而减轻疼痛，缓解功能障碍。虽然研究还有一些不足，但它为后续研究指明了方向，相信在科研人员的不断努力下，未来对于 PFP 的认识会更加深入，治疗方法也会更加有效。