4D-CT 揭秘髌股关节疼痛：多平面运动异常与发病 “密码”

为解决髌股关节疼痛（PFP）诊断和病因研究难题，研究人员开展基于 4D-CT 的髌股关节运动特征研究，发现 PFP 患者多平面髌股关节不稳定。该研究对理解 PFP 病因、优化治疗意义重大，推荐科研读者一读。

　　

在我们的身体里，膝关节就像一个精密又忙碌的 “小工厂”，每天要承受各种压力，完成走路、跑步、跳跃等动作。而髌股关节（由髌骨和股骨组成的关节，对膝关节的正常活动起着关键作用）则是这个 “小工厂” 里的重要 “部件”。髌股关节疼痛（Patellofemoral Pain，PFP）是一种常见的膝关节疾病，尤其爱找上青少年和运动爱好者。想象一下，这些活力满满的年轻人，却被膝盖疼痛困扰，不能尽情奔跑、玩耍，该有多难受。而且，长期的 PFP 还可能和髌股关节炎的发展挂上钩，严重影响人们的生活质量。

目前，诊断 PFP 主要靠临床检查，像髌骨触诊、髌股关节挤压试验、下蹲疼痛测试这些方法。但 PFP 的病因复杂多样，临床评估方式五花八门，诊断标准也不统一。很多 PFP 患者因为疼痛，膝关节活动减少，这样一来，靠这些方法可能只能发现那些疼痛比较严重或者还在坚持运动的患者，不少 “隐藏” 的患者就被遗漏了。而且，膝关节活动少会让膝盖周围的肌肉功能下降，髌股关节稳定性变差，治疗效果也会受影响。

还有一个关键问题是，有人认为髌骨轨迹异常（maltracking）和 PFP 的发生有关。可在临床诊断时，常用的 “J” 征检查，虽然能判断髌骨轨迹，但不同骨科医生的视觉评估差异很大，很难客观、准确地判断髌股关节的稳定性。另外，正常的髌股关节运动需要骨骼结构和周围软组织保持动态平衡。以前用二维线性参数评估髌骨和股骨的三维位置关系，就像用一把不合适的尺子去量东西，结果不太准确。虽然现在越来越多研究建议用三维测量，但专门针对 PFP 患者髌骨在矢状面（人体解剖学中的一个平面，将人体分为前后两部分）运动特征的三维测量研究还很少。所以，为了更全面、准确地了解 PFP，找到更好的诊断和治疗方法，开展相关研究就显得非常有必要了。

为了解开这些谜题，研究人员在《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。研究发现，PFP 患者存在多平面的髌股关节不稳定，这为理解 PFP 的发病原因提供了新的视角，对优化 PFP 的治疗方案和康复治疗也有重要意义。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键技术方法。首先是招募合适的研究对象，从 2023 年 3 月到 2024 年 5 月，他们在门诊招募了 PFP 患者和对照组人员。接着，使用 4D-CT（四维计算机断层扫描，能在运动过程中对骨骼进行成像）对参与者的膝关节进行扫描。然后，利用 Mimics 21.0 和 3-matic 13.0 软件，根据扫描得到的 DICOM 数据，构建髌股关节的三维模型，并建立坐标系统。最后，通过测量 3D 位移（包括 3D shift 、3D shift 和 3D shift ，用来描述髌骨在矢状面、轴向和冠状面的位移）和 3D 倾斜（包括 3D tilt 、3D tilt 和 3D tilt ，描述髌骨在相应平面的倾斜角度）这些参数，来分析髌骨的运动特征。

下面来看看具体的研究结果。

1. 研究对象的基本特征：在研究过程中，PFP 组最初有 42 个膝盖进行了 4D-CT 扫描，排除一些不符合要求的后，最终 35 个膝盖（来自 21 名患者，3 男 18 女，年龄 16 - 45 岁）被纳入研究；对照组最初有 40 人完成扫描，排除有问题的后，35 个膝盖（来自 35 名参与者，22 男 13 女，年龄 17 - 44 岁）进入研究。两组在性别上差异明显，但年龄、膝盖左右侧和体重指数没有显著差异。
2. 参数测量的可靠性：3D 位移和 3D 倾斜测量的组内相关系数（ICCs）显示，组内和组间的可靠性都很好，说明研究人员测量这些参数的结果比较稳定、可信。
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 3D shift 、3D shift 的变化趋势大多一致，但 3D shift 标准化到股骨内外上髁轴（TEA）后的变化趋势不同。在特定屈膝角度，PFP 组的 3D shift 增加，3D shift 减小或增加（取决于是否标准化）。在 3D 倾斜方面，两组 3D tilt 和 3D tilt 的变化趋势不同，但标准化到完全伸直位后趋势一致，3D tilt 及标准化后的趋势在两组间都一致。在特定屈膝角度，PFP 组的 3D tilt 和 3D tilt 更大。

研究人员对这些结果进行了深入讨论，发现了不少重要信息。首先，PFP 患者的髌骨在矢状面存在异常运动。在屈膝 50° - 70° 时，髌骨会升高；在屈膝 - 10° - 10° 和 50° - 70° 时，髌骨会向前倾斜，这意味着患者可能存在矢状面的髌骨不稳定。以前有研究表明，髌骨高位会增加髌股关节的压力，减少接触面积，容易导致软骨退变和疼痛。这次研究也发现，PFP 患者在屈膝 50° - 70° 时，髌骨比对照组高，说明异常的髌骨高度变化可能和 PFP 的发生有关。而且，只关注伸直位的髌骨情况是不够的，评估整个膝关节运动范围内的髌骨稳定性，对诊断 PFP 更有价值。

其次，PFP 患者在轴向和冠状面也可能存在髌骨不稳定。在屈膝 - 10° - 10° 和 40° - 70° 时，患者的髌骨会轴向向外倾斜；在伸直位到屈膝 20° 时，髌骨更靠近股骨滑车沟。这可能和髌骨周围肌肉的作用有关，而且髌骨向前倾斜会减少它和股骨滑车沟的接触面积，增加关节压力，引发 PFP。

另外，研究还发现屈膝角度会影响髌骨在矢状面和轴向的 3D 倾斜。PFP 组和对照组在这两个平面的 3D 倾斜趋势不同，说明 PFP 组的髌骨在动态情况下的倾斜模式不正常。这些结果都支持了研究假设，即髌骨在多个平面的异常运动模式可能会导致 PFP 的发生。所以，在分析 PFP 患者的髌股关节运动模式时，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。

不过，这项研究也有一些不足的地方。比如，动态 CT 扫描时肌肉的激活程度不如运动时髌骨脱位时高，最好能在负重条件下研究；研究没有严格匹配两组的性别；没有比较二维和三维参数的差异；研究只观察到屈膝 70° 的情况，更深屈膝时的运动模式还不清楚；研究结果还需要更多生物力学研究来验证在 PFP 发病机制中的实际价值。

总的来说，这项研究意义重大。它揭示了 PFP 患者存在多平面的髌股关节不稳定，让我们对 PFP 的发病机制有了更深入的认识。以前我们对 PFP 的了解不够全面，现在知道了髌骨在各个平面的运动情况和 PFP 的关系，就像找到了一把打开 PFP 治疗大门的新钥匙。这不仅有助于医生更准确地诊断 PFP，还能为制定更有效的治疗方案和康复计划提供理论依据。虽然研究还有一些小瑕疵，但它为后续的研究指明了方向，相信在未来，会有更多研究围绕这些问题展开，最终找到更好的方法来帮助那些被 PFP 困扰的患者，让他们能重新自由地活动，享受健康的生活。