DTI在足球运动致膝关节ACL损伤分级评估中的应用

霍 磊，张春旺

1.河南科技学院体育学院，河南 新乡 453003；2.新乡医学院第三附属医院，河南 新乡 453003

足球运动是一项竞争激烈、对抗性强、运动量大的体育运动项目，运动过程中，经常会发生运动损伤事故[1]。膝关节前交叉韧带(ACL)损伤是足球运动中最引人注目的损伤之一，曾一度引发围绕澳大利亚女子足球联盟“膝盖危机”的头条新闻[2,3]。ACL发生机制较为复杂，涉及生物力学、解剖学、激素和神经肌肉等多方面因素[4]，若未得到良好诊治，可能会影响足球运动员职业生涯长度[5]。弥散张量成像(DTI)是评估ACL损伤的一种新型磁共振技术，能通过表观弥散系数(ADC)、各向异性分数(FA)对纤维结构的微观变化进行量化评估[6]。且目前已有研究将ADC、FA应用于ACL损伤的纤维示踪成像观测中，指出ADC、FA可为ACL损伤的微细结构变化提供客观影像诊断依据[7]。但其在ACL损伤分级诊断方面的价值研究较少，本研究重点探究磁共振DTI评估足球运动致膝关节ACL损伤分级的价值及临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年9月至2021年9月新乡医学院第三附属医院76例足球运动致膝关节ACL损伤患者，其中男52例，女24例；年龄18～37岁，平均年龄(29.65±3.67)岁；身高160.7～182.5 cm，平均身高(175.29±1.88)cm；体质量指数(BMI)21.8～25.1 kg/m2，平均BMI(23.71±0.94)kg/m2。其中，职业足球运动员30例，业余足球运动爱好者46例；患侧：左侧13例，右侧63例。采取自身对照研究，以患侧膝关节为损伤组，健侧膝关节为对照组。本研究经我院伦理委员会审批通过。纳入标准：参照相关标准[8]诊断为ACL损伤；足球运动引起的单侧ACL损伤；年龄≥18岁；首次发生ACL损伤；患者知晓本研究，已签署同意书。排除标准：其他原因引起的膝关节ACL损伤患者；合并下肢骨折者；伴有膝关节炎等其他影响膝关节功能疾病者；有MRI检查禁忌者；有膝关节手术史者。

1.2 方法

磁共振DTI检查：入院当天采用德国SIEMENS Symphony 1.5T磁共振成像系统行双侧膝关节检查，配备膝关节专用线圈，先行常规MRI PDW-PAIR序列扫描，随后进行DTI扫描，DTI参数设置：自旋回波-回波平面像序列，32个扩散敏感梯度方向，b值400 s/mm2，TR 2470 ms，TE 79 ms，FOV 16 cm×16 cm，矩阵128×128，层厚2 mm，层间距0，采集3次，成像时间6 min15 s。将扫描图像上传至后处理工作站进行分析，于ACL中下1/3、中部及中上1/3段设定感兴趣区，FA设定为0.1，角度最大阈值34.1°，进行纤维束示踪三维模拟成像，后处理软件自动计算所示纤维束的平均ADC、FA值。

损伤分级判定：根据关节镜检查的“金标准”评估ACL损伤分级[9]。Ⅰ级：韧带膜微小损伤；Ⅱ级：韧带部分破裂；Ⅲ级：韧带完全破裂。76例ACL损伤患者中Ⅰ级21例，Ⅱ级37例，Ⅲ级18例。

1.3 观察指标

(1)分析两组膝关节功能、ADC、FA。通过国际膝关节评分委员会(IKDC)评分、Lysholm评分评估膝关节功能[10]：IKDC包括体育活动、功能、症状3个方面；Lysholm评分包括肿胀、疼痛、交锁、支撑、跛行、不稳定、下蹲及爬楼梯共8个条目。(2)比较不同ACL损伤分级患者ADC、FA。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 两组膝关节功能、ADC、FA比较

损伤组IKDC、Lysholm评分、FA均较对照组低，ADC较对照组高(P<0.05)。见表1。

表1 两组膝关节功能、ADC、FA比较

2.2 患肢ADC、FA与IKDC评分、Lysholm评分的相关性

经Pearson相关系数模型分析显示，患肢ADC与IKDC评分、Lysholm评分间存在负相关关系，FA与IKDC评分、Lysholm评分间存在正相关关系(P<0.05)。见表2。

表2 患肢ADC、FA与IKDC评分、Lysholm评分的相关性分析

2.3 不同ACL损伤分级患者ADC、FA比较

ACL损伤分级Ⅲ级患者ADC较Ⅱ级、Ⅰ级患者高，且Ⅱ级患者较Ⅰ级患者高，Ⅲ级患者FA较Ⅱ级、Ⅰ级患者低，且Ⅱ级患者较Ⅰ级患者低(P<0.05)。见表3。

表3 不同ACL损伤分级患者ADC、FA比较

2.4 ADC、FA与ACL损伤分级的相关性

ADC与ACL损伤分级存在正相关关系(r=0.722，P<0.05)，FA与ACL损伤分级存在负相关关系(r=-0.739，P<0.05)。见图1。

图1 ADC、FA与ACL损伤分级的相关性

2.5 ADC、FA诊断ACL损伤分级的价值

以ACL损伤分级Ⅱ级患者为阳性样本，Ⅰ级患者为阴性样本，绘制ADC、FA诊断ACL损伤分级为Ⅱ级的ROC曲线，其曲线下面积(AUC)分别为0.738、0.759；以ACL损伤分级Ⅲ级患者为阳性样本，Ⅱ级患者为阴性样本，绘制ADC、FA诊断ACL损伤分级为Ⅲ级的ROC曲线，其AUC分别为0.772、0.748。见表4。

表4 ADC、FA诊断ACL损伤分级的价值

3 讨论

目前，磁共振技术在膝关节损伤诊断方面发挥着重要作用，能良好观察膝关节损伤严重程度[11,12]，但常规磁共振检查难以识别ACL的连续性断裂，致使准确度、特异度降低，不利于疾病的早期诊断和治疗[13]。磁共振DTI技术能从分子水平定量评价ACL的微观结构变化，参数ADC、FA可反映ACL的变化特征[14,15]。杨荣丽等[16]研究结果显示，与正常人比较，ACL损伤患者的膝关节FA明显降低，ADC明显升高。本研究将足球运动致膝关节ACL损伤患者的患肢与健肢膝关节的ADC、FA进行对比分析，发现患肢FA明显低于健肢，而ADC明显高于健肢，与上述研究结果一致。其原因可能是ACL损伤导致纤维走行的连续性发生断裂，损伤部位纤维排列紊乱，导致ACL内水分子弥散运动的各向异性降低，行磁共振DTI检查时表现为FA减小，而ACL损伤导致膝关节发生局部水肿，增强了水分子的弥散运动，表现为ADC增大[17,18]。本研究的ACL损伤患者，患肢膝关节IKDC评分、Lysholm评分明显低于健肢，提示ACL损伤可导致患肢膝关节功能明显降低，从而影响患者运动功能。但既往有报道[19]认为，ACL损伤并不会引起膝关节功能发生明显降低，与本研究结果存在一定差异，这可能是研究对象不同、ACL损伤程度不同所致。本研究进一步进行相关性分析，发现患肢ADC、FA与IKDC评分、Lysholm评分间存在明显相关性，说明磁共振DTI获取ADC、FA能反映膝关节障碍情况，有助于辅助临床评估病情。

本研究还发现，随着ACL损伤分级升高，ADC值呈逐渐升高趋势，与ACL损伤分级呈正相关，而FA值则逐渐降低，与ACL损伤分级呈负相关。其原因在于随着ACL损伤加重，损伤部位水肿液和H+聚集增加，可进一步加强分子的弥散运动，导致ADC值增高，而ACL损伤越严重，ACL纤维的断裂越明显，损伤部位纤维排列紊乱加重，ACL内水分子弥散运动的各向异性随之降低，FA值则逐渐降低。据此推测可将ADC、FA应用于ACL损伤分级的诊断。目前临床诊断ACL损伤分级的“金标准”依然是关节镜检查，但其属于创伤性检查，临床应用存在一定局限性[20]。本研究以关节镜检查结果作为“金标准”，绘制ADC、FA诊断ACL损伤分级的ROC曲线，结果显示ADC、FA诊断ACL损伤分级为Ⅱ级的AUC分别为0.738、0.759，诊断ACL损伤分级为Ⅲ级的AUC分别为0.772、0.748，均在0.7以上，具有良好的诊断价值。由此可见，通过磁共振DTI参数ADC、FA可对足球运动致膝关节ACL损伤分级进行准确评估，且磁共振DTI具有无创、便捷等优势，可避免不必要的关节镜检查，为ACL损伤分级诊断提供了新途径。

综上可知，磁共振DTI参数ADC、FA可反映足球运动致膝关节ACL损伤患者膝关节功能、损伤分级，可作为诊断ACL损伤分级的无创方法，具有较高推广应用价值。但本研究仍存在一定不足，如研究对象为足球运动员，样本选取范围较狭窄，结果存在局限性，且未明确ADC、FA在ACL损伤治疗方面的价值，有待未来通过多中心大样本开展更深入的探讨。