7T磁共振结合数字体积相关技术分析半月板斜坡损伤对胫骨内侧软骨生物力学影响的初步研究

《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》：Biomechanical analysis of medial tibial cartilage by 7T magnetic resonance imaging and digital volume correlation: a preliminary study of variations caused meniscus ramp lesions

本研究针对半月板斜坡损伤（ramp lesion）对膝关节生物力学影响不明确的问题，通过7T高场强磁共振成像（7T MRI）结合数字体积相关技术（DVC），在尸体标本上对比分析了正常膝关节、半月板斜坡损伤后及两种术式（全内缝合与全半月板切除）处理后胫骨内侧软骨的应力变化。结果显示，全内关节镜缝合可恢复软骨初始力学响应，而半月板切除会加剧软骨位移场，提示斜坡损伤修复可降低骨关节炎风险。

　　

在膝关节运动损伤中，半月板斜坡损伤（ramp lesion）是一种特殊类型的半月板损伤，最早由Strobel于1988年描述，指内侧半月板后角周边附着处的撕裂，常合并前交叉韧带（ACL）损伤。尽管这类损伤位于血供丰富区域，理论上具有愈合潜力，但其对膝关节生物力学环境的影响仍不明确。特别是，半月板斜坡损伤是否会改变胫骨内侧软骨的应力分布，进而加速骨关节炎（OA）进展，是运动医学和关节外科领域亟待解答的关键问题。

以往研究多局限于健康与骨关节炎膝关节的对比，或采用有限元分析等数值模拟方法，缺乏在接近生理负荷条件下对人体软组织力学行为的直接测量。为此，Mathieu Severyns等人开展了一项创新的尸体生物力学研究，成果发表在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》。该研究首次将7特斯拉磁共振成像（7T MRI）与数字体积相关（Digital Volume Correlation, DVC）技术相结合，定量分析了在接近生理负荷（1500 N）下，胫骨内侧软骨在不同状态（正常、斜坡损伤后、修复后）的位移场变化，为临床治疗策略提供了重要的生物力学依据。

研究人员采用了两具具有正常膝关节力线、无半月板或软骨损伤的尸体膝关节标本。他们设计了一套可在7T MRI设备内使用的加载装置，对标本依次施加从0 N到1500 N的轴向压缩负荷。研究分为三个阶段进行成像和分析：首先是完整的正常膝关节；随后，通过后内侧入路制造出4型内侧半月板斜坡损伤；最后，分别对左膝行全内关节镜缝合，对右膝行全半月板切除术。利用DVC技术对MRI图像进行分析，精确测量软骨在Z轴（压缩方向）的位移场，以此评估软骨的力学响应。

结果

内侧胫骨软骨位移场的变化

研究通过DVC技术清晰地展示了在不同压缩负荷下（0 N, 750 N, 1500 N）胫骨内侧软骨的位移场（以软骨厚度变化为代表）。结果显示，在1500 N负荷下，正常膝关节的软骨平均位移（即压缩量）分别为-1.316 mm和-1.419 mm。制造斜坡损伤后，软骨位移显著增加，分别达到-2.334 mm和-2.404 mm，表明损伤导致软骨在负荷下发生了更大的形变。

最关键的发现在于两种治疗方式的对比。接受全内缝合修复的膝关节，其软骨位移（-1.172 mm）恢复至接近正常膝关节的水平。而接受全半月板切除术的膝关节，软骨位移（-2.092 mm）甚至略高于单纯斜坡损伤的状态，并且位移场的标准偏差（SD）增大，表明应力分布更不均匀。

讨论与结论

本研究最重要的发现是，内侧半月板斜坡损伤会增加胫骨内侧软骨在生理压缩负荷下的位移场，提示其存在导致骨关节炎进展的潜在风险。然而，更具破坏性的是全半月板切除术，它进一步加剧了软骨的力学负荷。相比之下，全内关节镜缝合术能够有效地将软骨的力学环境恢复至接近损伤前的生理状态。

这一发现具有重要的临床意义。它从生物力学角度证实，对于半月板斜坡损伤，修复性手术（如全内缝合）优于切除性手术。修复手术通过恢复半月板的正常结构和功能，有助于分散负荷，保护胫骨软骨，从而可能延缓或预防骨关节炎的发生。而半月板切除术虽然解决了撕裂问题，但却以牺牲软骨保护为代价，长期来看可能带来更严重的关节退变。

当然，这项初步研究也存在一些局限性，如样本量较小（仅两具尸体）、负荷仅限于膝关节完全伸直位等。未来的研究需要在更多样本、不同屈曲角度和更复杂的负荷条件下进行验证。

尽管如此，这项研究首次在人体标本上定量揭示了半月板斜坡损伤及其不同治疗方式对胫骨软骨生物力学的直接影响。它创新性地将高场强7T MRI与DVC技术结合，为在体评估软组织力学行为开辟了新途径。研究结果强有力地支持了对半月板斜坡损伤进行修复而非切除的临床理念，为改善患者远期预后提供了关键的实验证据。