侧向对齐角度：一种评估髌骨侧向倾斜的新方法，具有高精度、良好的重复性，并且不受髌股关节形态的影响

《Orthopaedic Surgery》：The Lateral Alignment Angle: A Novel Method for Evaluating Lateral Patellar Tilt With High Accuracy, Good Reproducibility, and Independence From Patellofemoral Joint Morphology

　　摘要

研究目的
过度侧向压力综合征（ELPS）是导致前膝疼痛的主要原因，其根源在于髌骨的轴向侧向倾斜。现有的诊断方法在准确性、重复性方面存在局限性，并且在存在形态学异常的情况下难以应用。本研究引入了一种新的测量技术——侧向对齐角（LAA）。

研究方法
在这项回顾性研究（2021年6月至2025年3月）中，共纳入150名患者，并与对照组（共计300人）进行1:1匹配。两位资深外科医生分别在不同时间点独立测量了LAA、髌股侧向角（LPFA）、髌骨倾斜角（PTA）和髌股指数（PFI）。通过构建接收者操作特征（ROC）曲线来评估诊断性能，计算曲线下面积（AUC），并依据最大Youden指数确定最佳临界值。使用组内相关系数（ICC）来评估观察者间的重复性。

研究结果
LAA显示出更高的诊断准确性，其AUC为0.913，敏感性为89.3%，特异性为88.0%，总体准确率为88.7%，显著优于LPFA和PTA。LAA的阳性预测值（88.2%）和阴性预测值（89.2%）也更高，阳性似然比为7.44，阴性似然比为0.12。LAA的ICC为0.782，表明观察者间的可靠性良好。最佳诊断临界值确定为5.35°。

研究结论
LAA是一种稳定且准确的测量方法，能够最小化形态学因素对髌股关节评估的影响。LAA大于5.35°可可靠地指示髌骨侧向倾斜，从而提高ELPS的诊断效率和临床管理效果。

缩写
AKP：前膝疼痛
AUC：曲线下面积
BMI：体质指数
CI：置信区间
CT：计算机断层扫描
ELPS：过度侧向压力综合征
ICC：组内相关系数
LAA：侧向对齐角
LPFA：髌股侧向角
MRI：磁共振成像
NLR：阴性似然比
NPV：阴性预测值
PFI：髌股指数
PLR：阳性似然比
PPV：阳性预测值
PTA：髌骨倾斜角
ROC：接收者操作特征
SE：标准误差

1 引言
前膝疼痛（AKP），也称为髌股疼痛综合征（PFPS），是临床实践中常见的病症。研究表明，中国前膝疼痛的发病率约为20.7%，其中男性为20.3%，女性为21.2%。这些数据表明女性的患病率略高于男性[1]。过度侧向压力综合征（ELPS）是前膝疼痛的常见原因[2-4]。ELPS的主要原因是髌骨的轴向侧向倾斜，这导致髌股关节的内侧和外侧关节面受力不均——具体来说，外侧关节面承受过大的压力，而内侧关节面压力减小，进而引发一系列软骨损伤[5]。尽管关于髌骨侧向倾斜导致软骨损伤的生物力学机制仍存在争议，但准确诊断和早期干预在临床实践中至关重要。髌骨轴向X光是评估髌股关节对齐情况和测量髌骨形态的常用方法。Merchant等人报告称，髌骨轴向X光可以清晰地显示髌股关节，并研究了多种获取此类图像的定位技术。他们建议根据具体临床情况灵活选择合适的成像位置，以有效诊断髌骨错位、髌骨侧向倾斜和髌骨不稳定等问题[6]。与计算机断层扫描（CT）相比，髌骨轴向X光可避免患者暴露于过量辐射。与磁共振成像（MRI）相比，它更具成本效益且检查时间更短。使用轴向X光片测量髌骨侧向倾斜角的方法已在先前研究中得到广泛研究，并有多种测量方法被提出并在临床实践中广泛应用。Sasaki和Yagi等人首次提出了髌骨倾斜角（PTA）的测量方法，定义为髌骨最长横径（连接内侧和外侧极点的线）与连接股骨内外髁最高点的线之间的角度[7-10]。Laurin等人首次引入了髌股侧向角（LPFA）作为评估髌骨倾斜的测量方法。该方法基于两条线形成的角度：一条连接髌骨中央嵴与其外侧边缘，另一条连接股骨内外髁的最高点。负角度表示髌骨向内侧倾斜，而正角度表示向外侧倾斜[11-16]。这两种测量方法因简单高效而在临床实践中最为常用[8]。此外，还提出了其他几种替代测量方法。例如，Grelsamer等人提出的方法测量髌骨横径与水平参考线之间的角度[17]；Fulkerson等人提出的方法测量髌骨横径与沿股骨内外髁后部绘制的切线之间的角度[18-20]。Grelsamer等人的方法需要精确的身体定位和水平参考线的建立，导致测量结果存在较大变异性。此外，Fulkerson等人的方法仅适用于CT成像，因此不在本研究范围内。除了角度测量外，另一种广泛使用的参数是髌股指数（PFI），由Laurin等人提出，该方法基于线性测量评估髌骨倾斜。该指数计算髌股关节内侧间隙与外侧间隙的最窄宽度之比，比值大于1.6通常表示髌骨侧向倾斜[11, 21]。尽管上述测量方法在临床实践中广泛应用，但我们的观察表明这些技术存在一些局限性。例如，在使用PTA等方法测量髌骨横径时，髌骨外侧边缘和滑车处的骨赘会影响直径测量的准确性。PTA文献中的ICC变异范围为0.72至0.95[22]，尤其是在严重骨关节炎的情况下，由于难以识别骨赘，一致性降低了50%以上。此外，在髌骨和滑车发育不良的情况下（如Wieberg III型髌骨[23]），目前尚无成熟的测量方法或标准化协议。Wiberg III型髌骨在正常人群中的比例为10%-16%，在膝关节疾病患者中为19%-28%[24]，但由于缺乏标准化测量协议，有7%-15%的病例无法进行评估。此外，考虑到辐射和成本因素，膝关节CT的辐射剂量是X光的8-10倍[25]，而MRI既昂贵又耗时，限制了其在患者初步筛查中的应用。为了解决这些问题，我们基于长期临床观察提出了一种新的角度测量方法——侧向对齐角（LAA）。该测量方法定义为两条线之间的角度：一条连接髌骨外侧关节面的最高点与髌骨中央嵴的最低点，另一条连接滑车沟的最低点与股骨外侧髁的最高点。

2 材料与方法
2.1 受试者
所有程序均遵循赫尔辛基宣言，并获得北京大学第三医院伦理委员会的批准（编号：IRB00006761-M2021002）。2021年6月至2025年3月期间，共有429名就诊于我们医院运动医学诊所的患者根据预定义的纳入和排除标准被回顾性纳入并筛选。纳入标准符合ELPS的诊断标准，特别是需要确诊为髌骨侧向倾斜。纳入标准包括：
- 持续至少3个月的前膝疼痛；
- 髌股指数（PFI）大于或等于1.6；
- MRI确认髌股软骨损伤程度高于ICRS Grade 1；
- 体格检查显示髌骨外侧支持带紧张程度为Grade 2或以上。

排除标准包括：
- 由于缺乏影像数据而无法进行测量；
- 有膝关节手术史；
- 有膝关节外伤史；
- 有髌骨脱位史；
- 有膝关节相关肿瘤性疾病，如色素绒毛结节性滑膜炎（PVNS）；
- 由于其他因素（如图像质量不佳）无法完成影像测量。

最终共有150名患者符合纳入标准，构成观察组。同时，通过选择没有髌骨侧向倾斜（即ELPS诊断结果为阴性）且影像记录完整的另外150名患者组成对照组。根据年龄（±5岁）、性别和侧别（图1）进行倾向评分匹配。这些患者与观察组进行1:1匹配，均来自同一时间段内没有髌骨侧向倾斜的患者队列（n=259）。

2.2 放射学技术
所有纳入患者均接受了使用相同数字放射设备（Definium 8000，GE HealthCare，美国伊利诺伊州芝加哥；视野28×16厘米；60 kV；250 mA）的髌骨轴向X光检查。患者采取仰卧位，采用Merchant视图[6, 28]进行放射检查。为确保正确定位，在双膝下方放置固定支架以保持膝关节屈曲30°。双脚平放并对称放置在检查台上。X射线管相对于水平面呈30°角度从头侧向尾侧倾斜，胶片或探测器放置在膝关节下方并垂直于中心射线。所有纳入患者的测量参数（包括LAA、LPFA、PTA和PFI）均采用相同标准。由两位资深外科医生在不同时间点独立进行两次测量，他们对患者分组情况不知情。每种角度测量的标准操作程序如下：

2.2.1 LAA
定义髌骨中央嵴的最低点为P1，髌骨外侧关节面的最高点为P2，滑车沟的最低点为T1，股骨外侧髁的最高点为T2。测量线P1P2与T1T2之间的角度称为侧向对齐角（LAA，图2）。当从开口向内侧测量时，该角度被视为正数；而当从开口向外侧测量时，则被视为负数。图2（在图形查看器中打开）PowerPoint

LAA的测量方法和示意图。(A) 髌骨中央嵴的最低点定义为P1，髌骨外侧面的最高点定义为P2，滑车沟内的最低点定义为T1，股骨外侧髁的最高点定义为T2。测量线P1P2与线T1T2之间的角度被指定为外侧对齐角（LAA）。(B) 在髌股轴向X光片上的测量示例。

2.2.2 LPFA
髌骨中央嵴的最低点定义为P1，髌骨的外侧极定义为P2，股骨内侧髁的最高点定义为T1，股骨外侧髁的最高点定义为T2。通过计算参考线P1P2与线T1T2之间的角度来确定外侧髌股角（LPFA，见图3）。当从开口向内侧测量时，该角度被视为负数；而当从开口向外侧测量时，则被视为正数。图3（在图形查看器中打开）PowerPoint

LPFA的测量方法和示意图。(A) 髌骨中央嵴的最低点定义为P1，髌骨的外侧极定义为P2，股骨内侧髁的最高点定义为T1，股骨外侧髁的最高点定义为T2。通过计算参考线P1P2与线T1T2之间的角度来确定外侧髌股角（LPFA）。(B) 在髌股轴向X光片上的测量示例。

2.2.3 PTA
髌骨的内侧极定义为P1，髌骨的外侧极定义为P2，股骨内侧髁的最高点定义为T1，股骨外侧髁的最高点定义为T2。测量线P1P2与线T1T2之间的角度被称为髌骨倾斜角（PTA，见图4）。图4（在图形查看器中打开）PowerPoint

2.2.4 PFI
髌骨中央嵴最低点到滑车内侧面的最短距离定义为M，而髌骨外侧面到滑车外侧面的最短距离定义为L。然后计算M/L比率，并将其称为髌股指数（PFI，见图5）。比率大于或等于1.6表示髌骨有外侧倾斜，而比率小于1.6则表示髌骨对齐正常。图5（在图形查看器中打开）PowerPoint

PFI的测量方法和示意图。(A) 髌骨中央嵴最低点到滑车内侧面的最短距离定义为M，而髌骨外侧面到滑车外侧面的最短距离定义为L。然后计算M/L比率，并将其称为髌股指数（PFI）。(B) 在髌股轴向X光片上的测量示例。两位外科医生在不同时间对同一患者进行了测量（测量间隔至少为一周，测量时间偏差小于一小时）。两位医生获得的测量结果用于评估观察者间的重复性。

2.3 统计分析
统计分析使用SPSS 27.0软件包进行。p值小于0.05被视为具有统计学意义。Kolmogorov–Smirnov检验用于评估连续变量的正态性。连续变量的比较使用独立样本t检验进行。分类变量使用卡方（χ2）检验进行分析。在比较连续变量之前，通过Levene检验评估方差齐性。如果方差不均匀，则使用校正的t检验或Mann–Whitney U检验。角度的诊断准确性通过多个指标进行评估，包括敏感性、特异性、准确性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）、阳性似然比（PLR）和阴性似然比（NLR）。计算类内相关系数（ICC）以评估每个测量指标的重复性。构建接收者操作特征（ROC）曲线，并计算曲线下面积（AUC）以评估诊断性能。最佳临界值基于Youden指数最大值确定，该值对应于最高的综合敏感性和特异性。AUC值越高，表示诊断准确性越好。此外，还计算了每个角度的95%置信区间（CI）。

3 结果
3.1 人口统计
观察组和对照组各包含150名患者。两组在年龄、性别和侧别方面没有显著统计学差异（p > 0.05）。详情请参见表1。表1. 两组的人口统计特征。观察组（n = 150）
对照组（n = 150）
p值

3.2 测量指标的比较
对每位患者的侧向对齐角（LAA）、外侧髌股角（LPFA）、髌骨倾斜角（PTA）和髌股指数（PFI）进行了测量，并在两组之间进行了比较。观察组的平均LAA显著大于对照组（p = 0.036）。然而，在LPFA、PTA或PFI方面，两组之间没有观察到显著统计学差异（p值分别为0.537、0.141和0.953）。详细结果见表2。表2. 两组之间的测量指标比较。观察组（n = 150）
对照组（n = 150）
p值

3.3 三个角度对髌骨倾斜的诊断价值
表3展示了LAA诊断髌骨倾斜的交叉表。共识别出18例假阳性和16例假阴性病例。表4显示了三个角度对髌骨倾斜的诊断价值。LAA的敏感性、特异性和准确性分别为89.3%、88.0%和88.7%，显著高于LPFA和PTA。LAA的曲线下面积（AUC）为0.913，表明LAA对髌骨倾斜的诊断准确性非常好。LAA的AUC（0.913）显著高于LPFA（0.804，p < 0.001）和PTA（0.794，p < 0.001），DeLong检验表明这种差异具有统计学意义。每个角度的ROC曲线分析见图5。根据最大Youden指数的对应值确定LAA诊断髌骨倾斜的临界值为5.35°（95% CI：4.82°–5.89°，通过2000次自助重采样获得）。表3. LAA诊断髌骨倾斜的交叉表。

3.4 每种测量方法的类内相关系数（ICC）
使用类内相关系数（ICC）评估观察者间的可靠性。LAA的ICC值为0.782，表明观察者间可靠性良好。LPFA和PTA的ICC值分别为0.749和0.675，表明可靠性中等。详细结果见表5。表5. 每种测量方法的类内相关系数（ICC）。

4 讨论
4.1 主要发现总结
本研究引入了侧向对齐角（LAA）作为一种新的放射学测量方法，用于评估患有过度外侧压力综合征（ELPS）患者的髌骨外侧倾斜。我们的发现表明，与传统方法相比，LAA具有更好的诊断性能，AUC为0.913，敏感性为89.3%，特异性为88.0%（见图6）。最佳诊断临界值确定为5.35°。此外，LAA在三种角度测量中实现了最高的观察者间可靠性（ICC = 0.782）。值得注意的是，LAA在包括严重骨关节炎伴骨赘形成和髌股发育不良等具有挑战性的病例中保持了测量稳定性，而传统方法往往无法在这些情况下取得准确结果。

4.2 LAA在具有挑战性形态学特征中的诊断优势
在这项研究中，我们提出了一种新的方法来评估髌骨外侧倾斜：侧向对齐角（LAA）。我们将这种方法与几种传统测量技术进行了比较。具体来说，只包括了外侧髌股角（LPFA）[11]和髌骨倾斜角（PTA）[9]，排除了其他现有的测量方法。选择这些方法的原因是：(1) LPFA和PTA是临床实践中最广泛采用的方法。(2) 其他测量方法依赖于CT来完成测量，并且对胶片的位置有严格要求，需要特殊的固定装置。这导致患者的辐射暴露和拍摄成本增加[29]。(3) 髌股指数（PFI）是一种线性测量，而不是角度测量；因此，为了避免在角度参数比较中引入测量偏差而将其排除。通过分析和比较，我们发现LAA的AUC达到了0.913，表明其在单中心队列中对髌骨外侧倾斜的诊断性能很有前景。相比之下，LPFA和PTA的AUC值分别为0.804和0.794。尽管这些值也相对较高，但LAA的表现显著优于LPFA和PTA。在诊断准确性评估中，LAA的敏感性为89.3%，特异性为88.0%，总体准确率为88.7%，显著高于其他测量方法。LAA的阳性预测值（PPV）和阴性预测值（NPV）分别为88.2%和89.2%，表明其临床实用性很强。与其他两种方法相比，LAA表现出最高的阳性似然比（7.44）和最低的阴性似然比（0.12），进一步支持了其在临床实践中的可靠性和一致性。ELPS的诊断标准包括PFI ≥ 1.6，但PFI也被用作评估指标之一，这可能导致测量偏差。实际上，这项研究采用了全面的诊断标准来评估ELPS（外侧髌股倾斜综合征），包括PFI（髌骨-股骨撞击指数）、MRI软骨分级和体格检查。使用如此全面的诊断标准可能会引入选择偏倚。因此，PFI仅被用作参考指标之一，诊断性能的主要比较集中在LAA（外侧髌股倾斜角）与LPFA（左侧髌股倾斜角）和PTA（右侧髌股倾斜角）的测量上。通过使用关节镜观察中的外侧重叠征和髌股关节内侧与外侧间隙的不对称性作为唯一的金标准，可以提高诊断准确性。然而，接受保守治疗的患者不会被纳入研究，这可能导致严重的选择偏倚。在临床实践中，我们观察到传统的测量髌骨外侧倾斜的方法由于以下原因显示出较低的可靠性和较高的变异性：首先，在膝关节严重退化的患者中，骨赘经常会在股骨滑车和髌骨的外侧边缘形成，这些骨赘会降低测量精度并增加技术难度；其次，某些患者存在髌骨或滑车的先天性解剖学变异，例如Wiberg III型髌骨或滑车发育不良（如滑车缺失）。然而，我们的研究发现这些变异主要影响髌股关节的内侧部分，而髌股关节的外侧部分在形态上保持一致。此外，我们发现髌骨外侧倾斜的程度与髌股关节的外侧角度更为相关。髌骨外侧关节面与滑车外侧表面之间的角度可以有效反映髌骨外侧倾斜的程度。为了解决上述问题并更准确地反映髌骨外侧倾斜的程度，我们提出了“外侧对齐角”（LAA）。在选择测量点时，我们避开了髌骨的外侧极点，从而减少了膝关节退化和骨赘形成的潜在干扰（图7）。在选线方面，我们关注髌股关节的外侧角度，这有效地消除了髌股关节发育形态变异的影响（图8）。通过临床应用和这项研究，LAA显示出良好的稳定性（ICC=0.782）和测量准确性（AUC=0.913）。关于PTA/LPFA的局限性以及LAA的改进之处，详见表6。

图6：每个角度（LAA、LPFA、PTA）的ROC曲线分析。

图7：应用LAA评估髌骨倾斜度的一个例子，患者患有严重的髌股关节退化。（A）使用连接髌骨中央嵴最低点与髌骨外侧面最高点的线进行LAA测量，从而减少了膝关节退化和骨赘形成的潜在干扰。在这种情况下，LAA为4.5°。（B）使用LPFA进行测量时，由于骨赘形成的影响，选择髌骨的外侧极点变得困难，而且确定开口方向也很困难，这容易导致测量误差。（C）使用PTA进行测量时，髌骨外侧极点处形成的大骨赘会导致髌骨最长横径的选择发生偏移，从而导致显著的测量误差。

表6：LAA与PTA/LPFA的优势和局限性比较。

4.3 研究的 strengths（优势）
- 我们采用了严格的诊断标准来选择患者，结合了PFI、MRI软骨分级（ICRS > 1级）和体格检查结果（外侧支持带紧张度≥2级），确保了ELPS队列的明确性。
- 测量方案得到了两位资深外科医生的独立盲法评估，两次测量之间至少间隔一周，以减少回忆偏倚。
- 该研究特别关注了形态学上具有挑战性的病例——包括Wiberg III型髌骨和伴有骨赘形成的严重骨关节炎——这些病例在传统研究中常常被排除或存在问题，从而证明了LAA的稳健性和临床适用性。
- 通过使用倾向评分匹配（基于年龄、性别和侧别的1:1比例），增强了观察组和对照组之间的可比性，减少了潜在的混杂因素。这些方法学优势提高了我们发现的内部有效性和普遍性（图8）。

4.4 临床意义和未来方向
- 在临床实践中，准确评估髌骨外侧倾斜度非常重要。髌股疼痛综合征（PFPS）是最常见的临床状况之一，而过度的外侧压力综合征（ELPS）被认为是PFPS的主要致病因素之一。如果不加以处理，PFPS可能会发展为髌股骨关节炎，从而导致长期残疾。因此，早期识别和评估髌骨外侧倾斜度，并及时干预以纠正髌骨错位，可以为患者带来显著的临床益处。髌骨的轴向X光片是初步筛查髌骨外侧倾斜度的最有效方法。与计算机断层扫描（CT）相比，髌骨轴向X光片成本更低，辐射剂量也更小。虽然关节镜检查被认为是诊断髌骨外侧倾斜度的金标准，但它是一种侵入性程序，因此不适合作为初步筛查方法；相反，它主要用作治疗选择。因此，基于髌骨轴向X光片的“外侧对齐角”（LAA）显示出高准确性和可靠性，可能适用于初步筛查，有待多中心验证。

5. 局限性
- 我们的研究也存在一些局限性。首先，这是一项回顾性诊断研究，本质上存在选择偏倚的风险。
- 作为单中心研究，由于研究人群的代表性可能不足，我们的发现普遍性可能受到限制。
- 我们在分析中未包括某些变量，如体重指数（BMI）和大腿周长，因为这些数据在门诊参与者中并不总是可用的。然而，由于本研究的主要关注点是髌骨外侧倾斜度，而不是膝关节功能或软骨损伤，这些因素的缺失不太可能显著影响我们的主要发现的有效性。
- 由于缺乏髌骨外侧X光片（为了减少辐射暴露），因此未评估髌骨高度等因素。这些变量将在未来的前瞻性研究中纳入，以便进行更全面的比较分析。
- 此外，本研究未包括无症状人群中LAA值的正常分布。因此，需要未来的大样本前瞻性研究来确定特定年龄和性别的参考范围。

6. 结论
- “外侧对齐角”（LAA）显示出良好的稳定性和准确性，并最小化了髌股关节形态对测量的影响。因此，“外侧对齐角”（LAA）具有高准确性和可靠性，可能适用于初步筛查，有待多中心验证。在本研究中，LAA的临界值确定为5.35°；LAA大于5.35°表示存在髌骨外侧倾斜。

作者贡献：
- 郭庆崔：概念化、项目管理。
- 刘强：撰写、审阅和编辑、调查。
- 李明浩：撰写、原始草案、方法学、正式分析、调查、数据管理。
- 范文：可视化、软件。

致谢：
作者没有需要报告的内容。

资金：
本研究未接受任何外部资助。

利益冲突：
作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明：
支持本研究发现的数据可向相应作者索取，只需合理请求即可获得。