0 引言

       随着全民健身战略的深入推进，青少年体育运动量显著提升，运动相关性损伤的发生率也相应增加^{[1, 2, 3]}。膝关节作为人体最大且构造复杂的承重关节，在跑、跳、急停转向等运动中承受巨大负荷，是运动损伤最常累及的部位之一^{[4, 5]}。青少年正处于骨骼生长发育的关键期，其骨骺未完全闭合、关节囊及韧带相对松弛、部分个体解剖结构变异，使得膝关节在运动中更易发生各类急性或过度使用性损伤^{[6, 7, 8]}。膝关节运动损伤（knee sport injury, KSI）不仅引起疼痛等症状，若未及时干预还可能导致慢性疼痛、关节不稳甚至骨关节炎等后遗症，对青少年的身心健康与长期生活质量构成严重威胁^{[9, 10]}。

       准确评估损伤的部位、性质和严重程度是进行针对性治疗和康复的前提。磁共振成像具有较高的软组织分辨率和多参数、多序列成像能力，已成为无创性诊断膝关节内部结构损伤的“金标准”^{[11, 12]}，能够清晰显示临床检查难以发现的隐匿性损伤，对损伤进行分级，从而为临床决策提供参考依据。然而，目前针对青少年KSI的研究多从流行病学角度，聚焦于特定运动项目的损伤发生率，或从社会、学校层面探讨预防策略^{[13, 14, 15, 16]}。基于MRI客观诊断分型，从临床诊疗视角系统探究不同程度KSI相关因素的研究相对较少。

       青少年KSI是内源性因素与外源性因素交互作用的结果^[17]。内源性因素包括个体的解剖结构特征、既往损伤史、生长发育水平等^{[18, 19, 20]}；外源性因素则涵盖运动类型、强度与频率，运动习惯，以及训练环境等^{[21, 22]}。明确这些因素与不同程度KSI之间的关联，有助于构建科学高效的损伤预防体系。

       因此，本研究通过回顾性分析青少年的膝关节MRI影像资料与临床、运动行为学信息，系统探讨不同程度损伤的相关因素，旨在从临床影像与个体行为相结合的层面，为高风险青少年群体制定预防策略提供依据，降低青少年严重KSI的发生率。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       回顾性分析2022年6月至2024年6月因运动损伤到我院就诊的432例青少年患者临床及影像学资料。纳入标准：（1）年龄12~18岁；（2）诊疗记录详细完整者；（3）MRI图像质量满足诊断要求。排除标准：（1）既往存在膝关节肿瘤性病变者；（2）存在其他非体育运动相关的膝关节疾病者；（3）双侧膝关节均因运动损伤就诊者（为规避同一患者双膝数据的非独立性，此类患者予以排除）。通过电子病历系统、门诊系统等途径查询所有研究对象的临床信息及MRI检查资料。记录研究对象的性别、年龄、身体质量指数（body mass index, BMI）、受伤季节、症状、运动类型以及运动习惯等信息。本研究遵循《赫尔辛基宣言》，经郑州大学附属郑州市中心医院伦理委员会审议批准，免除受试者知情同意，伦理批准文号：202363-2。

1.2 MRI检查及图像质量控制

       所有研究对象的MRI检查均使用3.0 T超导MRI扫描仪（GE SIGNA，美国，16通道体线圈；Siemens SKYRA，德国，15通道体线圈）完成。扫描时取仰卧位，膝关节自然伸直放置于膝关节线圈中，并用沙袋固定以减少运动伪影。扫描参数详见表1。为保证不同设备间图像质量的一致性，本研究统一了主要扫描序列及核心几何参数，图像采集后由高年资诊断医师在PACS系统中采用固定窗宽窗位进行盲法判读，以减少因设备差异带来的主观偏差。对于存在明显运动伪影或信噪比不达标的图像已予排除。

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表1  扫描参数
Tab. 1  Scanning parameters

1.3 研究对象MRI图像的判读和损伤分级

       由2位具有10年以上经验从事骨肌影像诊断的放射诊断医师，在不了解患者临床诊断和患者手术结果条件下独立完成诊断。对患者的影像诊断意见不一致时，由第3位具有高级职称的医师评估后做出最终诊断。根据MRI影像特征，参照Stoller半月板MRI分级标准^[23]及国际软骨修复协会（ICRS）软骨损伤分级标准^[24]，将研究对象分为正常、低级别损伤和高级别损伤3组（图1，图2）：（1）正常组。因运动相关膝关节症状（如疼痛、肿胀、活动受限）就诊，但MRI未见明确结构性损伤，即关节软骨厚度均匀、半月板形态信号正常、韧带连续性完整。（2）低级别损伤组。软骨Ⅰ~Ⅱ级损伤、半月板Ⅰ~Ⅱ级损伤、韧带部分纤维断裂、骨挫伤。（3）高级别损伤组。软骨Ⅲ~Ⅳ级损伤、半月板Ⅲ~Ⅳ级损伤、韧带完全断裂、合并骨折（至少符合1项）。若同一患者同时存在低级别和高级别损伤诊断，则归为高级别损伤。

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图1  男，15岁，低级别损伤。1A：左膝关节轴位PDWI-FS序列示髌骨向外侧移位（白箭），髌内侧支持韧带损伤，其走行区见高信号（黑箭）；1B：左膝关节矢状位PDWI-FS序列示股骨内侧髁骨挫伤（箭）。
图2  男，16岁，高级别损伤。2A：右膝关节轴位PDWI-FS序列示髌骨向前外侧移位，髌骨撕脱骨折（白箭），股骨滑车凹浅平；2B：右膝关节冠状位PDWI-FS序列示前交叉韧带损伤，其走行区见高信号（白箭），股骨外侧髁骨髓水肿（黑箭）。
Fig. 1  Male, 15 years old, low-grade injury. 1A: Axial PDWI-FS of the left knee joint shows lateral patellar displacement (white arrow), injury of the medial patellofemoral ligament with hyperintensity along its course (black arrow). 1B: Sagittal PDWI-FS of the left knee joint shows bone contusion of the medial femoral condyle (arrow).
Fig. 2  Male, 16 years old, high-grade injury. 2A: Axial PDWI-FS of the right knee joint shows anterolateral patellar displacement, avulsion fracture of the patella (white arrow), and shallow trochlear groove. 2B: Coronal PDWI-FS of the right knee joint shows anterior cruciate ligament injury with hyperintensity along its course (white arrow), and bone marrow edema of the lateral femoral condyle (black arrow).

1.4 统计学分析

       采用SPSS 27.0软件进行分析。采用Kappa（分类变量）或加权Kappa（分级变量）评估对两位阅片医师的MRI判读结果进行一致性分析。采用Shapiro-Wilk检验对计量资料进行正态性检验，符合正态分布且方差齐时以均数±标准差（x¯±s）表示，组间比较采用单因素方差分析（ANOVA）；不符合正态分布或方差不齐则以中位数（上下四分位数）[M（P25，P75）]表示，组间比较采用Kruskall-Wallis H检验。计数资料用频数（百分比）[例（%）]表示，组间比较采用χ²检验。以KSI严重程度为因变量进行多项logistic回归（Enter法）分析，探讨青少年KSI发生的相关因素。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 观察者间图像评估的一致性分析

       在完成全部432例病例的判读后，于两位医师的结论中采用随机数表法随机抽取50例评估判读一致性。半月板损伤分级加权Kappa=0.732，软骨损伤分级加权Kappa=0.768，盘状半月板诊断Kappa=0.812，滑车发育不良诊断Kappa=0.786，韧带损伤诊断Kappa=0.745，均为良好一致性水平。

2.2 研究对象的一般资料和医院就诊资料比较

       432例患者的年龄为12~18岁，中位年龄15.0岁，其中男254例，女178例。3组的一般资料组间比较（年龄、BMI、性别、检查部位、受伤季节、运动类型），差异无统计学意义（P>0.05）。比较医院就诊资料（患者院内分布、损伤方式、症状、手术）发现，高级别损伤的住院、手术比例及临床症状比例高于低级别损伤和正常组（表2）。

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表2  三组研究对象的一般资料和医院就诊资料比较
Tab. 2  Comparison of general data and hospital admission data among the three groups of subjects

2.3 青少年KSI相关因素的单因素分析

       对3组青少年KSI患者的相关情况进行比较分析发现：在运动习惯方面，均呈现正常组>低级别损伤>高级别损伤的趋势（P<0.05）。在发育不良方面，低级别与高级别损伤二者相似，且均显著高于正常组（P<0.05）。在其他因素方面，有损伤史的比例呈现出正常组<低级别损伤<高级别损伤的趋势（P<0.05）（表3）。

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表3  不同程度KSI发生相关因素的单因素分析
Tab. 3  Univariate analysis of associated factors for different degrees of KSI

2.4 青少年KSI相关因素的多项logistic回归分析

       将单因素分析中有统计学意义的指标为自变量，正常、低级别损伤、高级别损伤3个分组为因变量进行膝关节运动损伤的多项分析。平行线检验P<0.05，不满足有序logistic回归的比例优势假设，故采用多项logistic回归分析。其中年龄和BMI是KSI的生物学混杂因子，根据国际统计规范^[25]，此类变量无论单因素是否显著，均需纳入多项模型校正。

       针对低级别和高级别损伤的两组logistic回归分析数据，均以正常组作为参考类别。回归分析结果显示：运动中佩戴护具、穿适宜的运动鞋以及运动服和运动前热身是青少年膝关节运动中的保护因素（P<0.05），盘状半月板和有损伤史是青少年膝关节运动中的危险因素（P<0.05），而滑车发育不良者更倾向于发生低级别的损伤（P<0.05）（表4）。同时进行共线性诊断“制定科学的训练计划”VIF=2.87、容忍度0.348，“运动后拉伸”VIF=2.65、容忍度0.377，“运动前热身”VIF=3.12、容忍度0.321；Pearson相关性分析显示训练计划与热身r=0.53、拉伸与热身r=0.49（均P<0.01），上述指标提示部分变量间存在中等程度相关性。

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表4  不同程度KSI发生相关因素的多项logistic回归分析
Tab. 4  Multinomial logistic regression analysis of associated factors for different degrees of KSI

3 讨论

       本研究回顾性分析青少年膝关节运动损伤人群的临床及MRI影像资料，按损伤程度分为正常、低级别损伤与高级别损伤三组，并分析其相关因素。结果显示佩戴护具、穿着适宜鞋服和运动前热身是保护因素；盘状半月板和既往损伤史是危险因素；滑车发育不良仅与低级别损伤相关。本研究首次基于MRI分级，结合临床与运动行为学资料，系统探讨了不同程度青少年膝关节运动损伤的相关因素。上述发现为青少年运动损伤的风险分层和个体化防护提供了影像学依据，有助于在运动实践中加强针对性干预，从而降低青少年膝关节严重损伤的发生风险。

3.1 膝关节运动损伤不同程度的相关因素解析

       本研究发现青少年KSI后果与损伤程度相关。轻度损伤对运动能力影响多为暂时性，规范处理则预后良好；重度损伤则会引发骨关节炎、关节畸形风险，带来显著的经济与社会负担。本研究结果中，高级别损伤的住院、手术比例及临床症状比例高于低级别损伤和正常组，表明症状越重、损伤程度越严重，越需要住院治疗。住院治疗不仅可对严重的KSI（如韧带断裂、半月板复杂撕裂或骨折）进行必要的手术治疗，集中进行高频次康复评估和影像学随访也有助于提高疗效^[26]，但既往研究表明，重度损伤的治疗成本显著高于轻度损伤^[27]。因此，对存在膝关节早期症状的青少年运动群体，应注意相关因素的动态监测，早期干预，及时调整运动强度与频率，必要时暂停运动计划，降低进展为高级别损伤的风险。

       不同严重程度KSI的多项分析结果提示运动中防护措施的重要性。护具、运动鞋及服装可以形成多层防护，将关节负荷控制在生理耐受范围内，同时提升运动效率与安全性。因此，青少年应结合运动类型和个人特征科学选择装备，以实现损伤预防与运动效果的平衡。另外，运动前进行规范热身与降低KSI程度存在一定相关性，充分的热身准备能够使肌肉深部的血液循环增加，激活神经肌肉控制^[28]，增加关节活动度与滑液分泌，对突发暴力性动作起到缓冲作用。

       本研究发现盘状半月板可引起低级别与高级别损伤风险增加，而滑车发育不良者更倾向于发生低级别的损伤。这种分层关联可能源于解剖异常的差异作用机制：盘状半月板呈圆盘状，失去楔形填充作用，导致关节面直接接触，缓冲能力下降，直接改变膝关节的生物力学负荷分布^[29]；滑车发育不良则主要影响髌股关节轨迹^[30]，造成局部软骨慢性磨损，但膝关节整体负荷分布仍相对均衡，其具体原因尚需进一步探索。值得注意的是，盘状半月板同时增加低级别与高级别损伤风险，可能与其独特的生物力学特性及血供特点有关。盘状半月板在解剖上表现为肥厚增大的盘状结构，中央区域血供匮乏，营养供应不足，易发生基质退变、胶原纤维排列紊乱等微观结构改变^[31]，这种退变性改变使得盘状半月板在无明显外伤史的情况下即可发生水平裂等低级别损伤。文献报道，盘状半月板最常见的撕裂模式为水平裂，部分患者可在此基础上发展为复杂撕裂^[32]。这是因为随着退变的进展，盘状半月板的机械性能进一步下降，在膝关节遭遇急停、变向、旋转等急性创伤时，异常应力可迅速导致完全性撕裂（如桶柄样撕裂、翻转等），即高级别损伤。因此，盘状半月板的退变性改变是低级别损伤的基础，而急性创伤则是其从低级别进展为高级别损伤的关键触发因素。未来研究可进一步探讨盘状半月板的不同形态与撕裂类型的关联，以深化其损伤机制的理解。

       在本研究中，损伤史被认为是高级别损伤的危险因素。膝关节受过损伤后的青少年易存在“运动恐惧心理”，表现为刻意减少患肢发力或动作僵硬^{[33, 34]}。有研究发现膝关节韧带损伤后，二次损伤风险显著升高^[35]。因此建议具有膝关节发育异常或既往损伤史的青少年在骨骼成熟前定期进行膝关节功能评估，以降低KSI风险。低级别损伤多由长期重复性应力引发，高级别损伤则常由急停变向、暴力撞击等导致，后者具有突发性与不可控性^[36]。本研究基于MRI诊断，对青少年KSI进行了分级分组的相关因素分析。与传统损伤与非损伤的二分类方法相比，本研究的分析更为全面和细致地揭示青少年KSI与相关因素间的关系。

3.2 制定科学的训练计划与运动后拉伸在多项分析中失去显著性的原因分析

       本研究发现，单因素分析中“制定科学的训练计划”和“运动后拉伸”显著，但在多项分析中不显著。经分析，这主要归因于变量间存在共线性，“科学的训练计划”与“运动前热身、运动后拉伸”等行为高度相关，单因素分析中其表现显著，当多项模型同时纳入这些变量时，“热身”更强的保护效应掩盖了其作用，导致其独立效应不再显著。同时，样本量有限也导致多项模型统计效能降低，部分弱效应未能显现。未来研究可针对训练计划的具体执行细节（如强度、频率、个性化程度）进行更精细的量化分析。

3.3 本研究的局限性及展望

       然而，本研究仍存在一些局限性。首先，本研究的“金标准”为放射科医师的MRI诊断结果，而非手术病理结果，这可能在一定程度上限制了诊断准确性的验证。其次，本研究作为单中心研究，样本量相对有限，这可能导致部分连续变量（如BMI）的统计效能不足。尽管我们在多项模型中校正了年龄、BMI等混杂因素，但仍不排除存在Ⅱ类错误的风险。未来研究需扩大样本量，开展多中心分析，以验证BMI在KSI风险分层中的独立作用。此外，本研究为回顾性观察设计，无法确定因果关系，所得结论均为关联性发现，同时运动习惯（如运动前热身、佩戴护具等）信息来源于患者自述，属于回顾性收集，可能存在回忆偏倚（患者对过往行为记忆不准确）和社会期望偏倚（倾向于报告“良好习惯”）。未来需通过前瞻性队列研究进一步验证。

4 结论

       综上所述，本研究通过MRI影像学检查结合临床信息对青少年KSI进行损伤程度分级，分析了青少年膝关节运动损伤的相关因素：佩戴护具、适宜运动鞋和充分热身是保护因素；盘状半月板、损伤史是危险因素；滑车发育不良则与低级别损伤相关。这些发现有助于在运动实践中加强针对性防护与健康教育，从而降低青少年膝关节严重损伤的发生风险。