基于三维人工智能的计算断层扫描技术对内翻和外翻膝骨关节炎患者下肢肌肉体积及脂肪变性的分析：一项单中心回顾性研究

《BMC Musculoskeletal Disorders》：Three-dimensional artificial intelligence-based computed tomography analysis of lower limb muscle volume and fatty degeneration in varus and valgus knee osteoarthritis: a single-center retrospective study

　　

摘要

背景

尽管膝关节骨关节炎的患病率很高，但导致不同畸形模式的解剖学因素仍不清楚。本研究旨在利用基于人工智能（AI）的计算机断层扫描（CT）分割技术，比较内翻型和外翻型膝关节骨关节炎（OA）患者的下肢肌肉的三维（3D）结构，评估整个肌肉的体积、脂肪变性和形态差异，以制定有针对性的预防、治疗和康复策略。

方法

这项回顾性研究纳入了75名因晚期膝关节OA接受全膝关节置换术前进行CT检查的患者。患者被分为外翻组（股胫角[FTA] ≤ 176°）和内翻组（FTA > 176°）。使用经过验证的基于贝叶斯U-Net的AI分割模型重建3D肌肉结构，并量化肌肉体积和Hounsfield单位（HU）值。分析了23个肌肉区域。对于股内侧肌（vastus medialis）和阔筋膜张肌（tensor fasciae latae, TFL），还使用Mimics软件进一步量化了肌肉内的脂肪体积以计算脂肪百分比。组间比较采用Mann–Whitney U检验，并对多重比较进行了假发现率校正。

结果

经过假发现率校正后，外翻组（n = 16）的股二头肌、TFL和浅层后侧肌肉区域的肌肉体积显著小于内翻组（n = 59）。外翻组的TFL HU值显著较低。股内侧肌在校正前的HU值也较低，但这种差异在假发现率校正后不再显著。基于Mimics的脂肪量化结果显示，股内侧肌的脂肪百分比没有显著差异，而TFL在外翻膝关节中的脂肪浸润明显增加。以FTA作为连续变量的相关性分析表明，更大的外翻角度与较低的TFL肌肉体积、较低的TFL HU值和更高的TFL脂肪浸润相关。

结论

基于AI辅助的CT三维分析揭示了OA患者内翻型和外翻型膝关节的肌肉形态和脂肪变性模式的不同。外翻型膝关节的后侧和外侧肌肉群出现特征性萎缩，TFL的脂肪浸润增加。这些与畸形相关的肌肉变化可能为个性化康复策略提供依据，并有助于阐明导致OA进展的因素。

试验注册

不适用。