體育科研教學中肌肉影像測量技術(shù)比較①

孫明運（安慶師范學院體育學院　安徽安慶　246133）

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體育科研教學中肌肉影像測量技術(shù)比較①

孫明運
（安慶師范學院體育學院安徽安慶246133）

摘 要：采用比較分析法等，對肌肉形態(tài)非侵入性量化方法比較，認為肌肉形態(tài)測量方法互補，為體育科研、教學提供多種需求。 CT廉價，應用廣，但具有使人體被輻射風險;超聲波儀亦便宜，應用便捷，但精度較差、耗時較長; MRI可避免輻射，對軟組織分辨和空間定位具有較高的敏感度，可連續(xù)的進行三維掃描身體任何部位、器官，目前仍被認為是肌肉影像學中一個“金標準”，但價格昂貴。近幾年出現(xiàn)的三維超聲、全景超聲、實時超聲等新技術(shù)，使得超聲技術(shù)有望進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：肌肉形態(tài)CT超聲波生物電阻抗儀MRI

在人體運動中，準確測量肌肉形態(tài)對于肌肉力學機制研究非常重要，如單大卯等應用肌肉形態(tài)確定肌肉起止[1]、肌肉長度、拉力作用線和肌力臂等關(guān)鍵因素，為建立生物力學模型，定量評定肌肉功能提供了理論指導。

肌肉影像測量技術(shù)較為精確的方法主要有CT（X-ray computed tomography）、超聲波（ultrasounds）、生物電阻抗儀（bioelectrical impedance）、MRI（Magnetic Resonance imaging）[2]等 。那么，這幾種方法目前發(fā)展如何？在體育中應用如何？本文將就這些問題進行綜述，以期為肌肉影像測量技術(shù)在體育中應用提供幫助。

1　CT技術(shù)的應用發(fā)展及特性

1.1CT技術(shù)的應用發(fā)展

40多年來，CT技術(shù)不斷發(fā)展，1985年開發(fā)滑環(huán)CT、1989年開發(fā)螺旋CT、1991年開發(fā)亞毫米掃描和雙螺旋CT、1993年開發(fā)實時掃描技術(shù)、1995年開發(fā)的亞秒技術(shù)、1998年的半秒掃描和多層面C T掃描的應用，使掃描、成像速度明顯提高，CT應用擴展到更廣泛的領(lǐng)域。隨著多層螺旋CT快速發(fā)展，使得空間分辨率和密度分辨率得到了極大的提升，CTA（CT angiography）技術(shù)得到了極大的開發(fā)，在急診檢查和診斷出血性疾病方面，臨床價值日益受到重視[3]；使用西門子公司128層多排螺旋CT掃描囊性腎癌的螺旋CT表現(xiàn)相對有特征性，對臨床診斷及術(shù)前準備有一定價值[4]；256層iCT掃描范圍加大，時間和空間分辨率顯著提高，為周圍血管性疾病診斷和術(shù)前、術(shù)后評估提供了新的檢查方法[5]。

CT技術(shù)在脂肪、骨骼肌肉、韌帶、心肌等影像學診斷方面亦有廣泛應用。采用16層螺旋CT，黏液性脂肪肉瘤的CT平掃多為囊樣低密度影像[6]；通過孔徑64cm開放式掃描機建立的女性盆底肌的三維模型，準確地獲得盆底結(jié)構(gòu)正常生理定量數(shù)據(jù)[7]；128層螺旋CT在左心室功能評價方面準確可靠，與MRI之間對比差異無統(tǒng)計學意義，將在臨床應用中發(fā)揮重要的作用[8]。

但傳統(tǒng)CT對骨骼尤其骨髓及軟組織病變的診斷價值有限。雙源CT（dual-source CT）在心肌缺血的診斷等方面的應用日益廣泛，并顯示一定的臨床價值。新一代DSCT在時間分辨率、空間分辨率、信噪比及輻射劑量控制方面獲得了很大提升，加之掃描速度快，禁忌證相對較少，區(qū)分骨髓病變、肌腱韌帶病變方面具有較強的優(yōu)勢[9]。

在體育、工業(yè)、航天等領(lǐng)域，鄭秀瑗等[10]早在20世紀80年代初就應用CT測量中國人體的慣性參數(shù)，之后建立了中國《成年人人體質(zhì)心》國家標準數(shù)據(jù)庫，為運動人體科學建立中國乃至亞洲人體模型提供了重要參考，為教學科研提供了理論指導。

CT掃描存在不足，除了精度外，主要是所有CT檢查對人體有一定的輻射。

1.2CT技術(shù)的前景

過去十年的發(fā)展，如今的CCT（Cardiac computed tomography，）技術(shù)在時間分辨率、空間分辨率、輻射劑量的減少方面取得很大進步，64-320排CT掃描機，可在三維視圖0.5mm分辨率下掃描整個心臟1-5個心跳時長，掃描冠狀動脈圖像僅僅需要1-3mSV（毫西弗特）（millisievert，mSv）輻射量，相比較冠狀血管造影法輻射劑量5-10 mSv大大減少[11]。

2　超聲技術(shù)應用發(fā)展及特性

2.1超聲技術(shù)應用發(fā)展

隨著超聲技術(shù)的成熟，許多研究者利用超聲來評估神經(jīng)、肌腱、肌肉、韌帶和關(guān)節(jié)病變并指導康復治療[12]。如通過超聲探測，發(fā)現(xiàn)肌肉結(jié)構(gòu)在聲像圖上顯示為低回聲，纖維膜、筋膜和肌腱顯示為強回聲[13]。

Quantitative Ultrasound 作為一種新的測量手段，已經(jīng)逐漸被應用于腰背肌肉功能評估中[14]。定量超聲在肌肉評估中的應用主要可以分為三類：肌肉的功能性研究，人體運動分析，肌肉的硬度（彈性）測量[15]。

2.2超聲技術(shù)優(yōu)缺點

超聲與其他骨骼肌評估方法相比亦有著很多的優(yōu)勢。首先超聲是一種安全、非侵入性的、便捷、較廉價的測量肌肉形態(tài)學參數(shù)的手段。且可在肌肉靜態(tài)和動態(tài)的條件下與其他測力設(shè)備一起使用，并得出良好的肌肉組織圖像。易被患者接受。超聲可測量表層、深層肌肉。超聲儀器具有輕小、功耗低等優(yōu)點，這是MRI、CT不可比擬的，其已成功地應用于空間站，是空間站唯一的醫(yī)學影像設(shè)備，在保障航天員健康和人體生物醫(yī)學研究方面發(fā)揮了重要的作用[16]。ultrasounds技術(shù)也是目前對心肌動態(tài)影像應用最廣的方法[11]。

超聲也有局限性，如超聲受超聲探頭方向、操作者、關(guān)節(jié)角度微動等因素影響。

3　生物電阻抗儀在人體中的應用進展

電阻抗斷層圖像技術(shù)（ electrical impedance tomography ，EIT）不使用核素或射線，對人體無害，可以多次測量，重復使用，還可以進行三維圖象重建[17]。這種成像方法與CT、核磁共振等的形態(tài)學成像明顯區(qū)別是EIT是功能性成像[18]。

生物電阻抗技術(shù)在醫(yī)學中已有較廣泛的應用，如阻抗血流圖、人體阻抗成像、人體成分測量[19]等。也應用于腹部橫斷面結(jié)構(gòu)重建[20]等方面。

生物電阻抗技術(shù)的優(yōu)勢在于無創(chuàng)傷性檢測，甚至還能在不妨礙正常運動的情況下檢測。當然其技術(shù)也存在局限性，EIT的分辨力還有待提高[21]，重建成像的精度還很難滿足肌肉等軟組織的形態(tài)學測量。

4　MRI測量技術(shù)在人體中的應用

4.1MRI測量的發(fā)展

對人體而言，磁共振在臨床上已大量應用，技術(shù)性能0.5T，1T，1.5T，3T逐漸提高，成像精度越來越高。閆東等[22]對不同患者根據(jù)病變部位不同選取相應線圈，認為MRI是肌肉損傷最佳的影像學檢查方法。核磁共振有很高的軟組織分辨率，可清楚地分辨肌肉、肌腱、筋膜 、脂肪等軟組織。其可用于肛管內(nèi)或陰道內(nèi)MRI成像[23]；用東芝Flexart0.5T超導型MRI設(shè)備對進行性肌營養(yǎng)不良癥測試[24]等。

功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI），是在進行神經(jīng)心理測試的同時，對腦組織進行功能顯像，記錄腦動電流圖或腦磁圖[25]。fMRI標志著臨床磁共振診斷從單一形態(tài)學研究，到形態(tài)與功能相結(jié)合的系統(tǒng)研究。

在運動人體科學研究中，鄭秀瑗等[10]亦較早應用MRI進行人體慣性參數(shù)的測量；最近幾年，國內(nèi)體育研究中也逐漸應用高場強MRI探測肌肉形態(tài)，如陳金鰲等[26]應用MRI測定人體大腿肌肉量，認為該方法更為精確；劉宇等[27]應用3 Tesla Siemens MRI對人體第四腰椎掃描，可清晰觀察到不同肌肉及肌肉和其它組織之間邊界。

4.2MRI技術(shù)優(yōu)缺點

磁共振具有許多優(yōu)點，如對人體沒有電離輻射；可清晰顯示軟組織結(jié)構(gòu)；可多序列成像，呈現(xiàn)多種圖像類型，為研究者提供更豐富的影像信息。由于MRI技術(shù)較高的精度和可重復性，被認為是心肌影像的金標準[11]。

MRI也存在不足之處。它的空間分辨率不及CT；帶有心臟起搏器的患者或有某些金屬異物的部位不能作MRI的檢查；耗時較長；價格較昂貴等。

5　MRI、ultrasounds、CT、EIT成像技術(shù)比較

在以上所述活體肌肉形態(tài)學非侵入性的測量方法中，除了功能性成像E I T技術(shù)外，臨床上應用最多的還主要是M R I、ultrasounds、CT技術(shù)。

對于結(jié)構(gòu)特征方面MRI具有最高信度和圖像的可重復性。然而，由于MRI費用高昂、方法復雜、耗時較長、幽閉恐怖、禁忌癥等原因，在臨床上還沒有普及。CCT技術(shù)被認為是ultrasounds技術(shù)和MRI技術(shù)的中和，和MRI相比，其測量方法簡單、快捷、圖片易讀；與ultrasounds技術(shù)相比，其圖像質(zhì)量更高。CCT技術(shù)具有較高的時間分辨率，也即具有較高的采樣頻率；較高空間分辨率；特別是測試時間較短，顯而易見，未來CCT技術(shù)將在心肌檢查中扮演主要角色。但要注意，CCT技術(shù)也只是最近才被發(fā)展起來的，還不是當前的標準方法，在分辨率的提高、輻射劑量的減少方面，還有很多研究需要深入[11]。

MRI技術(shù)被認為是心肌影像的金標準，其靜態(tài)影像效果較好；而ultrasounds技術(shù)是目前對心肌動態(tài)影像應用最廣的方法；過去十年的發(fā)展，CT技術(shù)在時間分辨率、空間分辨率、輻射劑量的減少方面取得很大進步，但在精度上還需要進一步提高[11]。對于一些老年人，他們對輻射不太在意，加上檢查的多種需求，如MRI禁忌癥，價格等方面考慮，CT治療還是相當普遍的。

對于人體骨骼肌影像學的檢查，MRI技術(shù)仍是一個金標準，如腰腹肌橫斷面掃描，劉宇等[27]應用3 Tesla Siemens MRI對人體第四腰椎掃描，可以看到不同肌肉及肌肉和其它組織之間清晰的邊界，MRI技術(shù)對于肌肉橫斷面積及體積計算提供了較為精準的影像學依據(jù)。

目前，在各類綜合院校圖書館幾乎均藏有人體組織結(jié)構(gòu)影像學書籍，形象、直觀，幫助學生方便、快速學習有關(guān)人體解剖學知識；教學中借助影像學圖片制作的幻燈片，可從三維角度觀察人體任何部位、任何組織結(jié)構(gòu)，對于教師的教學也起到很大的幫助。

6　總結(jié)與展望

總之，CT具有使人體被輻射風險；超聲波儀雖便宜，但精度較差，且耗時較長；而MRI可以避免輻射，消除邊界影響，對軟組織分辨和空間定位具有較高的敏感度，可以進行連續(xù)的掃描身體任何部位，目前仍被認為是肌肉影像學中一個“金標準”。體育科研、教學中，非侵入性肌肉測量幾種方法是相互補充的。

超聲技術(shù)有望進一步發(fā)展，三維超聲、全景超聲、實時超聲等新技術(shù)在近幾年出現(xiàn)。可以預想，超聲成像技術(shù)精度會越來越高，其圖像清晰度接近MRI，在肌肉等軟組織的檢查中將發(fā)揮更加廣泛的作用。而CT技術(shù)也在進步，甚至在心肌檢查方面，CCT被認為是超聲和MRI的中和。

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Comparison of Muscle Image Measurement Techniques in Sports

SUN Ming-yun

（1.Institute of Physical Education，Anqing Normal University， AnQing， 246133， China）

Abstract：Comparative analysis method for non-invasive method to quantify muscle morphology comparison， it shows that muscle morphometry methods complement each other and providing a variety of needs for sports research and teaching.CT is cheap and wide application， it has the body exposed to particle radiation risks; Ultrasonic instrument is also cheap and with good results for muscle dynamic image， but has poor accuracy and time consuming; Although the high cost and time-consuming of MRI technology， but it is still considered to be a “gold standard”.New technology is expected to make further development， such as real-time ultrasound.

Keywords：Muscle，X-ray computed tomography，ultrasounds，bioelectrical impedance，Magnetic Resonance imaging

作者簡介：孫明運（1972-），男，陜西藍田人，講師，博士，研究方向：運動生物力學，E-mail：smy0072008@126.com；作者單位：安慶師范學院體育學院，安慶246133；Institute of Physical Education，AnQing Normal University， AnQing，China，246133 China

基金項目：①安慶師范學院科研啟動資金（K05000130036）資助。

中圖分類號：G80-05

文獻標識碼：A

文章編號：2095-2813(2015)03(c)-0000-00