實(shí)時(shí)剪切波彈性成像在骨骼肌系統(tǒng)中的應(yīng)用

王艷春 肖滬生 徐 芳 銀浩強(qiáng) 高東雯 任亞娟

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實(shí)時(shí)剪切波彈性成像在骨骼肌系統(tǒng)中的應(yīng)用

王艷春 肖滬生 徐 芳 銀浩強(qiáng) 高東雯 任亞娟

【關(guān)鍵詞】肌肉骨骼系統(tǒng)；超聲檢查；彈性成像技術(shù)；綜述

實(shí)時(shí)剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是評(píng)估軟組織彈性的一項(xiàng)新興超聲成像技術(shù)，是通過(guò)發(fā)射聲輻射對(duì)組織施加激勵(lì)，在組織內(nèi)產(chǎn)生遠(yuǎn)低于聲速的剪切波［1］，并采用超高速成像技術(shù)獲得剪切波的高時(shí)間分辨率圖像，根據(jù)楊氏模量與剪切波關(guān)系E=3ρc2（E：楊氏模量，c：剪切波傳播速度，ρ：組織密度）自動(dòng)計(jì)算出楊氏模量值。通過(guò)定量分析系統(tǒng)可以直接得到感興趣區(qū)域的楊氏模量值［2］。SWE目前主要應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟、脾臟、前列腺、唾液腺、生殖泌尿系統(tǒng)及淋巴結(jié)等的研究［3］，也有應(yīng)用于血管及頸動(dòng)脈的定量研究［4-6］。隨著SWE在臨床的廣泛應(yīng)用，其同樣適用于骨骼肌系統(tǒng)。本文對(duì)SWE的形成及目前在骨骼肌系統(tǒng)的研究做一綜述。

1　彈性技術(shù)的發(fā)展與實(shí)時(shí)剪切波技術(shù)的形成

目前超聲彈性成像技術(shù)較多，Taylor等［7］于2000年將超聲彈性成像技術(shù)分為壓迫性彈性成像、間歇性彈性成像和震動(dòng)性彈性成像。1991年，Ophir等［8］最早提出的超聲彈性成像屬于壓迫性彈性成像，在操作者對(duì)組織多次加壓-減壓過(guò)程中，比較感興趣區(qū)內(nèi)組織與周?chē)＝M織之間產(chǎn)生的彈性差異。1998年，F(xiàn)atemi等［9］提出超聲激發(fā)震動(dòng)聲譜成像，利用聲學(xué)射頻壓力誘發(fā)局部?jī)?nèi)部震動(dòng)，并追蹤組織運(yùn)動(dòng)軌跡，后被稱(chēng)為震動(dòng)性彈性成像。1999年，Catheline等［10］提出間歇性彈性成像，應(yīng)用低頻率間歇震動(dòng)造成組織位移，用組織反射回來(lái)的超聲波探測(cè)組織的位置，得到感興趣區(qū)域組織不同彈性系數(shù)組織的相對(duì)硬度圖。2002年，Nightingale等［11］提出聲脈沖輻射力成像，通過(guò)探頭對(duì)組織發(fā)射脈沖，使組織產(chǎn)生縱向壓縮，橫向震動(dòng)（低頻剪切波），從而獲得橫向低頻剪切波信號(hào)，直接獲得剪切波速度并間接反映該區(qū)域組織彈性。2008年，西門(mén)子公司推出的ACUSON S2000所包含的“虛擬觸診”功能即應(yīng)用該原理［12］。近年法國(guó)Aixplorer型ShearWave?實(shí)時(shí)SWE超聲診斷儀的產(chǎn)生，在自動(dòng)產(chǎn)生并分析實(shí)時(shí)剪切波的基礎(chǔ)上，通過(guò)定量分析系統(tǒng)獲得作為重要的生物力學(xué)參數(shù)的楊氏模量值，從而實(shí)現(xiàn)超聲彈性成像的全定量，推動(dòng)了SWE在臨床的廣泛研究。

2　SWE在骨骼肌系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 SWE在肌腱中的應(yīng)用 超聲技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于骨骼肌系統(tǒng)的研究并得到了廣泛認(rèn)可，SWE在肌腱測(cè)量方面也具有一定的可行性。Aubry等［13］報(bào)道，SWE能有效地用于測(cè)量正常人體跟腱，而且跟腱的楊氏模量值隨足背屈曲角度的增加而增加。張立寧等［14］利用SWE評(píng)價(jià)足底筋膜炎，發(fā)現(xiàn)足底筋膜的硬度隨年齡增加而減小，足底筋膜炎的硬度較正常筋膜小，可能是因?yàn)樾律茉龆嗨拢c既往研究［15-16］結(jié)果一致。Chen等［17］對(duì)36例正常人及14例跟腱斷裂患者跟腱彈性模量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)盡管正常跟腱硬度可能由于大于機(jī)器可測(cè)量范圍而導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)小于實(shí)際值，但因?yàn)閿嗔迅鞆椥阅Ａ恐得黠@降低，且新鮮血腫部分表現(xiàn)彈性模量值為0，提示SWE對(duì)跟腱斷裂的損傷及恢復(fù)過(guò)程具有較大的臨床應(yīng)用前景。

2.2 SWE在肌肉組織的應(yīng)用

2.2.1 SWE在肌肉組織的基礎(chǔ)研究 楊氏模量值與多種因素有關(guān)。Nordez等［18］通過(guò)應(yīng)用SWE對(duì)肱二頭肌肌腹等長(zhǎng)收縮過(guò)程中肌肉楊氏模量變化分析發(fā)現(xiàn)，楊氏模量值與肌電活動(dòng)有密切的線(xiàn)性關(guān)系。肖滬生等［2］也進(jìn)一步證實(shí)了肌肉收縮過(guò)程中楊氏模量值變化曲線(xiàn)與在分子生理學(xué)水平的研究有一定的相似性，并證實(shí)SWE具有足夠的靈敏度能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)肌肉收縮過(guò)程中的楊氏模量值。比較兩塊肌肉組織在靜止和緊張狀態(tài)下各自及相互間的楊氏模量的分布特征顯示，組織高回聲區(qū)在靜止?fàn)顟B(tài)下楊氏模量值較大，收縮過(guò)程中該區(qū)域楊氏模量值變化更大［19］，與既往研究［20-21］證實(shí)肌肉組織收縮過(guò)程中硬度增加一致，即楊氏模量值增大。Koo等［22］通過(guò)對(duì)離體火雞腓腸肌與脛外側(cè)肌被動(dòng)張力實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用實(shí)時(shí)剪切波技術(shù)獲得的楊氏模量值與被動(dòng)肌張力也存在線(xiàn)性關(guān)系；Eby等［23］應(yīng)用一種能夠拉長(zhǎng)肌肉的設(shè)備，結(jié)合SWE，測(cè)量從豬離體骨骼肌的楊氏模量值與應(yīng)用傳統(tǒng)材料檢測(cè)所得到的楊氏模量值高度相關(guān)。因此，楊氏模量值與肌肉活動(dòng)性、組成、結(jié)構(gòu)［19］、年齡及性別［18,24］均有較大的相關(guān)性。基于SWE于肌肉組織應(yīng)用的可行性，徐芳等［25］首次將該技術(shù)應(yīng)用于分析針刺“得氣”與楊氏模量值變化的關(guān)系。任亞娟等［26］通過(guò)比較針刺前與針刺后及電刺激后肌肉組織楊氏模量值，發(fā)現(xiàn)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。上述結(jié)論進(jìn)一步說(shuō)明該技術(shù)可以應(yīng)用于針刺“得氣”的更深層次研究（圖1）。通過(guò)近年對(duì)SWE的可行性研究，初步奠定了該技術(shù)應(yīng)用于肌肉組織的基礎(chǔ)，也為實(shí)驗(yàn)針灸學(xué)展開(kāi)了新思路。

2.2.2 SWE評(píng)價(jià)肌肉病變的臨床應(yīng)用 Koo等［27］通過(guò)應(yīng)用SWE成功得到脛骨前肌的彈性-曲度關(guān)系參數(shù)，能夠更好地量化被動(dòng)肌張力，并為進(jìn)一步研究診斷價(jià)值提供可靠數(shù)據(jù)，為即將在頸部、背部、腰部等其他肌肉組織的進(jìn)一步診斷提供了良好的指導(dǎo)方向。Lacourpaille等［28］采用實(shí)時(shí)SWE評(píng)估假肥大性營(yíng)養(yǎng)不良患者在放松狀態(tài)下肌肉硬度較正常人的變化特點(diǎn)，結(jié)果顯示除小指屈肌組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，腓腸肌內(nèi)側(cè)肌、脛骨前肌、股外側(cè)肌、肱二頭肌、肱三頭肌在順肌纖維方向測(cè)量彈性模量值比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究表明，實(shí)時(shí)彈性成像可作為評(píng)估患者的一種新方法。SWE也被應(yīng)用于評(píng)估帕金森病患者上肢肌張力［29］，并用于測(cè)量女性恥骨直腸肌楊氏模量值［30］，有望為婦科提供新的理論指導(dǎo)。2.3 SWE應(yīng)用于肌肉組織的優(yōu)勢(shì) 以往應(yīng)用二維超聲已經(jīng)獲得豐富的形態(tài)學(xué)參數(shù)，如肌肉厚度、橫截面積、肌纖維長(zhǎng)度、羽狀角等［31］，并在一定程度上應(yīng)用超聲技術(shù)來(lái)評(píng)估神經(jīng)肌肉、肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)病變，指導(dǎo)康復(fù)治療，并有學(xué)者通過(guò)監(jiān)測(cè)肌肉組織的厚度等形態(tài)學(xué)參數(shù)對(duì)重癥監(jiān)護(hù)室內(nèi)因制動(dòng)引起的肌肉無(wú)力患者進(jìn)行評(píng)估［32］。但二維超聲不能提供骨骼肌系統(tǒng)的機(jī)械力學(xué)特性，肌肉組織的各向異性也增加了二維超聲應(yīng)用的局限性［33］，而超聲彈性成像可以克服這種缺陷，隨著超聲彈性成像的飛速發(fā)展與不斷完善， SWE克服了二維超聲的不足，而且與其他彈性成像技術(shù)相比，不需要手動(dòng)壓縮過(guò)程，減小了操作者測(cè)量過(guò)程的誤差，具有良好的重復(fù)性，并能直接獲得代表肌肉組織生物學(xué)特性的楊氏模量值，不再局限于只能與周?chē)M織進(jìn)行彈性比較，更適用于肌肉組織系統(tǒng)的定量評(píng)價(jià)。

圖1 應(yīng)用Aixplorer型ShearWave?實(shí)時(shí)SWE超聲診斷儀對(duì)正常人陽(yáng)陵泉穴（小腿外側(cè)，當(dāng)腓骨小頭前下方凹陷處）下肌肉組織楊氏模量的測(cè)量圖像，探頭方向與肌纖維排列方向夾角為0°。A、B分別為針刺前及針刺后楊氏模量值測(cè)量

3　臨床應(yīng)用展望

肌肉組織彈性正常、異常參考值對(duì)肌肉組織病變與否有重要意義。近期有學(xué)者通過(guò)研究試圖確立生理及病理狀態(tài)下彈性值的范圍［34-35］，但目前尚缺乏肌肉組織楊氏模量正常、異常值參考范圍的相關(guān)報(bào)道，將成為今后的研究方向。目前，應(yīng)用SWE進(jìn)行肌肉相關(guān)疾病的研究較少，但該技術(shù)的優(yōu)越性將在肌肉損傷診斷、監(jiān)測(cè)疾病的發(fā)展以及評(píng)估疾病所處階段、預(yù)后，評(píng)價(jià)外科、康復(fù)理療療效等方面發(fā)揮更大的作用；在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方面也將會(huì)有深遠(yuǎn)的影響［36］。

4　SWE應(yīng)用于肌肉組織的局限性

盡管SWE具有非常好的穩(wěn)定性［37］，但其受操作技術(shù)的影響，Kot等［38］研究發(fā)現(xiàn)，髕韌帶的彈性模量與感興趣區(qū)大小無(wú)關(guān)，而與施加壓力大小有關(guān)，壓力較大會(huì)影響彈性模量的準(zhǔn)確性。因此，進(jìn)行SWE時(shí)應(yīng)該施加較小的壓力，同時(shí)也應(yīng)注意探頭角度問(wèn)題［39-40］，Miyamoto等［41］比較探頭與肌束方向夾角及探頭與皮膚夾角對(duì)測(cè)量楊氏模量值的影響，發(fā)現(xiàn)探頭與肌束夾角＜20°時(shí)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，探頭與皮膚表面夾角不影響測(cè)量值，在一定程度上證明了SWE測(cè)量肌肉組織楊氏模量的可靠性和可行性。

綜上所述，目前SWE應(yīng)用于肌肉組織系統(tǒng)的研究較少缺少統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)器的調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)等。同時(shí)由于肌肉組織較深，與其他組織有一定的重疊，加上肌肉組織本身復(fù)雜的特性和操作者本身的主觀性，選擇觀察部位及體位不同，為研究帶來(lái)一定的困難。因此，SWE用于肌肉組織系統(tǒng)還需進(jìn)一步研究其方法學(xué)，并增加其他方法的橫向?qū)Ρ妊芯俊?/p>

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【中圖分類(lèi)號(hào)】R445.1

【作者單位】上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院 上海 200030

【通訊作者】肖滬生 E-mail： xhsx@sina.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.03.024

【收稿日期】2015-08-23 【修回日期】2015-10-14 （本文編輯 張春輝）