剪切波超聲彈性成像定量評(píng)估腓腸肌和比目魚肌硬度的初步研究

文 晶 WEN Jing

王月香 WANG Yuexiang

羅渝昆 LUO Yukun

張 穎 ZHANG Ying

楊 明 YANG Ming

剪切波超聲彈性成像定量評(píng)估腓腸肌和比目魚肌硬度的初步研究

文 晶 WEN Jing

王月香 WANG Yuexiang

羅渝昆 LUO Yukun

張 穎 ZHANG Ying

楊 明 YANG Ming

目的 探討超聲切面、患者體位等對(duì)肌肉楊氏模量和剪切波速度測(cè)值的影響，及楊氏模量與剪切波速度反映肌肉硬度的一致性。資料與方法 應(yīng)用剪切波超聲彈性成像技術(shù)對(duì)健康青年男女各10例進(jìn)行檢測(cè)，于踝關(guān)節(jié)自然位、最大跖屈位、最大背屈位下分別縱切和橫切檢測(cè)腓腸肌和比目魚肌的楊氏模量和剪切波速度。結(jié)果①腓腸肌和比目魚肌彈性測(cè)值比較：縱切下最大跖屈位楊氏模量、最大背屈位楊氏模量和剪切波速度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），腓腸肌測(cè)值高于比目魚肌測(cè)值；橫切下自然位和最大背屈位楊氏模量及剪切波速度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），比目魚肌測(cè)值高于腓腸肌測(cè)值。②腓腸肌或比目魚肌在踝關(guān)節(jié)各體位下縱切和橫切的彈性測(cè)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），且縱切測(cè)值高于橫切。③腓腸肌或比目魚肌不同踝關(guān)節(jié)體位彈性測(cè)值比較：縱切下自然位和最大跖屈位分別與最大背屈位差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），最大背屈位測(cè)值較高；橫切下僅比目魚肌自然位和最大跖屈位分別與最大背屈位彈性測(cè)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），最大背屈位測(cè)值較高。結(jié)論 腓腸肌、比目魚肌超聲彈性測(cè)值的大小與超聲縱切或橫切、踝關(guān)節(jié)體位有關(guān)，且兩肌肉間的彈性測(cè)值也存在一定差異，在應(yīng)用剪切波超聲彈性成像定量評(píng)估肌肉硬度時(shí)應(yīng)給予考慮。

肌，骨骼；超聲檢查；彈性成像技術(shù)

肌肉硬度的改變是某些神經(jīng)肌肉疾病重要的病理特征之一[1-2]。因此，定量檢測(cè)肌肉的硬度變化對(duì)評(píng)估肌肉功能狀態(tài)具有重要的臨床意義。剪切波超聲彈性成像（shear wave ultrasound elastography，SWUE）是新近發(fā)展的能定量評(píng)價(jià)組織硬度的新技術(shù)，目前已開(kāi)始應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟、前列腺、泌尿生殖系統(tǒng)及淋巴結(jié)等疾病的相關(guān)研究[3]。初步研究結(jié)果顯示其在良惡性腫瘤的鑒別上具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用SWUE檢測(cè)四肢肌肉硬度目前已有初步報(bào)道[4]。但由于四肢肌肉具有收縮性、各向異性等特點(diǎn)，因此其彈性測(cè)值可受到多種因素的影響。如何在臨床中正確應(yīng)用SWUE定量評(píng)估肌肉硬度仍需進(jìn)一步研究。

本研究擬應(yīng)用SWUE檢測(cè)正常受試者在不同超聲切面、不同體位下小腿腓腸肌和比目魚肌的彈性測(cè)值，并探討體重指數(shù)（body mass index，BMI）、感興趣區(qū)（ROI）肌肉厚度等因素對(duì)肌肉彈性測(cè)值的影響，為該技術(shù)在評(píng)估四肢肌肉的硬度方面提供有價(jià)值的參考。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2016年6－12月解放軍總醫(yī)院超聲診斷科門診的健康青年志愿者20例，男10例，年齡20～32歲，平均（28.0±4.4）歲；身高170～190 cm，平均（176.4±5.9）cm；體重60～100 kg，平均（77.4±11.1）kg。女10例，年齡24～27歲，平均（25.5±1.3）歲；身高158～172 cm，平均（165.6±4.8）cm；體重46～77 kg，平均（56.5±10.0）kg。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批注，所有志愿者均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)下肢畸形及外傷手術(shù)史；無(wú)肌纖維炎、重癥肌無(wú)力、進(jìn)行性肌營(yíng)養(yǎng)不良等各類肌肉病史；無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)類疾病史；無(wú)系統(tǒng)性、代謝性、內(nèi)分泌等疾病史，包括但不限于高血壓、糖尿病、痛風(fēng)、強(qiáng)直性脊柱炎、甲狀腺功能亢進(jìn)癥、甲狀腺功能低下等；無(wú)家族遺傳病史。

1.2 儀器與方法 SWUE檢測(cè)采用聲科影像公司（SuperSonic Imagine）的Aixplorer聲藍(lán)超聲系統(tǒng)，所有圖像采集和彈性成像檢測(cè)使用SuperlineTM10-2探頭，選擇常規(guī)模式。

所有志愿者均采取俯臥位，在踝部自然位（圖1A）、最大跖屈位（圖1B）、最大背屈位（圖1C）3個(gè)體位下[5]，分別在縱切面和橫切面下對(duì)腓腸肌和比目魚肌內(nèi)側(cè)近中段進(jìn)行彈性檢測(cè)，測(cè)量時(shí)局部涂較厚耦合劑，注意勿加壓，室溫保持在平均（24.8±1.1）℃以減少溫度對(duì)肌肉組織彈性的影響[6]?？v切面測(cè)量時(shí)，應(yīng)使探頭平行于肌肉長(zhǎng)軸，切面內(nèi)可顯示肌纖維走行長(zhǎng)軸；橫切面測(cè)量時(shí)，應(yīng)使探頭垂直于肌肉的長(zhǎng)軸，切面內(nèi)可顯示肌間隔或肌纖維的短軸，呈線狀或點(diǎn)狀高回聲，并避免肌肉的各向異性偽像。首先顯示ROI灰階圖像，測(cè)量ROI縱切面下腓腸肌厚度，然后切換至SWUE模式待彈性圖像穩(wěn)定后凍結(jié)測(cè)值，彈性參數(shù)測(cè)量圈直徑為6 mm，其距離骨表面和較厚筋膜表面至少5 mm以上[7]，同時(shí)獲取肌肉的楊氏模量均值（kPa）和剪切波速度均值（m/s），同一部位測(cè)量3次取平均值，且每次獲取的彈性圖至少間隔3 s以上[8]。SWUE取樣測(cè)值見(jiàn)圖2、3。

圖1 SWUE檢測(cè)體位，黑色區(qū)域?yàn)樘筋^放置區(qū)域。A.自然位；B.最大跖屈位；C.最大背屈位

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以x±s表示，各體位腓腸肌和比目魚肌之間比較采用t檢驗(yàn)，用SNK法分別進(jìn)行腓腸肌和比目魚肌在不同體位下相應(yīng)SWUE測(cè)值兩兩比較；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以M±Q表示，各體位腓腸肌和比目魚肌之間測(cè)值以Mann-Whitney U檢驗(yàn)進(jìn)行比較分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。用Kruskal-Willis H檢驗(yàn)分別進(jìn)行腓腸肌和比目魚肌在不同體位下相應(yīng)SWUE測(cè)值兩兩比較，P＜0.01表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。腓腸肌或比目魚肌各彈性測(cè)值與BMI、各體位下縱切腓腸肌各彈性測(cè)值與相應(yīng)RIO肌肉厚度行線性相關(guān)分析。

圖3 橫切腓腸肌（圖中淺層肌肉）和比目魚?。▓D中深層肌肉），SWUE取樣和測(cè)值圖，左側(cè)上半部分圖像彩色區(qū)域?yàn)榧羟胁◤椥詧D像區(qū)域及測(cè)值區(qū)域，左側(cè)下半部分圖像為灰階圖像顯示同一區(qū)域；A.自然位；B.最大跖屈位；C.最大背屈位

2 結(jié)果

2.1 腓腸肌和比目魚肌彈性測(cè)值比較 各體位下縱切和橫切腓腸肌、比目魚肌楊氏模量測(cè)值和剪切波速度測(cè)值見(jiàn)表1?？v切下最大跖屈位楊氏模量、最大背屈位楊氏模量和剪切波速度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），腓腸肌測(cè)值高于比目魚肌測(cè)值；橫切下自然位和最大背屈位楊氏模量及剪切波速度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），比目魚肌測(cè)值高于腓腸肌測(cè)值。

表1 腓腸肌和比目魚肌各體位下縱切、橫切的楊氏模量測(cè)值及剪切波速度測(cè)值比較（x±s）

2.2 縱切與橫切彈性測(cè)值比較 同一踝關(guān)節(jié)體位下，比較同一肌肉縱切和橫切的楊氏模量測(cè)值及剪切波速度測(cè)值，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），且縱切楊氏模量和剪切波速度測(cè)值均高于橫切測(cè)值，見(jiàn)表2。

表2 腓腸肌、比目魚肌各體位下楊氏模量及剪切波速度縱切測(cè)值和橫切測(cè)值比較（x±s）

2.3 踝關(guān)節(jié)不同體位同一肌肉彈性測(cè)值的比較 在3個(gè)不同踝關(guān)節(jié)體位間腓腸肌和比目魚肌各自彈性測(cè)值比較，見(jiàn)表3～4?？v切下自然位和最大跖屈位分別與最大背屈位差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），最大背屈位測(cè)值較高（表3）；橫切下僅比目魚肌自然位和最大跖屈位分別與最大背屈位彈性測(cè)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），最大背屈位測(cè)值較高（表4）。

2.4 BMI及肌肉厚度與彈性測(cè)值的線性相關(guān)分析 各踝關(guān)節(jié)體位下，腓腸肌或比目魚肌各彈性測(cè)值與BMI均未見(jiàn)線性相關(guān)（P＞0.05）。各體位下縱切腓腸肌，楊氏模量或剪切波速度各測(cè)值與相應(yīng)ROI厚度未見(jiàn)線性相關(guān)（P＞0.05）。

表3 腓腸肌、比目魚肌不同體位間楊氏模量及剪切波速度縱切測(cè)值比較（x±s）

表4 腓腸肌、比目魚肌不同體位間楊氏模量及剪切波速度橫切測(cè)值比較（x±s）

3 討論

本研究中，以健康青年為研究對(duì)象，避免了年齡增長(zhǎng)及疾病因素對(duì)肌肉狀態(tài)及硬度的影響所致彈性測(cè)值干擾。SWUE能實(shí)時(shí)獲得肌肉定量彈性測(cè)值，對(duì)肌肉硬度進(jìn)行直接客觀量化顯示。盡管本研究中腓腸肌和比目魚肌肌纖維方向與探頭有一定的夾角；但Miyamoto等[9]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彈性測(cè)值。本研究比較了腓腸肌和比目魚肌在同一體位下和同一切面下楊氏模量及剪切波速度測(cè)值的差異，結(jié)果顯示縱切時(shí)，最大背屈位楊氏模量和剪切波速度測(cè)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），自然位楊氏模量和剪切波速度測(cè)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；橫切時(shí)，自然位和最大背屈位的楊氏模量及剪切波速度測(cè)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而在最大跖屈位楊氏模量和剪切波速度差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。各塊肌肉平時(shí)功能狀態(tài)不同及肌肉在相同體位下所受牽拉后被動(dòng)收縮程度不同，以及各肌肉內(nèi)筋膜和血管分布差異[10]。上述因素可能是造成不同肌肉彈性測(cè)值差異的主要原因。另外，最大跖屈位縱切時(shí)僅楊氏模量測(cè)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而剪切波速度測(cè)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），提示在應(yīng)用SWUE評(píng)估不同肌肉間硬度差異時(shí)，楊氏模量與剪切波速度測(cè)值可存在少部分不一致，而以往的研究以楊氏模量或剪切波速度1個(gè)指標(biāo)量化評(píng)估肌肉硬度均顯示出較好的可行性和可信度[5,8,11-16]，提示楊氏模量和剪切波速度對(duì)肌肉硬度評(píng)價(jià)均有參考意義。因此，在應(yīng)用SWUE進(jìn)行肌肉硬度量化評(píng)估時(shí)，應(yīng)考慮到不同肌肉彈性測(cè)值的差異，盡可能對(duì)相同肌肉的相同部位進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)參考楊氏模量和剪切波速度2個(gè)量化指標(biāo)，以利于前后對(duì)比或不同受試者之間的對(duì)比。

本研究中，同一踝關(guān)節(jié)體位下縱切和橫切腓腸肌或比目魚肌的楊氏模量和剪切波速度測(cè)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），且縱切測(cè)值均高于橫切測(cè)值。這可能是受肌肉纖維方向的影響，橫切時(shí)探頭方向因與肌纖維延伸方向垂直導(dǎo)致剪切波傳播衰減明顯[17]，而縱切時(shí)因超聲聲束沿肌纖維方向平行而剪切波傳播衰減不明顯[18]，因而橫切時(shí)SWUE測(cè)值較縱切明顯減小。Chino等[10]研究顯示，剪切波速度測(cè)值隨切面不同而變化，腓腸肌縱切時(shí)其剪切波速度測(cè)值較橫切測(cè)值高并存在差異，另外Cortez等[19]研究亦顯示應(yīng)用剪切波速度評(píng)估肌肉硬度縱切較橫切測(cè)值更好，這些與本研究中的不同切面剪切波速度測(cè)值的結(jié)果一致。因此，在應(yīng)用SWUE評(píng)估肌肉組織硬度時(shí)，應(yīng)使探頭平行于肌肉長(zhǎng)軸進(jìn)行彈性測(cè)值。

本研究還顯示，不同踝關(guān)節(jié)體位對(duì)腓腸肌和比目魚肌的彈性測(cè)值有較大影響?？v切時(shí)自然位和最大跖屈位分別與最大背屈位的彈性測(cè)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），且最大背屈位測(cè)值高于另外2個(gè)體位，而最大跖屈位和自然位之間彈性測(cè)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.01），這表明肌肉受牽拉后被動(dòng)收縮強(qiáng)度增大時(shí)肌肉變硬，而其彈性測(cè)值隨之增大，這與既往量化評(píng)估肌肉硬度的研究[12,20-21]相符。在最大背屈位時(shí)小腿后部肌肉受牽拉后被動(dòng)收縮增強(qiáng)而變硬，使得彈性測(cè)值較另外2個(gè)體位增加明顯[5,22-25]，而在自然位和跖屈位之間變換時(shí)腓腸肌和比目魚肌受牽拉及收縮狀態(tài)改變不明顯[21]。橫切時(shí)，腓腸肌楊氏模量和剪切波速度在3個(gè)體位間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.01），提示縱切面下檢測(cè)肌肉的剪切波彈性值比橫切面更能反映關(guān)節(jié)體位變化對(duì)肌肉硬度變化的影響。不同于腓腸肌，橫切時(shí)比目魚肌楊氏模量和剪切波速度測(cè)值體現(xiàn)出和縱切時(shí)測(cè)值同樣的差異趨勢(shì)，提示比目魚肌與腓腸肌可能存在結(jié)構(gòu)或功能的差異。

本研究探討了BMI、肌肉厚度與SWUE測(cè)值的線性相關(guān)性，結(jié)果顯示在踝關(guān)節(jié)各體位下，腓腸肌或比目魚肌楊氏模量和剪切波速度各測(cè)值與BMI、縱切腓腸肌楊氏模量和剪切波速度測(cè)值與相應(yīng)ROI肌肉厚度均未見(jiàn)線性相關(guān)（P＞0.05），提示應(yīng)用SWUE評(píng)估肌肉硬度時(shí)BMI和肌肉厚度對(duì)彈性測(cè)值量化評(píng)估無(wú)顯著影響。

本研究尚存在一定的局限性，如未設(shè)計(jì)重復(fù)性驗(yàn)證，但既往研究顯示SWUE量化評(píng)估肌肉硬度具有較好的可重復(fù)性[16,23,26]；未探討如測(cè)值部位深度等其他因素對(duì)彈性測(cè)值的影響，需待后續(xù)研究中進(jìn)一步探討。另外，踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈的角度并未測(cè)量，因此，受試者之間踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈角度的差異及其對(duì)肌肉彈性測(cè)值的影響無(wú)法得知。

總之，腓腸肌、比目魚肌超聲彈性測(cè)值的大小與超聲縱切或橫切、踝關(guān)節(jié)體位有關(guān)，且兩肌肉間的彈性測(cè)值也存在一定差異，在應(yīng)用SWUE定量評(píng)估肌肉硬度時(shí)應(yīng)給予考慮，同時(shí)參考楊氏模量和剪切波速度2個(gè)指標(biāo)評(píng)估肌肉的硬度。

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（本文編輯 周立波）

Preliminary Study on Quantitative Evaluation of Hardness of Gastrocnemius and Soleus Using Shear-wave Ultrasound Elastography

Purpose To explore the effect of ultrasonic section, patient position and other factors on Young's modulus and shear wave velocity measurement of the muscle, and to study the consistency between Young's modulus and shear wave velocity on reflection of muscle hardness. Materials and Methods Shear wave elastography was used to detect 10 healthy young men and 10 women. Longitudinal and transverse detection of the Young's modulus and shear wave velocity of gastrocnemius and soleus were performed in natural ankle joint position, maximum plantar flexion and maximum dorsiflexion position. Results①Comparison of the elasticity measurement between gastrocnemius and soleus. There were significant differences in the Young's modulus in the maximum plantar flexion and Young's modulus and shear wave velocity in maximum dorsiflexion position in longitudinal detection (P＜0.05) that gastrocnemius measurements were higher than soleus measurements. There were significant differences in Young's modulus and the shear wave velocity (P＜0.05) in natural position and maximum dorsiflexion position that soleus measurements were higher than gastrocnemius measurements.② In the positions of the ankle joints, the differences between longitudinal detection values and transverse detection values of gastrocnemius or soleus were statistically significant (P＜0.01) and longitudinal detection values were higher than transverse detection values.③ Comparison of the elasticity measurement of gastrocnemius and soleus muscle among different positions of the ankle joints. The measurement in natural position and in the maximum plantar flexion were evidently higher than that in the maximum dorsiflexion position (P＜0.01) in longitudinal detection. The maximum dorsiflexion position showed higher elasticity measurement. Only elasticity measurement in natural position and the maximum plantar flexion of the soleus was statistically different from that in the maximum dorsiflexion position (P＜0.01) that it was higher in the maximum dorsiflexion position. Conclusion The ultrasound elasticity measurements of gastrocnemius and soleus are related with the ultrasonic longitudinal or transverse section and the relative ankle positions. Moreover, there are some differences in elasticity measurements between these two muscles. should be given to all of these in quantitative evaluation of muscle hardness using shear wave ultrasound elastography.

Muscle, skeletal; Ultrasonography; Elasticity imaging techniques

R445.1；R337

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.07.015

解放軍總醫(yī)院超聲診斷科 北京 100853

王月香

Department of Ultrasound, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

Address Correspondence to: WANG Yuexiang E-mail: wangyuexiang1999@sina.com

2017-02-09

修回日期：2017-03-25

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2017年 第25卷 第7期：536-540，542

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (7): 536-540, 542