聲輻射力脈沖成像技術(shù)檢測(cè)健康成人髕韌帶的可行性研究

王 玥 劉 俐 劉欣婷 江俊盛

聲輻射力脈沖成像技術(shù)檢測(cè)健康成人髕韌帶的可行性研究

王 玥 劉 俐 劉欣婷 江俊盛

目的 初步探討聲輻射力脈沖成像（ARFI）技術(shù)評(píng)價(jià)健康成人髕韌帶的可行性。方法 由兩名超聲醫(yī)師分別對(duì)44例健康成人的雙側(cè)髕韌帶行二維超聲和ARFI檢查，測(cè)量髕韌帶厚度和縱、橫切面近、中、遠(yuǎn)段的剪切波速度，每一醫(yī)師對(duì)同一受檢者測(cè)量?jī)纱巍＝Y(jié)果 正常成人髕韌帶厚度2.89～3.10 mm，平均（2.99±0.33）mm。ARFI技術(shù)獲得正常髕韌帶剪切波速度：同一髕韌帶縱、橫切面近、中、遠(yuǎn)段剪切波速度比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.104、4.392、7.846，均P=0.000），但縱、橫切面上同一髕韌帶近、中、遠(yuǎn)段的剪切波速度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1.252、1.790，P=0.290、0.171）。重復(fù)性檢測(cè)顯示ARFI測(cè)量具有較高的一致性，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.78～0.98。結(jié)論 ARFI技術(shù)能夠測(cè)量髕韌帶的剪切波速度，具有較好的一致性，可以快速、方便地評(píng)價(jià)髕韌帶彈性。

聲輻射力脈沖成像；髕韌帶；剪切波速度

髕韌帶是從事頻繁跳躍運(yùn)動(dòng)類型的運(yùn)動(dòng)員最易損傷的部位，關(guān)注髕韌帶的健康在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域日漸成為研究重點(diǎn)。在傳統(tǒng)超聲檢查中，髕韌帶低氧、脂肪變性等某些慢性病理改變所引起的微小病變與周圍健康組織的回聲相同，傳統(tǒng)超聲檢查難以區(qū)分這類病變［1］。但這些慢性病理改變可引起髕韌帶硬度的變化，因此尋找一種敏感的成像技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)量髕韌帶硬度的變化具有重要臨床意義。目前髕韌帶的主要影像學(xué)檢查手段有MRI和超聲檢查［2-3］，其在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、骨科及風(fēng)濕病學(xué)臨床上有著相當(dāng)重要的意義。聲輻射力脈沖成像（acoustic radiation force impulse，ARFI）技術(shù)通過測(cè)量剪切波速度定量評(píng)價(jià)組織的硬度［4］，剪切波速度可反映組織內(nèi)在的固有特性，具有可重復(fù)性。ARFI提供了常規(guī)超聲檢查無法測(cè)得的組織硬度的相關(guān)信息，是對(duì)傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)手段的必要補(bǔ)充。目前ARFI在評(píng)價(jià)腹部疾病特別是肝臟纖維化中已取得有臨床意義的結(jié)果［4-5］，但尚未見應(yīng)用于評(píng)價(jià)髕韌帶彈性方面的報(bào)道。本前瞻性研究旨在探討ARFI評(píng)價(jià)正常髕韌帶彈性的可行性。

資料與方法

一、研究對(duì)象

選取2011年4～7月我院納入的44例健康成人志愿者，男12例，女32例，年齡20～60歲，平均（39.9±12.6）歲；其中 20～30歲 12例，31～40歲 6例，41～50歲15例，51歲以上11例；所有志愿者均知情同意。納入標(biāo)準(zhǔn)：平時(shí)偶爾運(yùn)動(dòng)，無膝關(guān)節(jié)疼痛病史，無可影響髕韌帶彈性的系統(tǒng)性炎性病變，如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、脊椎關(guān)節(jié)病變及血脂膽固醇高等。

二、儀器與方法

使用西門子Acuson S 2000彩色多普勒超聲診斷儀，9L4線陣探頭，頻率4～9 MHz。采用直接法對(duì)稱掃查兩側(cè)髕韌帶，注意保持聲束與髕韌帶成直角，盡量避免對(duì)髕韌帶過度施壓，以減少人為偽像。檢查時(shí)患者取仰臥位，膝關(guān)節(jié)半屈，避免髕韌帶過分緊張或松弛。首先行二維超聲檢查，觀察髕韌帶起止點(diǎn)、邊緣及內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)回聲，觀察是否有局限性低回聲及鈣化斑，并于中段水平橫切面測(cè)量髕韌帶厚度（前后徑）。然后應(yīng)用ARFI技術(shù)進(jìn)行縱切面和橫切面掃查，分別測(cè)量髕韌帶的近、中、遠(yuǎn)段剪切波速度，將取樣框下緣置于髕韌帶下緣水平，使其高度超出髕韌帶的部分完全置于皮下軟組織中，以減少因取樣框高度大于髕韌帶厚度帶來的測(cè)量誤差。近段指髕韌帶髕骨附著處的1/3，遠(yuǎn)段指脛骨粗隆附著處的1/3，中段即前兩者之間的中間1/3。由兩位超聲醫(yī)師在2 h內(nèi)完成所有檢查，每一醫(yī)師對(duì)同一受檢者測(cè)量?jī)纱渭羟胁ㄋ俣取?/p>

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以x±s表示，行配對(duì)t檢驗(yàn)和單因素方差分析；同一醫(yī)師測(cè)量剪切波速度的一致性和不同醫(yī)師間的可重復(fù)性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)和組間相關(guān)系數(shù)表示，>0.75表示一致性和重復(fù)性良好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、超聲表現(xiàn)

二維超聲檢出正常髕韌帶84條（42例），正常成人髕韌帶厚度 2.89～3.10 mm，平均（2.99±0.33）mm。正常髕韌帶表現(xiàn)為縱切面邊界清楚，內(nèi)部回聲分布均勻，由平行的高回聲線構(gòu)成的束狀結(jié)構(gòu)，其外緣包裹著薄而致密的結(jié)締組織即腱膜，呈纖細(xì)、均勻的低回聲；橫切面髕韌帶呈扁圓形均質(zhì)點(diǎn)狀回聲，邊界清楚（圖1）。另4條（2例）髕韌帶內(nèi)分別出現(xiàn)局限性低回聲和強(qiáng)回聲斑。

二、ARFI檢查結(jié)果

4條病變髕韌帶未行ARFI檢查。ARFI檢查獲得正常髕韌帶剪切波速度（圖2，3）：縱切面近段（3.24±0.64）m/s，中段（3.45±0.72）m/s，遠(yuǎn)段（3.27±0.56）m/s；橫切面近段（2.85±0.78）m/s，中段（2.88±0.60）m/s，遠(yuǎn)段（2.64±0.42）m/s；同一髕韌帶縱、橫切面近、中、遠(yuǎn)段剪切波速度比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.104、4.392、7.846，均P=0.000），但縱、橫切面上同一髕韌帶近、中、遠(yuǎn)段的剪切波速度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1.252、1.790，P=0.290、0.171）。不同性別和年齡髕韌帶剪切波速度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表1，2。

三、重復(fù)性檢測(cè)

第1名醫(yī)師應(yīng)用ARFI分兩次測(cè)量了42例（84條）髕韌帶剪切波速度，第2名醫(yī)師應(yīng)用ARFI分兩次測(cè)量了42例中37例（74條）髕韌帶剪切波速度。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為 0.78～0.98；組間相關(guān)系數(shù)為 0.18～0.41，其中遠(yuǎn)段的組間相關(guān)系數(shù)最低，與近、中段比較差異均有統(tǒng)

圖1 正常髕韌帶的二維超聲圖像（P：髕骨；TT：脛骨粗?。?/p>

圖2 髕韌帶縱切面中段剪切波速度測(cè)量圖（P：髕骨；TT：脛骨粗?。?/p>

圖3 髕韌帶橫切面中段剪切波速度測(cè)量圖

表1 不同性別縱切面和橫切面近、中、遠(yuǎn)段剪切波速度比較（x±s） m/s

表2 不同年齡縱切面和橫切面近、中、遠(yuǎn)段剪切波速度比較（x±s） m/s

計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），上述組內(nèi)和組間相關(guān)系數(shù)在縱、橫切面上比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表3～5。

表3 縱切面和橫切面近段剪切波速度的重復(fù)性測(cè)量（x±s）m/s

表4 縱切面和橫切面中段剪切波速度的重復(fù)性測(cè)量（x±s）m/s

表5 縱切面和橫切面遠(yuǎn)段剪切波速度的重復(fù)性測(cè)量（x±s）m/s

討 論

髕韌帶自髕骨向下止于脛骨粗隆，對(duì)協(xié)助關(guān)節(jié)活動(dòng)和維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性均有重要作用。髕韌帶的急、慢性損傷在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和骨科臨床上非常常見［6］，臨床檢查在定位和定性上存在一定的難度［7］，髕韌帶的影像學(xué)檢查在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、骨科及風(fēng)濕病學(xué)臨床上均有相當(dāng)重要的意義。傳統(tǒng)超聲根據(jù)髕韌帶內(nèi)部回聲診斷其腫脹、斷裂等［8］，但不能判斷髕韌帶硬度的改變。生物組織的彈性對(duì)于疾病的診斷具有重要的參考價(jià)值［9］，ARFI是一種定量評(píng)價(jià)組織彈性（硬度）的技術(shù)，其原理是以聲脈沖輻射力技術(shù)為基礎(chǔ)產(chǎn)生剪切波，并以測(cè)量剪切波速度來分析的組織硬度，剪切波速度越快，組織越硬［10］。已有學(xué)者［11］將 ARFI應(yīng)用于跟腱彈性測(cè)量，證明ARFI是檢查跟腱彈性特征的有利的、無創(chuàng)的方法，但目前尚無應(yīng)用ARFI技術(shù)檢查髕韌帶的研究。

本研究應(yīng)用ARFI技術(shù)測(cè)量正常成人髕韌帶的剪切波速度，結(jié)果表明，近、中、遠(yuǎn)段髕韌帶的剪切波速度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此臨床應(yīng)用時(shí)，可用任一段的剪切波速度表達(dá)髕韌帶的彈性。本研究中，不同性別和年齡髕韌帶的剪切波速度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但生物學(xué)研究［12］表明，正常韌帶、腱性組織的粘彈性特征是有個(gè)體差異的，隨著年齡、性別及運(yùn)動(dòng)水平的不同而不同。本研究結(jié)果與上述研究不同，分析原因一方面可能由于樣本量不夠大，可能導(dǎo)致無法做出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；另一方面可能是ARFI技術(shù)本身無法分辨出較細(xì)微的彈性特征，在今后的研究中可加大樣本量來進(jìn)一步分析。

本研究中，髕韌帶中、遠(yuǎn)段縱切面的剪切波速度高于橫切面的剪切波速度，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P<0.05）。髕韌帶的彈性是影響髕韌帶對(duì)張力耐受的重要參數(shù)，在髕韌帶中心部分張力分布不一致，這種不一致性代表了正常髕韌帶內(nèi)部不同組織的不同力學(xué)特性。本研究認(rèn)為縱切面掃查時(shí)，探頭發(fā)射剪切脈沖波，在波束的發(fā)射方向即髕韌帶的前后徑方向壓縮組織，產(chǎn)生的橫向振動(dòng)在髕韌帶的上下徑方向，即纖維束的長(zhǎng)軸方向傳播；而橫切面掃查時(shí)，探頭發(fā)射剪切脈沖波，在波束的發(fā)射發(fā)向即髕韌帶的前后徑向壓縮組織，產(chǎn)生的橫向振動(dòng)在髕韌帶的左右徑方向，即纖維束的短軸方向傳播。髕韌帶的上下徑方向?yàn)閱我唤橘|(zhì)，即纖維束；而短軸方向?yàn)榉菃我唤橘|(zhì)，包含纖維束及髓膜。本研究認(rèn)為兩個(gè)切面的剪切波速度之所以不同，可能的原因是：①剪切波在髓膜中傳播的速度與在纖維束中的速度不同；②剪切波在纖維束的縱向與橫向上傳播速度不同，即纖維束的縱向彈性與橫向彈性不同。今后可進(jìn)一步研究纖維束的縱、橫向彈性，以及纖維束與髓膜的彈性不同。

在剪切波速度測(cè)量的一致性與重復(fù)性方面，同一醫(yī)師自身測(cè)量的一致性很高（組內(nèi)相關(guān)系數(shù)>0.75），不同醫(yī)師間近段、中段測(cè)量的重復(fù)性一般（組間相關(guān)系數(shù)為0.30～0.40），遠(yuǎn)段測(cè)量的重復(fù)性差（組間相關(guān)系數(shù)<0.20）。分析原因可能是遠(yuǎn)段髕韌帶后方大部分為骨性結(jié)構(gòu)即脛骨上端，使剪切波速度測(cè)量誤差較大。

由于使用ARFI測(cè)量剪切波速度時(shí)，取樣框的大小不能調(diào)節(jié)，當(dāng)髕韌帶厚度小于取樣框高度時(shí)，采用了將取樣框下緣放置在髕韌帶下緣水平，使取樣框高度超出髕韌帶的部分完全置于皮下軟組織中。正常成人皮下軟組織的彈性差異較小，因此這種方法最大程度地減少了因取樣框與髕韌帶厚度不匹配產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

綜上所述，ARFI能夠測(cè)量髕韌帶的剪切波速度，并具有較好的一致性，可以快速、方便地評(píng)價(jià)髕韌帶彈性，可作為傳統(tǒng)超聲的輔助工具，提高診斷準(zhǔn)確性。本研究推薦ARFI檢測(cè)髕韌帶彈性時(shí)采用縱切面掃查髕韌帶中段作為標(biāo)準(zhǔn)切面。

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Feasibility of evaluation on patellar ligaments in healthy adults by acoustic radiation force impulse imaging

WANG Yue，LIU Li，LIU Xinting，JIANG Junsheng
Department of Ultrasound，Peking University Shenzhen Hospital，Shenzhen 518036，China

Objective To investigate the feasibility of acoustic radiation force impulse（ARFI） in assessing patellar ligaments in healthy adults.Methods Bilateral patellar ligaments of 44 healthy volunteers were enrolled in and examined by two independent sonographers using two-dimensional ultrasound and ARFI.The upper，middle，and distal part of patellar ligaments were detected in both longitudinal and transverse section.The thickness of ligments and the shear wave velocity were measured and compared.Results The mean thickness of patellar ligaments in healthy volunteers was（2.99±0.33）mm（range 2.89～3.10 mm）.There were significant difference of shear wave velocity among the upper，middle，and the distal part of ligments detected in both longitudinal and transverse section（t=5.104，4.392，7.846，all P=0.000）.However，no significant difference of shear wave velocity for each part measured between two sections were found（F=1.252，1.790，P=0.290，0.171）.Repeatability testing showed that ARFI measurements were of high consistency and accuracy.The correlation coefficent was 0.78～0.98.Conclusion ARFI is able to detect shear wave velocity of patellar ligaments with good consistency，and it is potentially helpful to evaluate the elasticity of patellar ligaments.

Acoustic radiation force impulse；Patellar Ligament；Shear wave velocity

R684；R445.1

A

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（JCYJ2014041516233874）

518036 深圳市，北京大學(xué)深圳醫(yī)院超聲科

2017-02-18）