超聲彈性成像在肌肉骨骼系統(tǒng)中的應(yīng)用

杜 丹綜述，鄭元義審校（1.重慶醫(yī)科大學(xué)超聲影像學(xué)研究所400010；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院超聲科400010）

超聲彈性成像（UE）是超聲成像的一種補(bǔ)充，能提供常規(guī)超聲無(wú)法提供的組織彈性信息，其與疾病的生物學(xué)特性緊密相關(guān)。UE在許多領(lǐng)域里顯示出其優(yōu)越性，在肌肉骨骼領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。本文將對(duì)UE的基本原理及其在肌肉骨骼系統(tǒng)中的應(yīng)用予以綜述。

1 UE技術(shù)的原理及分類(lèi)

UE的基本原理是通過(guò)不同方式刺激組織產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)[1-2]，例如對(duì)位移、應(yīng)變、速度等的分布產(chǎn)生一定改變，將激勵(lì)前后組織反射的回波信號(hào)進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)化為彩色編碼圖像，并定性或定量地描述組織彈性。根據(jù)誘導(dǎo)組織響應(yīng)和觀測(cè)組織彈性的方式不同，UE的常用技術(shù)主要有以下幾類(lèi)。

1.1 壓迫性彈性成像（RTE） RTE又稱(chēng)靜態(tài)壓力型彈性成像（SE），是目前最常用的UE技術(shù)[1-3]。它通過(guò)操作者手動(dòng)施加壓力，比較施力前后組織的位移（應(yīng)變），并給出彈性模量分布的定性圖（彈性圖）。該彈性圖為彩色編碼，常疊加在灰階B超圖像上。通過(guò)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域和參照組織的彈性比，可得到組織的相對(duì)應(yīng)變率。RTE有許多潛在的缺點(diǎn)，如施加在組織上壓力的可變性。因此，必須進(jìn)行足夠的壓縮/解壓循環(huán)以獲得彈性評(píng)估。RTE還受到“蛋殼效應(yīng)”的影響，目標(biāo)區(qū)域邊界較硬的物質(zhì)不能變形，限制了內(nèi)部應(yīng)變的確定。

1.2 剪切波彈性成像（SWE） SWE通過(guò)由換能器產(chǎn)生的聚焦超聲脈沖對(duì)組織施加振動(dòng)，在組織內(nèi)產(chǎn)生垂直于聲脈沖的剪切波[1-2]。SWE比應(yīng)變UE的重現(xiàn)性更高，但它主要的局限性在于深度衰減，因此不能評(píng)估非常深的組織。同時(shí)，為了產(chǎn)生剪切波，需要足夠的組織深度，難以評(píng)估非常淺的結(jié)構(gòu)，這可以通過(guò)在部分患者身上使用凝膠墊來(lái)補(bǔ)償。由于流體中不產(chǎn)生剪切波，因此SWE不能分析囊性結(jié)構(gòu)。

1.3 聲脈沖輻射力彈性成像（ARFI） ARFI是由超聲探頭對(duì)感興趣區(qū)域（ROI）組織產(chǎn)生短時(shí)間、高強(qiáng)度的聚焦聲輻射力脈沖，推動(dòng)組織局部產(chǎn)生應(yīng)力，組織發(fā)生縱向應(yīng)變，同時(shí)產(chǎn)生橫向傳導(dǎo)的剪切波，使用儀器分別采集這2種信息進(jìn)行成像，即為聲輻射力成像技術(shù)和聲輻射力定量技術(shù)[3-4]。前者的彈性圖類(lèi)似于SE的形式，但較徒手按壓的SE更客觀；后者測(cè)得的剪切波速度（SWV）與組織硬度呈正相關(guān)，一般SWV越大，組織越硬。但ARFI觀測(cè)的ROI范圍和量程較小，并且產(chǎn)生脈沖需較大功率，產(chǎn)熱過(guò)多。

1.4 瞬態(tài)彈性成像（TE） TE由一個(gè)單一的低頻激發(fā)脈沖產(chǎn)生剪切波[1]，不能提供B超圖像，且僅通過(guò)A超來(lái)測(cè)量剪切波速度和楊氏模量。這種類(lèi)型的UE常用于肝臟檢查，目前在肌肉骨骼系統(tǒng)中尚無(wú)研究。

2 UE的具體應(yīng)用

在臨床實(shí)踐中，肌肉骨骼系統(tǒng)疾病往往通過(guò)觸診評(píng)估，但這僅為主觀方式。UE可以觀察軟組織結(jié)構(gòu)的彈性圖像，并定量評(píng)估肌肉骨骼組織退化、損傷和愈合相關(guān)的機(jī)械性能信息。

2.1 肌腱 檢查正常跟腱，發(fā)現(xiàn)肌腱的近端比中間和遠(yuǎn)端更堅(jiān)硬。不同性別、年齡的跟腱比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。此外，觀察者之間測(cè)量的重復(fù)性與測(cè)量時(shí)姿勢(shì)和部位有關(guān)[5]。CHEN等[6]使用SWE發(fā)現(xiàn)撕裂的跟腱平均剪切模量值低于正常跟腱。UE也常用于評(píng)估其他肌腱。AHN等[7]通過(guò)RTE檢查發(fā)現(xiàn)，肱骨外側(cè)髁炎患者伸肌總腱肌腱的平均應(yīng)變率明顯低于無(wú)癥狀肌腱。WU等[8]定量分析跖筋膜的UE表現(xiàn)，將紅色像素強(qiáng)度的減少視為組織變軟。結(jié)果顯示，健康志愿者足的紅色像素強(qiáng)度（146.9±9.1）明顯高于單側(cè)足底筋膜炎的癥狀足（127.1±7.4）和雙側(cè)足底筋膜炎（129.4±7.5）。肌腱、筋膜的病變往往是由于機(jī)械過(guò)載引起肌腱或筋膜微小撕裂，從而導(dǎo)致了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞（如纖維變性，黏液樣物質(zhì)增加），使得硬度減低，并且損傷后微血管的缺乏可加劇肌腱或筋膜的脆弱。以上病變的研究結(jié)果與病理學(xué)改變一致。

除了獲得肌腱病變的診斷以外，UE還可以評(píng)估疾病的嚴(yán)重程度和治療效果。KOCYIGIT等[9]在研究中發(fā)現(xiàn)，肱骨外側(cè)髁炎患者伸肌總腱內(nèi)側(cè)部分的應(yīng)變比、癥狀持續(xù)時(shí)間與夜間疼痛顯著相關(guān)，但與其他臨床參數(shù)之間沒(méi)有顯著關(guān)系。在臨床實(shí)踐中，夜間疼痛被認(rèn)為是疾病較嚴(yán)重的表現(xiàn)，癥狀持續(xù)時(shí)間也與病情明顯相關(guān)。KIM等[10]對(duì)注射膠原蛋白的足底筋膜炎患者隨訪觀察發(fā)現(xiàn)，75%的患足視覺(jué)模擬評(píng)分（VAS評(píng)分）顯著改善。足底筋膜的平均應(yīng)變比從（0.71±0.24）顯著增加至（1.66±0.72）。而二維超聲表現(xiàn)治療前后無(wú)明顯變化。

2.2 肌肉 肌肉收縮引導(dǎo)身體運(yùn)動(dòng)，硬度是反映肌肉活動(dòng)和功能狀態(tài)的重要指標(biāo)。SWE已經(jīng)被用于評(píng)估正常肌肉。溫朝陽(yáng)等[11]使用SWE發(fā)現(xiàn)，肱二頭肌緊張狀態(tài)下的楊氏模量值（123.658±31.392）大于松弛狀態(tài)（45.658±13.479）。AKAGI等[12]也通過(guò) SWE 測(cè)得肱三頭肌的阻力運(yùn)動(dòng)前后所有區(qū)域的硬度均顯著增加，且不同區(qū)域的硬度不同。有研究發(fā)現(xiàn)，男性和女性肱二頭肌硬度差異明顯[13]；GAO等[14]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，縱切掃查時(shí)男女之間差異顯著，橫切面掃查時(shí)而男女之間均差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。性別的差異可能與肌肉纖維水平有關(guān)。而縱橫切面的差異可能是由于肌肉的各向異性有關(guān)。故使用UE來(lái)評(píng)估骨骼肌肉時(shí)，確保評(píng)估之前的肌肉收縮或放松狀態(tài)很有必要，否則會(huì)影響研究的重復(fù)性。肌肉也受到各向異性的影響，所以當(dāng)評(píng)估不同的肌肉時(shí)，探針的方向必須保持在同一個(gè)平面上，縱橫切面檢查相結(jié)合或許能為疾病的診斷提供更多的診斷信息。

UE也常用于肌肉疾病的評(píng)估。YASAR等[15]研究發(fā)現(xiàn)，中風(fēng)患者痙攣肌肉的彈性指數(shù)和應(yīng)變比均顯著高于健康對(duì)照組。杜麗娟等[16]研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者雙側(cè)肱二頭肌、肱橈肌、股直肌及小腿三頭肌長(zhǎng)軸楊氏模量均高于健康人；患者組癥狀明顯側(cè)的肱二頭肌長(zhǎng)軸楊氏模量高于癥狀較輕側(cè)；雙側(cè)其余肌肉長(zhǎng)軸楊氏模量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），這可能與帕金森病患者肌張力異常具有選擇性有關(guān)。LEE等[17]使用RTE檢查發(fā)現(xiàn)，先天性肌肉斜頸的嬰兒其肌肉彈性評(píng)分明顯高于對(duì)照組。先天性肌肉斜頸的病因仍不確定，但組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)其肌肉萎縮和纖維化，故可引起肌肉硬度增加。2.3 神經(jīng)腕管綜合征（CTS） CTS是最常見(jiàn)的神經(jīng)受壓病變。ORMAN等[18]通過(guò)RTE檢查發(fā)現(xiàn)，CTS患者正中神經(jīng)的應(yīng)變比低于對(duì)照組。這也與SWE研究相關(guān)[19-23]。2.4 皮膚及軟組織 有關(guān)皮膚UE的資料較少。XIANG等[24]首次通過(guò)SWE測(cè)量了皮膚橫向和縱向切面的彈性模量值，結(jié)果顯示，手指和前臂對(duì)稱(chēng)部分皮膚的彈性模量值比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。除了中指、前臂、前胸和腹部的橫縱切面彈性模量值之比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。觀察組間和觀察組內(nèi)重復(fù)性較好，表明UE可用于評(píng)估健康的皮膚彈性，但UE在皮膚方面研究較少，尚需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)其可靠性。2.5 肌肉骨骼軟組織腫瘤 在肌肉骨骼軟組織腫瘤中，UE已被用于前瞻性評(píng)估病變的良惡性。RTE顯示惡性病變組一般比良性組更硬[22]，但某些患者病理診斷與彈性不一致，可能是由于病理發(fā)生變化，如鈣化和纖維化增加了軟組織腫瘤的硬度，而出血、壞死和囊變減少了惡性腫瘤的硬度。PARK等[23]的研究中也發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤比表皮樣腫瘤或其他良性軟組織腫瘤顯示更高的彈性評(píng)分，但表皮樣腫瘤與其他良性腫瘤的彈性評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。這可能與軟組織腫瘤來(lái)源、特征的多樣性有關(guān)。因此，僅根據(jù)軟組織UE表現(xiàn)不能明確腫瘤類(lèi)型，須結(jié)合灰階超聲來(lái)鑒別診斷[24]。2.6 關(guān)節(jié)組織 關(guān)節(jié)組織UE受骨骼干擾較大，但在關(guān)節(jié)周?chē)M織的檢查中仍有較大的應(yīng)用價(jià)值，TANG等[25]通過(guò)SWE測(cè)值發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）患者關(guān)節(jié)病變組織的彈性模量值均顯著高于非GA者。而高回聲、稍高回聲GA亞組的彈性模量值顯著高于低回聲GA亞組和非GA組。尿酸鹽沉積物是痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的病變基礎(chǔ)，高回聲GA亞組較低回聲GA亞組中關(guān)節(jié)腔內(nèi)尿酸鹽晶狀體沉積更多，甚至存在某些正在成型的小痛風(fēng)石，而非GA組關(guān)節(jié)腔內(nèi)沒(méi)有尿酸鹽沉積。GA彈性的改變可能與尿酸鹽晶狀體沉積密切相關(guān)。腱鞘巨細(xì)胞瘤是關(guān)節(jié)周?chē)そM織增生所致，郭穩(wěn)等[26]采用RTE發(fā)現(xiàn)B超對(duì)腱鞘巨細(xì)胞瘤診斷的準(zhǔn)確度為74.5%，B超與UE聯(lián)合可將準(zhǔn)確度提升至92.2%。此外，向醒等[27]將核磁共振成像（MRI）檢出且有滑膜增生和關(guān)節(jié)積液的患者予以彈性分級(jí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)積液的彈性分級(jí)低于滑膜，證實(shí)UE可有助于鑒別膝關(guān)節(jié)積液與增生滑膜。

3 小結(jié)與展望

UE是繼彩色多普勒超聲以后超聲領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，它與其他評(píng)估組織彈性的技術(shù)（例如磁共振彈性）比較，具有成本低、檢查時(shí)間短、臨床實(shí)用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前研究認(rèn)為UE仍然存在技術(shù)問(wèn)題，如存在圖像偽像或觀察者依賴(lài)因素限制了UE的重復(fù)性[28]。鑒于上述爭(zhēng)議，有研究嘗試評(píng)估其可靠性[29]，但尚需更多的大樣本、多中心研究進(jìn)一步證實(shí)。此外，建議運(yùn)營(yíng)商規(guī)范條件參數(shù)，醫(yī)生們總結(jié)UE適應(yīng)證，例如應(yīng)著重關(guān)注哪些在常規(guī)超聲中不易發(fā)現(xiàn)而UE有改變的疾病。雖然UE在肌肉骨骼系統(tǒng)應(yīng)用存在一定的局限性，但隨著UE設(shè)備的不斷改進(jìn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，相信UE未來(lái)將在臨床工作中發(fā)揮更加重要的作用。