超聲彈性成像在肌肉硬度評估中的應(yīng)用進展

王麗蕓 邱 邐*

骨骼肌是一種動態(tài)變化的組織，各項身體活動的完成需要不同肌群收縮和舒張的配合。肌肉功能的評估對于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病的診斷、治療效果的判斷均具有重要意義。

1 肌肉功能評估的方法

傳統(tǒng)的臨床觸診和體格檢查可以大致了解病人肌肉的飽滿程度、肌張力情況以及肌力評級，常用的Lovett分級法和MRC量表即是在此基礎(chǔ)上對肌力進行半定量評估，但這種方法主觀性較強[1-2]。隨著背力計、握力計的出現(xiàn)，使得定量評估肌力成為趨勢。在20世紀60年代后期，美國Cybex公司制造出世界上第一臺等速肌力測試儀，近年來國內(nèi)許多醫(yī)院也引進了等速測試儀，其優(yōu)勢在于能測定肌肉運動并進行量化，但仍存在操作過程較復(fù)雜、病人活動障礙時無法測定等缺點[3]。肌電圖可以反映肌肉的電生理特性，但檢查范圍有限、結(jié)果易受干擾。以上這些檢查均很難對具體某塊肌肉進行精確地評估。

在肌肉影像檢查方面，CT對肌肉占位性病變有一定的診斷價值，但對肌肉本身的分辨力有限，在肌力評估中的應(yīng)用較少。MRI在肌骨系統(tǒng)疾病的診斷中應(yīng)用廣泛，MR彈性成像 （MR elastography,MRE）可以測量肌肉的硬度[4-5]，但僅能在平臥位進行檢查，耗時較長，無法對有幽閉恐懼癥以及金屬植入的病人檢查。

肌骨系統(tǒng)超聲發(fā)展迅速，高頻超聲在肌肉疾病中的診斷應(yīng)用已久，特別是在各種肌肉占位、炎性及萎縮性疾病中的應(yīng)用，具有可重復(fù)、實時、動態(tài)觀察，安全無創(chuàng)，不受病人體位限制等優(yōu)點[6-7]。高頻超聲可以分辨淺表組織的細微結(jié)構(gòu)和回聲改變，能夠?qū)∪膺M行精確定位，對肌肉的肌纖維長度、厚度、橫截面積、羽狀角等參數(shù)進行測量，還可實時、動態(tài)觀察肌肉在運動過程中的變化。研究發(fā)現(xiàn)，通過高頻超聲對肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)的測量，可以評估腦卒中、腦癱等病人的肌肉功能和肌痙攣的情況[6,8]。

2 超聲彈性成像原理

1998年，Sarvazyan等[9]提出了用聲輻射力進行剪切波彈性成像（shear waveelastography，SWE）的概念。隨后，多種超聲彈性成像技術(shù)被用于骨骼肌的檢查。目前常用的有3種技術(shù)：應(yīng)變彈性成像（strain elastography，SE）、聲輻射力脈沖成像（acoustic radiation forceimpulse，ARFI）和 SWE。在 SE 檢查時，操作者持超聲探頭手動壓迫病人身體表面使組織產(chǎn)生形變，質(zhì)軟的組織形變較大，因此應(yīng)變較大；而質(zhì)硬的組織則相反，與靜息狀態(tài)時的應(yīng)變比較可以得出應(yīng)變率。這種半定量的檢查方法最大的問題在于操作者每次施加的壓力很難保持一致[10]。不同于SE的手動壓迫，ARFI由超聲探頭發(fā)射聲束對組織施加壓力，因此會更為可靠[11]。SWE采用剪切波技術(shù)定量評估組織硬度，與SE和ARFI都不同的是，其結(jié)果分析時不需要知道最初施加的壓力。在SWE技術(shù)中，組織彈性值通過公式E=3ρC2計算，其中E為楊氏模量值或組織彈性值，ρ為組織密度，C為剪切波速度，可直接用楊氏模量值（單位為帕斯卡）來表示組織機械特性，但該公式應(yīng)用前提通常為組織為各向同性的、有彈性且局部為同質(zhì)的，如肝臟、甲狀腺或乳腺。因此，有研究者認為像肌肉這種橫斷面上具有明顯各向異性的組織，測量剪切波速度比楊氏模量值更為準確[12]。

彈性超聲在骨骼肌機械特性的評估中有很大的應(yīng)用前景，但與臨床評估和其他檢查方法的比較，在眾多測量參數(shù)中如何進行選擇，以及如何規(guī)范檢查過程等仍然是需要研究的問題。

3 超聲彈性成像在肌肉硬度評估中的應(yīng)用

超聲彈性成像技術(shù)在肝臟、乳腺、甲狀腺等領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，但在肌骨系統(tǒng)疾病，特別是肌肉疾病彈性評估的應(yīng)用還有待進一步研究。臨床很多疾病僅累及肌肉，如肌肉萎縮、膠原蛋白病變、腦性麻痹等，傳統(tǒng)肌骨疾病檢查手段只能將關(guān)節(jié)、肌肉、肌腱或神經(jīng)血管作為整體來評價，但超聲彈性成像卻能夠定量、動態(tài)評估具體某塊肌肉彈性值的變化，通過評估肌肉的黏彈性特征，可以獲取各種狀態(tài)下被動（靜態(tài)）肌肉硬度、動態(tài)肌肉硬度和主動收縮時肌肉硬度的變化情況[2]。超聲彈性成像用于骨骼肌的研究旨在了解健康人群肌肉硬度評估的影響因素和在不同病理狀態(tài)下肌肉硬度的變化情況。

3.1 健康人群肌肉硬度的評估 目前，應(yīng)用超聲彈性成像評估健康人群不同部位骨骼肌硬度的研究越來越多。評估影響肌肉硬度的主要因素可分為人口學(xué)特征[如性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)（BMI）等]和體位（或肌肉收縮狀態(tài)）的影響。另外，對肌肉硬度測量的方法學(xué)研究也越來越多。

3.1.1 超聲彈性成像測量肌肉硬度的方法 Brandenburg等[13]對兒童腓腸肌的研究發(fā)現(xiàn)操作者間和操作者內(nèi)的可靠性均很高，證明了超聲彈性成像是定量評估肌肉硬度的可靠方法。Yoshitake等[14]發(fā)現(xiàn)超聲彈性成像對肱二頭肌測量的可靠性很高（組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.9）。Rosskopf等[15]也發(fā)現(xiàn)超聲彈性成像對岡上肌測量的可靠性很高（組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.8）。以上研究都從方法學(xué)角度充分證明了超聲彈性成像對肌肉硬度的評估是有效、可靠的。

當探頭聲束方向與肌纖維排列的夾角不同時，剪切波傳播速度也不同，剪切波與肌纖維方向平行時其傳播速度比垂直時更快[16]。Chino等[17]比較了在縱、橫斷面上SWE測量腓腸肌、股直肌、肱二頭肌和腹直肌的肌肉硬度，結(jié)果顯示，除肱二頭肌外所有肌肉縱斷面的影像穩(wěn)定性均高于橫斷面，測量縱、橫斷面的可重復(fù)性無明顯差異[17]。因此，超聲彈性成像在肌骨系統(tǒng)的應(yīng)用都應(yīng)考慮聲束方向?qū)Y(jié)果的影響，特別是在骨骼肌這種具有明顯各向異性的組織中。

3.1.2 人口統(tǒng)計學(xué)指標對肌肉超聲彈性成像測量的影響 一些研究者[18-19]用SWE測量正常腓腸肌硬度時發(fā)現(xiàn)，放松位時男女之間無明顯差異；楊等[18]研究還發(fā)現(xiàn)各年齡組之間均無差異；但在緊張位時，男性硬度值明顯高于女性，且與年齡呈負相關(guān)。Brandenburg等[13]對兒童腓腸肌的研究則有不同的結(jié)果，他發(fā)現(xiàn)不同體位下的腓腸肌彈性與性別、年齡、左右側(cè)、BMI均無關(guān)。Eby等[20]對正常肱二頭肌的硬度進行了研究，發(fā)現(xiàn)超聲彈性成像測量值在老年人群（60歲以上）中受性別和年齡影響較大，女性高于男性，且硬度值隨年齡增加而增加；但BMI、運動頻率與肌肉硬度無關(guān)?？梢钥闯?，人口統(tǒng)計學(xué)指標對肌肉硬度的影響在不同研究中差別很大，這可能與不同肌肉各自的特征、各個研究所納入人群的不同以及測量過程存在差異等因素有關(guān)。

3.1.3 運動狀態(tài)對肌肉超聲彈性成像測量的影響 Nakamura等[21]發(fā)現(xiàn)被動拉伸時腘繩肌的剪切波速度增加，但Brandenburg等[13]對兒童腓腸肌的研究發(fā)現(xiàn)硬度與體位無關(guān)。Yoshitake等[14]發(fā)現(xiàn)肱二頭肌的彈性模量值仍然與肘關(guān)節(jié)的屈曲程度和肌肉收縮強度呈線性相關(guān)。以上研究表明，通常情況下肌肉收縮時的彈性測量較放松時高，但體位與肌肉收縮狀態(tài)對肌肉超聲彈性成像測量的影響在不同研究中結(jié)果也有差異，這可能與不同部位肌肉的生理功能不同相關(guān)，可能也與研究中采用的體位不完全一致有關(guān)。

3.2 不同病理狀態(tài)下肌肉硬度的評估 許多疾病都會存在骨骼肌的受累，導(dǎo)致其硬度的改變。通常，根據(jù)發(fā)病原因的不同，肌肉疾病可分為神經(jīng)源性肌病和肌骨系統(tǒng)疾病，不同類型的病變有其各自的特點。神經(jīng)源性肌病指的是上、下運動神經(jīng)元性病變導(dǎo)致相應(yīng)肌肉的異常，上運動神經(jīng)元性病變（包括腦血管病、顱腦外傷、腫瘤、腦癱、帕金森等）會表現(xiàn)為癱瘓肌肉張力增高，但不出現(xiàn)萎縮；下運動神經(jīng)元性病變（包括周圍神經(jīng)炎性病變、損傷或卡壓、神經(jīng)叢病變、脊髓前角細胞病變等）會表現(xiàn)為對應(yīng)神經(jīng)支配的肌肉張力減低，肌肉萎縮明顯。引發(fā)肌肉病變的肌骨系統(tǒng)疾病種類繁多，包括各種先天性肌肉病變 （如進行性肌營養(yǎng)不良、先天性肌性斜頸等），系統(tǒng)性疾?。ㄈ缍喟l(fā)性肌炎、皮肌炎等），外傷，感染等。因此，對于如何準確量化病變肌肉的硬度改變對于臨床醫(yī)生診斷、評估治療效果和隨訪都有重要的意義。

3.2.1 對神經(jīng)源性肌病的評估 近來，超聲彈性成像在上運動神經(jīng)元性病變所致的肌痙攣性疾病的評估中體現(xiàn)了較大的應(yīng)用潛力。有研究[22-23]發(fā)現(xiàn)，腓腸肌的剪切波速度在痙攣性腦癱的患兒高于對照組兒童，且與臨床Ashworth量表評分顯著相關(guān)；通過評估A型肉毒毒素治療前后患兒的腓腸肌硬度發(fā)現(xiàn)，治療后彈性測量值下降，并且也與臨床改良Ashworth量表評分顯著相關(guān)。Lee等[24]發(fā)現(xiàn)腦卒中病人癱瘓側(cè)肱二頭肌硬度高于對側(cè)，且這種肌肉硬度差異與卒中病程長短有關(guān)。腦癱患兒中受累更嚴重的肢體，其肌肉硬度高于對側(cè)[25]。Eby等[26]發(fā)現(xiàn)在被動拉伸時慢性卒中病人肱二頭肌硬度值增加。以上研究表明上運動神經(jīng)元性病變引起的肌痙攣是可以通過彈性超聲成像檢查發(fā)現(xiàn)的。

3.2.2 對肌骨系統(tǒng)疾病的評估 超聲彈性成像用于肌骨系統(tǒng)疾病引起的肌肉病變中的研究越來越多。Lacourpaille等[27]對杜氏肌營養(yǎng)不良病人（Duchenne muscular dystrophy，DMD） 的研究發(fā)現(xiàn)，DMD病人腓腸肌、脛前肌、股外側(cè)肌等的肌肉硬度均較正常人增高。楊等[28]對比了放松位和緊張位時肌肉萎縮病人和正常人肱二頭肌的硬度，結(jié)果表明，放松位時兩者差別不大，但緊張位時肌肉萎縮病人肱二頭肌硬度較正常人小，提示某些疾病狀態(tài)下，肌肉硬度僅在收縮時改變，今后評估肌肉硬度時還需考慮肌肉運動的影響。在肩袖病變的運動員中，所有體位下其斜方肌的彈性測量值均高于無肩袖損傷的運動員[29]。

如何客觀、定量地評估肌肉疼痛情況一直是臨床醫(yī)生亟待解決的問題。慢性腰背痛病人多裂肌的硬度在直立位、25°和45°彎腰位時較無癥狀人群增高，但在俯臥位時無明顯差異[30]。超聲彈性成像在檢測遲發(fā)性肌痛中也有應(yīng)用前景，研究[31]發(fā)現(xiàn)志愿者在運動后腓腸肌和比目魚肌彈性測量值增加。經(jīng)過肌肉拉伸等物理治療后，存在肩后群肌緊張的棒球運動員，其岡下肌和小圓肌的硬度下降[32]。這些研究都為超聲彈性成像評估急、慢性肌肉疼痛中肌肉硬度的改變以及治療效果評估提供了基礎(chǔ)。

4 討論

超聲彈性成像技術(shù)在肌肉硬度評估中有著獨特的優(yōu)勢，可以反映肌肉的黏彈性等機械特征。其對正常肌肉結(jié)構(gòu)的顯示和硬度正常值的確定能為臨床醫(yī)生在肌病的診斷、療效判斷和隨訪上提供更多的信息。因此，如何規(guī)范肌肉超聲彈性值的測量過程，包括測量部位的選擇、病人的體位和儀器設(shè)置等，以及建立不同肌肉的正常參考值范圍是亟待解決的問題。相信隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，超聲彈性成像技術(shù)在肌肉評估方面一定會有越來越大的應(yīng)用價值。