超聲成像測量不同姿勢下腓腸肌形態(tài)的信度

職文倩，劉超然，王寧華

北京大學(xué)第一醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，北京市100034

超聲成像技術(shù)可提供肌肉結(jié)構(gòu)的定量數(shù)據(jù)和運(yùn)動中的圖像，清晰觀測骨骼肌收縮過程中的空間形態(tài)變化[1]，成為研究骨骼肌運(yùn)動形態(tài)特性、評估肌肉功能、評價(jià)訓(xùn)練效果等非常有效的工具[2]。

腓腸肌是小腿淺層一塊羽狀肌，在站立、行走和跳躍等活動中提供推動性跖屈扭矩[3]，并與運(yùn)動表現(xiàn)有較強(qiáng)的相關(guān)性[4]，超聲可清晰識別腓腸肌不同收縮強(qiáng)度下的形態(tài)改變[5]。腓腸肌常因神經(jīng)系統(tǒng)損傷[6]、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)疾病[7]等發(fā)生形態(tài)學(xué)變化，導(dǎo)致運(yùn)動功能障礙，臨床常采用牽伸、力量訓(xùn)練等手段提高其運(yùn)動功能[8-9]。目前腓腸肌的超聲測量多采取俯臥位。腓腸肌作為人體重要的姿勢肌，靜息狀態(tài)下的肌肉結(jié)構(gòu)可能限制其預(yù)測功能和評定康復(fù)訓(xùn)練效果的潛力，而站立位測量缺乏信度研究。

本研究采用肌骨超聲測量健康青年人俯臥位和站立位腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角，評價(jià)俯臥位及站立位下超聲測量腓腸肌結(jié)構(gòu)參數(shù)的信度，探討站立位與俯臥位腓腸肌內(nèi)側(cè)肌肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)的差異。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2017 年12 月至2018 年5 月，通過張貼海報(bào)，在北京大學(xué)第一醫(yī)院招募健康成年志愿者30例，其中男性8 例，女性22 例；年齡(25.37±5.28)歲；體質(zhì)量(57.07±9.13)kg；身高(166.23±5.62)cm。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～40 歲；②無腰痛及肌肉、神經(jīng)方面器質(zhì)性疾??；③無下肢手術(shù)和外傷病史。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①日常生活活動能力障礙，無法獨(dú)立生活；②心肺功能受損，存在骨骼、肌肉或神經(jīng)系統(tǒng)疾病；③身體疼痛或正在使用止痛藥；④嚴(yán)重髖、膝、踝關(guān)節(jié)損傷史。

所有參與者均被告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并簽署知情同意書。本研究經(jīng)北京大學(xué)第一醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)〔No.2018(101)〕。

1.2 方法

采用SONIMAGE?HSI 便攜式B 型超聲診斷儀(日本KONIKA 公司)，L18-4 超聲線陣探頭垂直于皮膚表面，通過耦合劑使其充分接觸皮膚而不壓迫軟組織。分別獲取受檢者在俯臥位和站立位腓腸肌內(nèi)側(cè)肌超聲圖像。在脛骨長度(脛骨內(nèi)側(cè)髁至內(nèi)踝高點(diǎn)或腘窩折痕至外踝高點(diǎn))上30%處找到內(nèi)側(cè)腓腸肌肌腹中點(diǎn)，即內(nèi)側(cè)腓腸肌1/2 偏后的位置[10]。測量右側(cè)腓腸肌內(nèi)側(cè)肌肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角。

俯臥位：雙下肢伸直，足懸于檢查床外，右踝關(guān)節(jié)佩戴踝足矯形器固定腳踝至解剖中立位。站立位：右踝關(guān)節(jié)配踝足矯形器站立于地面。

A、B兩名操作者均為經(jīng)過2周超聲技術(shù)培訓(xùn)的康復(fù)專業(yè)人員，分別在俯臥位和站立位下測量。操作者A 測量后再由操作者B 測量，每個(gè)姿勢獲取3 張超聲圖像，分別測量每張圖片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，取均值。操作者A 間隔3 d 后，采用相同方法再次測量同一人群。測量過程中，兩位操作者不知曉對方測量數(shù)據(jù)。

羽狀角：根據(jù)肌束和肌筋膜的方向，分別畫出肌束線和肌筋膜線，兩線夾角為羽狀角[11]。本研究測量肌束與深筋膜之間的羽狀角(圖1)。肌肉厚度：肌肉淺層筋膜與深層筋膜的垂直距離[11]。選取圖片中點(diǎn)位置進(jìn)行測量(圖1)。肌纖維長度：連接淺筋膜和深筋膜之間的肌纖維總長[11](圖1)。本研究中，肌纖維長度超過探頭探測到的超聲圖片范圍，缺失部分通過對可見部分肌纖維及筋膜的線性外推估計(jì)。當(dāng)筋膜在圖像中平行排列時(shí)，

L為肌纖維長度，h為肌肉厚度，α為羽狀角[12]。

采用Microsoft Excel 2010“公式”選項(xiàng)計(jì)算。

圖1 腸肌肌內(nèi)側(cè)肌矢狀面超聲圖像

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用GraphPad Prism 8.0 軟件制作統(tǒng)計(jì)圖像。計(jì)量資料以()表示。計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient,ICC)、最小可檢測變化值(minimum detectable changes,MDC)[13]和測量標(biāo)準(zhǔn)誤差(standard error of measurement,SEM)[14]，SEM 實(shí)際值除以兩次測試的均值，以百分比(SEM%)的形式記錄。ICC ＜0.55為信度差，0.55～＜0.75 為中等，0.75～＜0.90 為好，≥0.90為優(yōu)秀[13]。同一檢查者不同姿勢下比較進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

站立位及俯臥位，超聲測量的3 種結(jié)構(gòu)參數(shù)測試者間信度均優(yōu)秀；肌肉厚度重復(fù)測量信度優(yōu)秀，肌纖維長度和羽狀角重復(fù)測量信度好。兩種姿勢下，結(jié)構(gòu)參數(shù)的總體測量誤差較小(SEM% ＜5.6%)，其中站立位下測試者間SEM%小于俯臥位，俯臥位下重復(fù)測量MDC更小。見表1～表4。

不同姿勢下超聲測量的腓腸肌內(nèi)側(cè)肌肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角相關(guān)性良好(圖2)，且均存在非常顯著性差異(P＜0.01)。見表5。

表1 俯臥位測試者間信度

表2 站立位測試者間信度

表3 俯臥位重復(fù)測量信度

表4 站立位重復(fù)測量信度

表5 不同姿勢下同一操作者測量腓腸肌結(jié)構(gòu)參數(shù)比較

圖2 站立位與俯臥位腓腸肌超聲形態(tài)學(xué)測量結(jié)果的相關(guān)性

3 討論

近年來關(guān)于超聲測量腓腸肌結(jié)構(gòu)的信度研究多采用俯臥位、固定關(guān)節(jié)角度位或在行走中測量，測量參數(shù)主要有肌肉厚度、肌纖維長度、羽狀角、肌肉橫截面積等，均證實(shí)該方法學(xué)有良好信度[1,12,15-19]。腓腸肌是人體重要的姿勢肌，站立位時(shí)處于低強(qiáng)度收縮狀態(tài)[20]，收縮狀態(tài)的肌肉形態(tài)學(xué)參數(shù)與放松狀態(tài)下有顯著差別[21-22]；且站立位是功能訓(xùn)練的重要體位，驗(yàn)證站立位下超聲測量參數(shù)的可靠性對臨床應(yīng)用有重要意義。

本研究顯示，俯臥位及站立位下，超聲測量腓腸肌內(nèi)側(cè)肌的肌肉厚度、肌纖維長度、羽狀角均有較高信度，其中俯臥位下結(jié)果與K?nig 等[12]、McMahon等[23]的研究結(jié)果基本一致。K?nig 等[12]發(fā)現(xiàn)，通過用泡沫軸固定超聲探頭，肌肉厚度、肌纖維長度測試者間信度提高，但羽狀角測試者間信度降低。McMahon等[23]的研究中，肌纖維長度重復(fù)測量信度明顯高于其他相關(guān)研究，考慮與該研究中超聲探頭可直接獲得肌纖維全長，無需進(jìn)行線性推算，減少測量誤差有關(guān)。Lieber 等[24]通過改進(jìn)超聲探頭定位的準(zhǔn)確度，將肌纖維長度的重復(fù)測量信度提高至0.99。肌纖維長度測量信度受探頭位置、探頭旋轉(zhuǎn)、探頭獲得圖像范圍大小等因素影響，肌肉厚度測量信度受探頭位置、操作時(shí)對皮膚壓力大小等因素影響，而羽狀角基本不受上述因素干擾，但受關(guān)節(jié)角度、測量人數(shù)等因素的影響較大[25]，測評人數(shù)越多，測試者間信度越低[12]。因此，臨床可通過使用全景超聲、輕泡沫固定超聲探頭、操作流程標(biāo)準(zhǔn)化等方式，提高超聲測量腓腸肌形態(tài)學(xué)參數(shù)的信度。

本研究顯示，與俯臥位相比，站立位下肌肉厚度和肌纖維長度的測試者間信度和重測信度均優(yōu)于俯臥位，這可能與站立位時(shí)肌肉張力增加，減小操作時(shí)探頭壓力對組織形狀影響有關(guān)。俯臥位下羽狀角測試者間信度和重測信度優(yōu)于站立位，考慮與站立位重心調(diào)整有關(guān)，肌肉收縮的微小改變都可能降低羽狀角的測量信度。臨床可根據(jù)實(shí)際需要選擇更加合適的測量姿勢。

本研究顯示，俯臥位腓腸肌內(nèi)側(cè)肌形態(tài)學(xué)測量SEM%均較小，且站立位測試者間SEM%更小，提示站立位下超聲測量準(zhǔn)確性更高。俯臥位重復(fù)測量MDC%更小，提示俯臥位下測量敏感性更高，如需監(jiān)測結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，推薦在俯臥位下測量。值得注意的是，Suetta 等[26]發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行抗阻訓(xùn)練12 周后，老年術(shù)后患者肌纖維長度和肌肉厚度分別增加22%和15%；de Boer 等[27]發(fā)現(xiàn)，肌肉廢用23 d 可導(dǎo)致羽狀角下降7%。因此，短期內(nèi)肌肉的適應(yīng)性改變相對較小，使用超聲測量腓腸肌內(nèi)側(cè)肌的結(jié)構(gòu)參數(shù)指導(dǎo)臨床決策時(shí)，需要將所得結(jié)果與SEM 和MDC 進(jìn)行比較，謹(jǐn)慎得出結(jié)論。

本研究俯臥位下測量值與既往研究吻合。Narici等[22]對6 例健康青年男性腓腸肌內(nèi)側(cè)肌進(jìn)行測量，肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角分別為(2.0±0.2) cm、(5.1±0.4)cm、(17.3±2.6)°。McMahon等[23]對16例健康青年男性腓腸肌內(nèi)側(cè)肌進(jìn)行測量，肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角分別為(2.34±0.31)cm、(5.49±1.09)cm、(25.94±4.30)°，證明超聲測量方法可靠和有效。本研究顯示，站立位下腓腸肌羽狀角較俯臥位減小，肌纖維長度和肌肉厚度較俯臥位增大。既往研究也發(fā)現(xiàn)[28]，肌肉等長收縮時(shí)，肌纖維長度縮短，羽狀角增大，肌肉厚度增大。相關(guān)研究是在相同姿勢下測量肌肉放松至最大等長收縮時(shí)肌肉結(jié)構(gòu)的變化[29]，無踝關(guān)節(jié)負(fù)重改變、平衡調(diào)節(jié)等因素的影響。

羽狀角站立位較小，可能的原因如下。①站立位時(shí)肌纖維受到牽拉：站立時(shí)，踝關(guān)節(jié)受重力作用發(fā)生踝背屈，為了維持立位姿勢，跟腱受到持續(xù)牽拉[30-31]，使肌纖維沿跟腱方向受到牽拉[32]，造成羽狀角減小。②站立位時(shí)踝關(guān)節(jié)角度變化：本實(shí)驗(yàn)盡管施加了等長收縮條件，但踝關(guān)節(jié)處于收縮狀態(tài)時(shí)，踝關(guān)節(jié)還是不可避免地發(fā)生一定旋轉(zhuǎn)[33]，而關(guān)節(jié)角度變化對羽狀角的測量影響較大[34-35]，造成羽狀角減小。

肌纖維長度在站立位和俯臥位下的測量差異，考慮與肌纖維受到牽拉、測量位置移位等因素有關(guān)；且肌纖維長度由公式計(jì)算而來，受羽狀角和肌肉厚度測量影響較大。本研究顯示，俯臥位和站立位下，腓腸肌內(nèi)側(cè)肌超聲形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)有明顯差異，有必要進(jìn)一步完善站立位腓腸肌結(jié)構(gòu)參數(shù)。

本研究對象僅限于健康、活躍的青年人，對于皮下脂肪含量較高或肌肉組織發(fā)生病理變化人群的測量可靠性未知，站立位超聲成像在不同人群中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究；站立位結(jié)構(gòu)參數(shù)與功能的相關(guān)性，以及是否能提供更多關(guān)于訓(xùn)練或廢用后肌肉適應(yīng)性證據(jù)，值得深入研究。

綜上所述，俯臥位和站立位下，腓腸肌內(nèi)側(cè)肌超聲形態(tài)學(xué)測量均有良好的測試者間信度和重復(fù)測量信度，站立位下肌肉厚度和肌纖維長度的測試者間信度和重測信度均優(yōu)于俯臥位，俯臥位下羽狀角的測試者間信度及重測信度優(yōu)于站立位。腓腸肌的超聲形態(tài)學(xué)測量在兩種姿勢下均有較小的測量誤差，站立位較俯臥位誤差更小，但俯臥位較站立位更敏感。