剪切波彈性成像技術(shù)在肌肉評(píng)價(jià)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

尚怡然，陳勝江

(河南科技大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院2018級(jí)，河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院超聲科，河南 洛陽(yáng) 471003)

自1991年OPHIR等[1]首次提出以來(lái)，彈性成像技術(shù)成為醫(yī)務(wù)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。其中，剪切波彈性成像(SWE)是一種新型成像技術(shù)，具有無(wú)創(chuàng)、客觀(guān)、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)SWE作為一種可無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)組織硬度的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟、胃腸道、淋巴結(jié)等方面[2-3]。目前有部分研究表明SWE技術(shù)在肌肉骨骼及神經(jīng)方面也有較好的應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)SWE技術(shù)在肌肉評(píng)價(jià)中的應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述。

1 SWE原理

SWE技術(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量軟組織的楊氏模量值，從而定量軟組織的硬度。SWE利用“馬赫錐”原理，通過(guò)聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的震動(dòng)，施加到組織，產(chǎn)生的聲輻射力脈沖向組織施加激勵(lì)產(chǎn)生的橫向剪切波，經(jīng)編碼轉(zhuǎn)換成彩色圖像，圖像的顏色可以反映軟組織的硬度，硬度高則為紅色，硬度低則為藍(lán)色，通過(guò)定量分析系統(tǒng)可測(cè)量組織的楊氏彈性模量(單位：kPa)，使量化軟組織硬度成為可能[4]。楊氏彈性模量與剪切波關(guān)系為E=3ρc2，其中E為彈性模量，c為剪切波傳播速度，ρ為組織密度[5]。與傳統(tǒng)二維超聲相比，SWE可發(fā)現(xiàn)疾病的早期變化，醫(yī)師可以通過(guò)測(cè)值發(fā)現(xiàn)組織異常變化，并與正常組織區(qū)分開(kāi)來(lái)，更有助于臨床醫(yī)師對(duì)疾病的診斷、治療及預(yù)后的指導(dǎo)。

2 SWE在肌肉組織中的應(yīng)用

近年來(lái)，SWE因其定量與客觀(guān)的評(píng)估方式，在肌肉評(píng)估方面的應(yīng)用越來(lái)越多。SWE技術(shù)可獲得不同狀態(tài)下某一塊肌肉的硬度值，定量評(píng)估該肌肉的彈性值，可用于研究正常人群肌肉硬度的影響因素或在不同的病理因素下肌肉彈性值的變化，從而評(píng)估肌肉狀態(tài)。

2.1 健康人群肌肉評(píng)估

TAS等[6]測(cè)量股直肌硬度時(shí)及秦鹍等[7]測(cè)量股四頭肌的楊氏模量值時(shí)，在測(cè)試者內(nèi)與測(cè)試者間都有良好的信度。KOT等[8]使用SWE評(píng)估在不同技術(shù)設(shè)置[不同的聲像圖采集時(shí)間、選取不同感興趣區(qū)域(ROI)、施加不同換能器壓力]下肌肉彈性值的變化，結(jié)果顯示當(dāng)施加不同換能器壓力或選取不同大小的ROI時(shí)，股直肌的彈性值發(fā)生變化；而在不同的SWE超聲圖像采集時(shí)間下，股直肌的彈性值未見(jiàn)明顯差異。上述研究表明SWE是一種具有可靠性、可重復(fù)性的測(cè)量肌肉硬度的技術(shù)，可用于骨骼肌系統(tǒng)疾病檢查。

楊寒凝等[9]通過(guò)研究正常人腓腸肌的楊氏模量值發(fā)現(xiàn)，在緊張狀態(tài)下，男性腓腸肌彈性模量值明顯高于女性，而松弛狀態(tài)下，男、女之間無(wú)差異；緊張狀態(tài)下各年齡組腓腸肌楊氏模量值與年齡呈負(fù)相關(guān)，而松弛狀態(tài)下各年齡組間無(wú)差異。同樣，CHINO等[10]測(cè)量正常人腓腸肌的硬度時(shí)，發(fā)現(xiàn)放松位時(shí)男、女之間的楊氏模量值無(wú)顯著差異。EBY等[11]測(cè)量成人肱二頭肌屈肘90°和完全伸展時(shí)肱二頭肌的楊氏模量彈性值，發(fā)現(xiàn)老年人(>60歲)的楊氏模量值受性別和年齡的影響，女性高于男性，且楊氏模量值的大小隨著年齡的增長(zhǎng)而增加；但體重指數(shù)(BMI)、運(yùn)動(dòng)頻率的變化與肌肉的彈性值無(wú)關(guān)。BERKO等[12]測(cè)定兒童安靜和運(yùn)動(dòng)后肌肉的超聲彈性時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)后的肌肉彈性沒(méi)有明顯的性別相關(guān)差異；隨著B(niǎo)MI的增加，肱二頭肌的彈性值降低。BRANDENBURG等[13]發(fā)現(xiàn)發(fā)育期兒童在被動(dòng)拉伸過(guò)程中雙側(cè)腓腸肌的硬度與年齡、BMI無(wú)關(guān)?？梢钥闯?，性別、年齡、BMI等人口統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)對(duì)肌肉硬度的影響在不同研究中差別很大，這可能是因?yàn)檫x取的肌肉不同、每個(gè)研究納入的人群不同和測(cè)量過(guò)程的差異等[14]。

BERKO等[12]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后肱二頭肌的楊氏模量值明顯高于靜息時(shí)肱二頭肌的楊氏模量值。BRANDENBURG等[13]發(fā)現(xiàn)發(fā)育期兒童在被動(dòng)拉伸過(guò)程中雙側(cè)腓腸肌的硬度與腳踝運(yùn)動(dòng)范圍無(wú)關(guān)。SHINOHARA等[15]用SWE定量測(cè)得腓腸肌、比目魚(yú)肌、脛骨前肌的楊氏模量值在放松和收縮時(shí)有明顯差異，證明正常肌肉收縮時(shí)與放松狀態(tài)相比，彈性模量值增加，硬度增加。KOO等[16]研究脛骨前肌楊氏模量值與踝關(guān)節(jié)-足底屈曲角度的關(guān)系，表明SWE可定量評(píng)估單個(gè)肌肉的被動(dòng)拉伸反應(yīng)。溫朝陽(yáng)等[17]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)肱二頭肌等長(zhǎng)收縮時(shí)的楊氏模量值明顯高于松弛狀態(tài)下的楊氏模量。姜鑌等[18]應(yīng)用SWE測(cè)量正常人在不同臂展角度下斜方肌的楊氏模量值，結(jié)果顯示隨著臂展角度的增加，斜方肌的楊氏模量不斷增加。以上研究表明SWE可通過(guò)測(cè)量不同狀態(tài)時(shí)的肌肉硬度值來(lái)評(píng)估肌肉的收縮及舒張功能，在通常情況下肌肉在收縮狀態(tài)時(shí)楊氏模量值高于放松狀態(tài)下，但不同研究的結(jié)果存在差異，可能與采取的體位不完全一致或肌肉的功能狀態(tài)不同有關(guān)。

2.2 病理狀態(tài)下的肌肉評(píng)估

肌肉力學(xué)可受多種疾病的影響，如肌肉拉傷、扭傷、斷裂[19]，SWE技術(shù)可在軟組織病變?cè)缙诎l(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維超聲不易發(fā)現(xiàn)的變化，為臨床醫(yī)師提供診斷新思路。

2.2.1 肌肉損傷病變

LEONG等[20]用超聲波彈性成像對(duì)43名男子排球運(yùn)動(dòng)員的上斜方肌進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示被動(dòng)任務(wù)中僅在肩外展0.001°時(shí)，肩袖肌腱病患者的彈性值高于健康運(yùn)動(dòng)員，而在任何主動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，肩袖肌腱病變運(yùn)動(dòng)員的彈性值均高于健康運(yùn)動(dòng)員。SWE技術(shù)可檢測(cè)肌肉損傷程度并且為病變治療及預(yù)后提供重要參考信息。LV等[21]用SWE研究家兔的肌肉擠壓傷模型，發(fā)現(xiàn)患側(cè)下肢彈性模量值顯著高于健側(cè)。周曉華等[22]發(fā)現(xiàn)楊氏模量值變化與損傷后病理變化時(shí)間點(diǎn)基本一致。ZHANG等[23]研究顯示患有髕腱病的男性運(yùn)動(dòng)員的股四頭肌硬度較健康對(duì)照組明顯增加。SWE可實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、定量提供肌肉損傷在不同階段時(shí)的楊氏模量值變化，有望為臨床診斷肌肉損傷、跟蹤隨訪(fǎng)及評(píng)價(jià)治療效果提供客觀(guān)依據(jù)。

2.2.2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變

患者腦卒中后會(huì)出現(xiàn)不同程度肌肉痙攣，肌纖維及肌肉橫截面積等也會(huì)發(fā)生改變，評(píng)估痙攣肌肉硬度，對(duì)腦卒中后肌肉痙攣患者得的治療及預(yù)后有較高的臨床意義。樊留博等[24]發(fā)現(xiàn)腦卒中后肌肉痙攣患者患側(cè)與正常對(duì)照組相應(yīng)一側(cè)下肢相關(guān)肌肉的楊氏模量值比較差異較大，治療后患側(cè)肌肉楊氏模量值均低于治療前。超聲彈性成像技術(shù)有助于評(píng)估腦卒中后痙攣性偏癱患者痙攣下肢肌張力的變化。EBY等[25]利用SWE測(cè)量慢性腦卒中患者被動(dòng)肘部伸展過(guò)程中肱二頭肌的肌肉硬度，結(jié)果顯示腦卒中患者的肌肉硬度值明顯高于正常人。以上研究表明SWE技術(shù)在評(píng)估腦卒中后肌肉痙攣程度有很高價(jià)值。

2.2.3 肌肉骨骼系統(tǒng)病變

LACOURPAILLE等[26]使用SWE分別測(cè)量假性肥大型肌營(yíng)養(yǎng)不良的病人及正常成年人的肌肉(腓腸肌、脛前肌、股外側(cè)肌、肱二頭肌、肱三頭肌、小指展肌)楊氏模量值，結(jié)果顯示2組長(zhǎng)肌硬度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而2組短肌則無(wú),表明SWE技術(shù)可量化肌肉病變所導(dǎo)致的肌肉變化。肌肉通過(guò)收縮牽拉身體運(yùn)動(dòng)，疲勞狀態(tài)下肌肉硬度與非疲勞狀態(tài)下有顯著差異。杜麗娟等[27]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)軸楊氏模量值均高于健康對(duì)照組，癥狀明顯側(cè)肱二頭肌長(zhǎng)軸楊氏模量值高于癥狀較輕側(cè)。因此SWE技術(shù)可通過(guò)檢測(cè)帕金森病患者較大的骨骼肌楊氏模量值,來(lái)評(píng)估帕金森病患者的肌肉狀態(tài)。

3 SWE在骨骼肌其他方面的應(yīng)用

隨著SWE技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)逐漸應(yīng)用于肌腱、韌帶、神經(jīng)等方面的定量測(cè)量。正常情況下肌腱較為堅(jiān)韌，但由于外傷、過(guò)度使用，肌腱會(huì)產(chǎn)生不同程度損傷。損傷的肌腱修復(fù)后可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，從而使肌腱的功能發(fā)生改變，因此，受損肌腱的早期診斷非常重要。DIRRICHS等[28]對(duì)二維超聲、多普勒超聲成像與SWE技術(shù)診斷肌腱病進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示超聲檢查方法的聯(lián)合應(yīng)用可以提高肌腱病診斷的準(zhǔn)確性，而二維超聲和多普勒超聲成像聯(lián)合SWE可使肌腱病變的總體敏感性從67.1%提高到94.3%。二維超聲聯(lián)合SWE技術(shù)可提高診斷的準(zhǔn)確率及敏感性，這可為疾病的早期診斷及治療提供十分重要的依據(jù)。高金妹等[29]發(fā)現(xiàn)大白兔的坐骨神經(jīng)受到慢性卡壓后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的直徑和楊氏模量值與術(shù)前正常神經(jīng)的直徑和楊氏模量值比較均有明顯差異；卡壓后神經(jīng)的增粗程度與變硬程度呈正相關(guān)；神經(jīng)卡壓后其近端及遠(yuǎn)端直徑均明顯增加，但其組織學(xué)特性常規(guī)超聲無(wú)法顯示。大量研究[30-31]表明卡壓后神經(jīng)會(huì)發(fā)生纖維化，隨之硬度增加，彈性產(chǎn)生變化。SWE技術(shù)可通過(guò)測(cè)量卡壓后神經(jīng)的楊氏模量值，及早發(fā)現(xiàn)神經(jīng)組織的硬度變化，為疾病的診斷提供有力的證據(jù)。

4 展望及不足

SWE技術(shù)是目前超聲領(lǐng)域的熱門(mén)方向，與其他評(píng)估組織彈性的技術(shù)(如核磁共振彈性成像)相比，具有經(jīng)濟(jì)、成像快速、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)時(shí)、定量測(cè)量肌肉、肌腱、韌帶及其他軟組織的彈性，描述其生物力學(xué)特征和病理生理改變，有望為之后骨骼肌系統(tǒng)病變的診斷提供客觀(guān)、準(zhǔn)確信息，并且在康復(fù)治療及隨訪(fǎng)過(guò)程中發(fā)揮重大作用。但目前采用SWE進(jìn)行肌肉相關(guān)疾病研究的報(bào)道較少，肌肉組織的彈性正常參考值范圍沒(méi)有確立，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步通過(guò)大樣本量、多中心研究，明確SWE在臨床診斷中的意義。