肌肉痙攣評(píng)估中剪切波彈性成像的應(yīng)用研究進(jìn)展

郭瑩瑩 贠國(guó)俊

1）佳木斯大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007 2）深圳市兒童醫(yī)院，廣東 深圳 513800

痙攣是上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷后的常見癥狀，常出現(xiàn)在腦卒中、腦出血、腦癱、多發(fā)性硬化癥、脊髓損傷、創(chuàng)傷性腦損傷和其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變之后，影響患者的康復(fù)進(jìn)程、生活質(zhì)量和預(yù)后。早期干預(yù)和治療可以減輕痙攣照顧者的壓力和患者家庭的經(jīng)濟(jì)壓力。目前臨床上對(duì)于痙攣的評(píng)估主要是臨床量表評(píng)估、生物力學(xué)評(píng)估、電生理學(xué)評(píng)估以及影像學(xué)評(píng)估等。改良Ashworth 痙攣評(píng)定量表（modified Ashworth scale，MAS）和 改 良Tardieu 量 表（modified Tardieu scale，MTS）是臨床常用的評(píng)估方法，但臨床量表對(duì)痙攣的評(píng)估具有主觀性，其信度和效度有限。而生物力學(xué)評(píng)估、電生理學(xué)評(píng)估以及影像學(xué)評(píng)估可以通過(guò)客觀測(cè)量表示肌肉硬度，但具有一定的局限性，如技術(shù)復(fù)雜、易受操作者影響及費(fèi)用高等。因此，對(duì)痙攣的評(píng)估尚需要一個(gè)更客觀、能定量、易操作、易進(jìn)行的方法。剪切波彈性成像技術(shù)作為一個(gè)可以評(píng)估肌肉硬度的新興的超聲技術(shù)，具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)、客觀、定量等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)臨床上其他肌肉痙攣臨床評(píng)估方法的不足，滿足臨床上對(duì)痙攣評(píng)估的需要，使臨床患者受益。因此，本文對(duì)剪切波彈性成像技術(shù)的技術(shù)原理、在肌肉痙攣評(píng)估中的可行性與優(yōu)勢(shì)、其成像的影響因素以及剪切波彈性成像在痙攣性腦癱、腦卒中等肌肉痙攣評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對(duì)其未來(lái)在痙攣性腦癱康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望，以期為臨床評(píng)估肌肉痙攣和痙攣性腦癱康復(fù)提供新思路。

1 痙攣

痙攣常會(huì)出現(xiàn)在腦卒中、腦出血、腦癱［1］、多發(fā)性硬化癥、脊髓損傷［2］、創(chuàng)傷性腦損傷［3］和其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變之后［4］，進(jìn)而影響患者的康復(fù)進(jìn)程，導(dǎo)致疼痛、肌肉萎縮和肌肉骨骼畸形［5］等繼發(fā)性問(wèn)題，最終影響患者的生活質(zhì)量和預(yù)后。而對(duì)痙攣狀態(tài)的評(píng)估和痙攣治療的預(yù)后評(píng)估［6］，可以及早發(fā)現(xiàn)和更好地治療痙攣。

目前臨床上對(duì)于痙攣的評(píng)估主要是MAS、MTS等臨床量表評(píng)估，動(dòng)力測(cè)定法等生物力學(xué)評(píng)估，表面肌電圖［7］等電生理學(xué)評(píng)估以及磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）［8-9］、超聲彈性成像等影像學(xué)評(píng)估。MAS和MTS是臨床中常用的評(píng)估方法。與MAS相比，MTS 對(duì)痙攣的評(píng)估更具有優(yōu)勢(shì)，能區(qū)分?jǐn)伩s和痙攣［10-11］。但MAS、MTS對(duì)痙攣的評(píng)估具有主觀性，其信度和效度是有限的［12-14］。動(dòng)力測(cè)定法是一種通過(guò)客觀測(cè)量表示被動(dòng)肌肉硬度的技術(shù)，但技術(shù)復(fù)雜，且受肌肉以外的軟組織硬度的影響［15］。應(yīng)變式彈性成像只能半定量分析組織硬度，還需手動(dòng)施壓，易受操作者影響［16-17］。磁共振彈性成像能客觀地對(duì)組織硬度進(jìn)行定量評(píng)估［18］，但其設(shè)備對(duì)場(chǎng)地的要求較高，還有輻射且費(fèi)用較高［19-20］。因此，對(duì)痙攣的評(píng)估尚需要一個(gè)更客觀、能定量、易操作、易進(jìn)行的方法。

2 剪切波彈性成像技術(shù)

2.1 技術(shù)原理 剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是一種新興的超聲技術(shù)，通過(guò)發(fā)射聲輻射力脈沖激勵(lì)組織振動(dòng)并橫向傳播產(chǎn)生剪切波，隨后測(cè)量計(jì)算組織的剪切波傳播速度、楊氏模量及剪切模量，從而評(píng)估組織彈性這一生物力學(xué)特性［21-22］，組織越硬，傳播的剪切波速度越快［23-24］。在生物力學(xué)中，楊氏模量是縱向應(yīng)力與應(yīng)變的比值，代表組織軸向變形的趨勢(shì)，剪切模量是剪切應(yīng)力與應(yīng)變的比值［22］。彈性模量即楊氏模量（E），與剪切波速度（V）、組織密度（ρ）和剪切模量（G）相關(guān)，在各向同性、彈性介質(zhì)以及不可壓縮組織的情況下，其之間的關(guān)系為E=3G=3ρV2［22，25］。對(duì)于各向異性、黏彈性和非均勻性的骨骼肌，剪切波速度是描述剪切波彈性成像技術(shù)測(cè)量的肌肉硬度更合適的變量［22，25-27］，常見的剪切波彈性成像技術(shù)有采用機(jī)械脈沖的瞬時(shí)彈性成像、采用聲輻射力脈沖的點(diǎn)剪切波彈性成像及二維剪切波彈性成像［22］。

2.2 在肌肉痙攣評(píng)估中的可行性與優(yōu)勢(shì) 剪切波彈性成像技術(shù)用于肌肉的痙攣評(píng)估有一定的病理基礎(chǔ)，有研究表明痙攣性腦癱是一種以肌肉硬度增加為特征的疾?。?5］，不僅是由于在主動(dòng)運(yùn)動(dòng)中對(duì)抗肌肉的共同收縮而導(dǎo)致主動(dòng)肌肉硬度的增加，而且也是被動(dòng)肌肉硬度的增加［25］，前者主要由于牽拉反射的過(guò)度興奮而引起肌肉的速度依賴性激活，相比之下，后者是由肌肉的黏彈性屬性造成的［24］。所以，剪切波彈性成像技術(shù)的特點(diǎn)使其可以應(yīng)用于痙攣性腦癱的肌肉評(píng)估。超聲彈性圖、剪切波彈性成像測(cè)量還可以為肌肉痙攣狀態(tài)的診斷和隨訪提供客觀的評(píng)估，能監(jiān)測(cè)癱瘓肌肉和痙攣肌肉的結(jié)構(gòu)和黏彈性，可以實(shí)時(shí)量化組織硬度［27-30］。剪切波彈性成像技術(shù)還可以在活體內(nèi)測(cè)量單個(gè)肌肉的剪切波速度及其硬度改變［31］。研究表明超聲彈性成像技術(shù)在評(píng)估活體肌肉硬度方面表現(xiàn)出中等的可靠性［29］。

剪切波彈性成像技術(shù)用于肌肉痙攣的評(píng)估是可行的，且具有一定的優(yōu)勢(shì)，能彌補(bǔ)其他痙攣評(píng)估方法的不足。剪切波彈性成像技術(shù)結(jié)合其他痙攣評(píng)估方法更有助于提高對(duì)肌肉痙攣評(píng)估的準(zhǔn)確性。

2.3 剪切波彈性成像的影響因素 剪切波速度的均值會(huì)受超聲凝膠、探頭及探頭施加的壓力、肌肉方向，以及不同的機(jī)器設(shè)置，如頻率、放置深度和感興趣區(qū)的大小等因素的影響［22-32］。年齡和性別也可能對(duì)肌肉硬度有影響，進(jìn)而影響剪切波彈性成像的結(jié)果。肌肉硬度和年齡之間的確切關(guān)系還不完全清楚。TANG 等［33］研究顯示，在1 kg 負(fù)荷下，女性的最大剪切波速度值、最小剪切波速度值和平均剪切波速度值均顯著高于男性［（4.49±0.60）m/s vs（3.98±0.68）m/s，（2.55±0.61）m/s vs（2.20±0.63）m/s，（3.51±0.60）m/s vs（3.06±0.58）m/s，P 值分別為0.003、0.028、0.004］，35～60 歲組的最大剪切波速度值和平均剪切波速度值顯著高于20～34 歲組［（4.11±0.62）m/s vs（4.47±0.70）m/s，（3.17±0.53）vs（3.52±0.69）m/s，P 值分別為0.045、0.044］。研究表明，性別和年齡會(huì)影響肌肉的剪切波速度值。一項(xiàng)用剪切波彈性成像技術(shù)評(píng)價(jià)增齡對(duì)松弛和收縮狀態(tài)下骨骼肌硬度影響的研究表明，肌肉的硬度隨著年齡的增長(zhǎng)而降低［34］。LIU等［35］研究了不同年齡段在不同踝關(guān)節(jié)角度下的剪切模量值，發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈角度變化時(shí)不同年齡段的剪切模量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。隨著踝關(guān)節(jié)背屈角度的增加，3組間剪切模量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。LEE等［36］用剪切波彈性成像技術(shù)測(cè)量受試者的股直肌、股二頭肌、脛前肌和腓腸肌的硬度時(shí)發(fā)現(xiàn)性別差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。KOZINC 等［37］不僅發(fā)現(xiàn)男性的剪切模量高于女性，而且平行探頭位置高于垂直探頭位置（相對(duì)于肌纖維方向），身體優(yōu)勢(shì)側(cè)高于非優(yōu)勢(shì)側(cè)。這些研究表明年齡和性別會(huì)影響彈性成像的結(jié)果，同時(shí)這種差異可能只有在肌肉達(dá)到一定的拉伸程度才明顯，肌肉硬度和年齡之間的確切關(guān)系還不完全清楚。因此，在實(shí)踐中應(yīng)針對(duì)不同人群制定不同的參考值、對(duì)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。感興趣區(qū)域的大小也會(huì)影響測(cè)量的重復(fù)性。LIU 等［38］就感興趣區(qū)域大小對(duì)剪切波彈性成像測(cè)量重復(fù)性的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在使用不同感興趣區(qū)域大小的情況下，重復(fù)性極好，較大的感興趣區(qū)域具有更好的重復(fù)性。

3 剪切波彈性成像在肌肉痙攣評(píng)估中的應(yīng)用

3.1 在痙攣性腦癱中的評(píng)估 腦性癱瘓的常見表現(xiàn)是痙攣和肌肉無(wú)力，痙攣型腦癱是其主要的分型，占腦癱人群的75%～80%［39］。對(duì)痙攣型腦性癱瘓的有效治療和干預(yù)可以很大程度上提高腦癱患兒的活動(dòng)能力、康復(fù)預(yù)后和生活質(zhì)量。

3.1.1 肌肉痙攣的評(píng)估：痙攣性腦癱的常見改變就有肌肉硬度的改變，肌肉僵硬是痙攣性腦癱的一個(gè)重要治療靶點(diǎn)［40］。BRANDENBURG等［25］應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)測(cè)量了腦癱患兒和發(fā)育正常的兒童在足底屈曲不同角度時(shí)的腓腸肌的剪切模量，研究發(fā)現(xiàn)腦癱兒童在不同足底屈曲角度的剪切模量值均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。LEE 等［31］研究也表明剪切波彈性成像技術(shù)可以非侵入性地研究腦癱患者的肌肉特性。BILGICI 等［41］測(cè)得的腦癱組和健康組的腓腸肌的剪切波速度值分別為（3.17±0.81）m/s 和（1.45±0.25）m/s，腦癱組明顯高于健康組（P＜0.001），且痙攣型腦癱兒童的剪切波速度值與MAS評(píng)分之間存在顯著的相關(guān)性（P＜0.001）。VOLA 等［15］研究也獲得同樣的結(jié)果，腦癱兒童的剪切波彈性成像值高于健康組（P＜0.001），且剪切波彈性成像值和MAS 評(píng)分之間有顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.74。剪切波彈性成像在腦癱患兒和正常兒童之間的差異，以及剪切波彈性成像的結(jié)果與MAS 評(píng)分的相關(guān)性表明該技術(shù)可以用于腦癱兒童的痙攣評(píng)估。

3.1.2 康復(fù)療效的評(píng)估：關(guān)于痙攣性腦癱的治療有傳統(tǒng)的手法治療，還有肉毒素治療和沖擊波治療等手段。臨床實(shí)踐中缺乏合適的客觀測(cè)量工具評(píng)估肌肉痙攣干預(yù)和治療方法的有效性，這是監(jiān)測(cè)腦性癱瘓治療情況的問(wèn)題之一。剪切波彈性成像技術(shù)可作為一種跟蹤工具，與臨床結(jié)論相結(jié)合判斷痙攣性腦癱的嚴(yán)重程度以及康復(fù)治療的短期和長(zhǎng)期療效［19］，且該技術(shù)無(wú)創(chuàng)、客觀、可行、簡(jiǎn)便，可用于腦癱患者治療前、治療中（如肉毒毒素注射療法）痙攣狀態(tài)的臨床評(píng)估和治療后的療效評(píng)價(jià)［41］。

有研究應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)定量評(píng)估監(jiān)測(cè)腦癱兒童肉毒素治療后肌肉硬度的改變以及持續(xù)時(shí)間［42］，發(fā)現(xiàn)盡管踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍或痙攣程度沒有明顯改變，剪切波彈性成像技術(shù)仍能檢測(cè)到注射肉毒毒素A 前后腦癱患兒腓腸肌被動(dòng)肌肉硬度的差異。由于研究的局限性，對(duì)被動(dòng)肌肉硬度改變的臨床意義尚不清楚。繼續(xù)努力促進(jìn)對(duì)異常被動(dòng)肌肉僵硬形成機(jī)制的理解，以及確定被動(dòng)肌肉硬度改變的臨床意義，這對(duì)于針對(duì)性地預(yù)防或確定異常被動(dòng)肌肉僵硬的發(fā)展至關(guān)重要。

BILGICI等［43］對(duì)A型肉毒毒素注射后腦癱患兒腓腸肌硬度變化的研究發(fā)現(xiàn)，注射前、注射后的剪切波速度值分別為（3.20±0.14）m/s和（2.45±0.21）m/s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），剪切波速度值和MAS 評(píng)分呈正相關(guān)。BERTAN 等［44］也對(duì)痙攣性腦癱患兒注射肉毒毒素A后的腓腸肌彈性成像值進(jìn)行了研究，研究組是注射肉毒毒素A 同時(shí)接受居家鍛煉計(jì)劃，對(duì)照組僅接受家庭鍛煉計(jì)劃，并在治療前和治療后1個(gè)月和3個(gè)月分別進(jìn)行了彈性成像的評(píng)估，僅在治療后1 個(gè)月，研究組腓腸肌彈性成像差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），對(duì)照組腓腸肌彈性成像差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且這些彈性成像測(cè)量值與臨床參數(shù)之間存在顯著相關(guān)性（P＜0.05），表明剪切波彈性成像技術(shù)結(jié)合臨床參數(shù)的測(cè)量可能有助于區(qū)分將在臨床上受益的患者，特別是在治療的早期階段。DA等［45］對(duì)下肢在注射肉毒毒素A 前后腓腸肌的硬度變化的研究也發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)果，腦癱患兒治療前后的剪切波彈性成像值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），同時(shí)還與MAS 評(píng)分呈正相關(guān)。這些研究表明應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)定量測(cè)量肌肉硬度，可為評(píng)估腦癱患兒的痙攣狀態(tài)和治療效果提供重要信息，從而為臨床醫(yī)生對(duì)這些患兒的評(píng)估和隨訪提供更客觀的數(shù)據(jù)。

CORRADO 等［24］通過(guò)使用剪切波彈性成像技術(shù)評(píng)估體外沖擊波治療腦癱兒童的比目魚肌攣縮的療效，證實(shí)了散焦體外沖擊波在減少腦癱兒童肌肉攣縮中的有效性，說(shuō)明剪切波彈性成像技術(shù)在腦癱中的應(yīng)用不僅可以觀察痙攣狀態(tài)和治療效果，還可以確定和選擇有效的治療手段。

3.2 在腦卒中后肌肉痙攣的評(píng)估

3.2.1 肌肉痙攣的評(píng)估：研究表明剪切波彈性成像技術(shù)可以用于定量評(píng)估腦卒中痙攣肌肉的硬度變化［46］。GAO 等［47］研究也支持這一觀點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)痙攣肌肉的剪切波速度值和相應(yīng)肢體的被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍呈負(fù)相關(guān)。LENG等［48］也發(fā)現(xiàn)腦卒中后患者的患側(cè)痙攣肌肉的楊氏模量值明顯高于非患側(cè)，其被動(dòng)肌肉硬度可以用剪切波彈性成像技術(shù)進(jìn)行量化。該研究還探究了剪切波彈性成像與Neuroflexor 的生物力學(xué)模型的相關(guān)性，結(jié)果表明兩者的結(jié)果相關(guān)，且兩者聯(lián)合應(yīng)用可以更好地量化痙攣肌肉的硬度，這有助于為卒中后患者設(shè)計(jì)合適的干預(yù)措施。

3.2.2 康復(fù)療效的評(píng)估：一項(xiàng)前瞻性研究［49］對(duì)7 例接受肉毒毒素A（botulinum neurotoxin A，BoNT-A）注射治療的卒中后上肢痙攣患者的彈性成像值進(jìn)行研究，觀察了注射前、注射后以及注射后平均22 d肱二頭肌的軸向應(yīng)變比、橫向應(yīng)變比和剪切波速度等超聲彈性參數(shù)，還進(jìn)行了治療前后的MAS 和TS 評(píng)估，結(jié)果表明治療前后的彈性成像值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），超聲彈性參數(shù)與MAS、TS 具有相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)為0.55±0.95，P＜0.05），說(shuō)明剪切波彈性成像可以用于腦卒中后上肢痙攣治療的療效評(píng)估。LIU 等［50］對(duì)60 例腦卒中伴上肢痙攣患者的痙攣肱二頭肌和正常肱二頭肌進(jìn)行剪切波彈性成像分析，比較了痙攣側(cè)與正常側(cè)肱二頭肌在康復(fù)治療前后的剪切波速度值和楊氏模量值，發(fā)現(xiàn)正常側(cè)與痙攣側(cè)肱二頭肌在康復(fù)治療前（P＜0.01）與康復(fù)治療后（P＜0.05）的剪切波速度、楊氏模量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并均與MAS 評(píng)分相關(guān)。剪切波彈性成像技術(shù)可作為定量指標(biāo)分析腦卒中后肌肉結(jié)構(gòu)和功能的變化，并可作為康復(fù)治療前后的評(píng)估手段。

3.3 其他 剪切波彈性成像技術(shù)還有在其他疾病導(dǎo)致的肌肉痙攣及肌肉硬度增加方面的應(yīng)用。一項(xiàng)用剪切波彈性成像技術(shù)測(cè)量Duchenne 肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（Duchenne muscular dystrophy，DMD）患者下肢肌肉組織彈性的研究發(fā)現(xiàn)，與健康兒童相比，DMD兒童股直肌、股外側(cè)肌、大收肌和臀大肌的肌肉硬度偏高［51］，說(shuō)明剪切波彈性成像技術(shù)可作為一種非侵入性工具監(jiān)測(cè)疾病早期的肌肉硬度變化。另外，在以痙攣為常見癥狀的多發(fā)性硬化癥中，超聲彈性成像技術(shù)作為一種客觀工具，在早期或晚期評(píng)估和量化多發(fā)性硬化癥的肌肉痙攣方面，并在監(jiān)測(cè)其抗痙攣治療效果方面，都是比較有前景的。

4 不足與展望

4.1 不足 彈性成像在肝臟、乳腺和甲狀腺成像等領(lǐng)域的臨床應(yīng)用存在共識(shí)指南，但對(duì)于剪切波彈性成像在肌肉骨骼方面還沒形成這樣的共識(shí)［52］。在顏色編碼、換能器放置、研究過(guò)程中的關(guān)節(jié)姿勢(shì)、施加壓力和測(cè)量前的調(diào)節(jié)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，使剪切波彈性成像技術(shù)在肌肉骨骼領(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)展受到限制［53］。楊氏模量和剪切波速度均能反映組織的彈性信息，但其單位是不一樣的，楊氏模量是kPa，剪切波速度是m/s，研究中要注意術(shù)語(yǔ)的使用［16］。此技術(shù)用于臨床時(shí)需建立規(guī)范性數(shù)據(jù)，并就術(shù)語(yǔ)達(dá)成共識(shí)。另外，在剪切波彈性成像技術(shù)用于臨床前，還需要進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步和對(duì)圖像采集的更好理解，以克服各種因素對(duì)結(jié)果的干擾［21］。

4.2 展望 首先，剪切波彈性成像的特點(diǎn)使其應(yīng)用于肌肉骨骼方面非常有價(jià)值。未來(lái)需要通過(guò)進(jìn)一步的、更多的研究對(duì)剪切波彈性成像的應(yīng)用逐漸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)其在肌肉骨骼方面的發(fā)展。另外，剪切波彈性成像在痙攣性腦癱方面的應(yīng)用也是值得進(jìn)一步研究的。研究表明，有必要為不同年齡段的兒童進(jìn)行特定的肌張力評(píng)估，并測(cè)試這些評(píng)估在臨床患兒中的有效性和可靠性［54］。未來(lái)可以探討剪切波彈性成像技術(shù)測(cè)得的肌肉硬度和肌肉張力的關(guān)系，以期為痙攣性腦癱的肌張力評(píng)估提供客觀量化的指標(biāo)。影響剪切波彈性成像的因素很多，在剪切波彈性成像技術(shù)應(yīng)用于痙攣性腦癱的肌肉評(píng)估時(shí)，需要更多的努力標(biāo)準(zhǔn)化方法和程序，以提高這一測(cè)量的可靠性［23］。

剪切波彈性成像與臨床常用的痙攣評(píng)估量表（如MAS）之間存在相關(guān)性，其彈性成像的特點(diǎn)可以彌補(bǔ)其他評(píng)估方法的不足，可以定量分析肌肉的硬度、判斷痙攣狀態(tài)，有助于研究者探究各種干預(yù)措施對(duì)痙攣治療的效果以及各種痙攣治療手段及其劑量的選擇。剪切波彈性成像技術(shù)在痙攣性腦癱康復(fù)中的應(yīng)用及其應(yīng)用價(jià)值也是值得探究的。