剪切波彈性成像在肌肉骨骼系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

阮堅(jiān)

【關(guān)鍵詞】?剪切波彈性成像;肌肉;肌腱;神經(jīng)

中圖分類號(hào)：R726.2???文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.02.016

肌肉骨骼系統(tǒng)疾病是臨床常見病，常規(guī)超聲、CT等檢查雖然在肌肉、肌腱、韌帶以及周圍神經(jīng)等肌肉骨骼疾病發(fā)生形態(tài)學(xué)改變時(shí)能做出診斷，但無(wú)法評(píng)價(jià)其生物機(jī)械力學(xué)特征，即無(wú)法對(duì)其彈性（硬度）進(jìn)行測(cè)量及評(píng)定。超聲彈性成像是由Ophir等于1991年提出，它通過(guò)獲得生物組織的彈性系數(shù)，評(píng)估組織的硬度。超聲彈性成像主要分為：壓迫性彈性成像，聲脈沖輻射成像及實(shí)時(shí)剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）。SWE是一種最新型超聲彈性成像，具有快速簡(jiǎn)便、安全無(wú)創(chuàng)、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，可定量測(cè)量生物組織（病變）的硬度，獲得彈性模量，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)影像學(xué)檢查的不足。目前SWE技術(shù)已廣泛應(yīng)用于乳腺[1]、甲狀腺[2～3]、淋巴結(jié)[4]、肝臟[5]及前列腺[6]等疾病的評(píng)估及診斷。近年也已開始應(yīng)用于肌肉肌腱、神經(jīng)組織及滑膜等肌肉骨骼系統(tǒng)疾病診斷及療效評(píng)估?，F(xiàn)就SWE在肌肉骨骼系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1?SWE的原理

SWE也稱E成像，它是通過(guò)超聲探頭發(fā)射脈沖刺激產(chǎn)生聲輻射力，在組織不同深度聚焦產(chǎn)生與傳統(tǒng)超聲波傳播方向垂直的橫向剪切波，利用“馬赫錐”原理，使組織中產(chǎn)生足夠強(qiáng)的剪切波，并以彩色編碼圖與灰階超聲相結(jié)合， 產(chǎn)生實(shí)時(shí)顯示組織彈性圖，通過(guò)定量分析技術(shù)計(jì)算出剪切波速度（單位：m/s），并推導(dǎo)出楊氏模量值[7～8]（E，單位：kPa）。楊氏模量與剪切波的關(guān)系：E=3ρcE為楊氏模量，ρ為組織密度，c為剪切波傳播速度） 。楊氏模量值能直接反映組織彈性硬度。楊氏模量值越大表示組織硬度越大。SWE具有實(shí)時(shí)、定量、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，且不受外界條件的限制，重復(fù)性好。

2?SWE在肌肉組織中的臨床應(yīng)用

2.1?評(píng)價(jià)健康人肌肉硬度并進(jìn)行相關(guān)性分析?既往臨床醫(yī)生評(píng)價(jià)肌肉組織的軟硬程度多采用手觸診法，主觀性強(qiáng)，而SWE能夠準(zhǔn)確測(cè)量肌肉組織彈性硬度并得到廣泛認(rèn)可。CHINO等[9]應(yīng)用彈性成像技術(shù)測(cè)量7種組織模擬材料和人體腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的楊氏模量值，相關(guān)系數(shù)為0.996，等于先前使用磁共振彈性成像獲得的值。驗(yàn)證了使用彈性成像測(cè)量肌肉硬度的可靠性和有效性。CORTEZ等[10]應(yīng)用SWE技術(shù)對(duì)16名志愿者內(nèi)側(cè)腓腸肌和脛前肌不同部位進(jìn)行多次測(cè)量評(píng)估，結(jié)果也顯示SWE技術(shù)在檢查者內(nèi)和檢查者間的可信度相等。溫朝陽(yáng)、肖瀘生等[11～12] 應(yīng)用SWE技術(shù)比較肱二頭肌在松弛和緊張（收縮）狀態(tài)下楊氏模量值差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)緊張（收縮）狀態(tài)下肌肉楊氏模量值較松弛狀態(tài)下增大，且肱二頭肌在收縮的過(guò)程中，楊氏模量值逐漸增大，與既往研究一致[13]。李文靜等[14]以健康成人為研究對(duì)象在中立位放松狀態(tài)下利用SWE測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)三角肌楊氏模量均值分別為（17.11±3.32）kPa、（16.24±2.53）kPa，結(jié)果表明三角肌的彈性模量測(cè)值信度高，能反映三角肌力學(xué)特征。

2.2?評(píng)價(jià)肌肉損傷及肌肉痙攣?肌肉損傷或病變，會(huì)導(dǎo)致肌肉組織力學(xué)性能的變化。 國(guó)內(nèi)學(xué)者研究顯示SWE能有效評(píng)價(jià)大鼠骨骼肌挫傷后康復(fù)過(guò)程[15]，也能監(jiān)測(cè)新西蘭兔急性肌肉損傷以及修復(fù)過(guò)程中肌肉硬度（楊氏模量值）的變化[16]，其變化與損傷的病理演變過(guò)程相一致。腦卒中患者由于上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷大部分會(huì)遺留不同程度肌肉痙攣， 目前臨床上常用半定量表對(duì)肌肉張力（硬度）進(jìn)行評(píng)定，主觀性強(qiáng)、缺乏定量標(biāo)準(zhǔn)。而樊留博等[17]利用SWE技術(shù)測(cè)量20例腦卒中痙攣性偏癱治療前后下肢多組肌肉的楊氏模量值并比較，結(jié)果顯示SWE能夠定量評(píng)估腦卒中后痙攣下肢肌張力變化，該研究表明，SWE可作為評(píng)估腦卒中患者康復(fù)療效及預(yù)后的新方法。國(guó)外學(xué)者的研究證實(shí)SWE不但能定量評(píng)估病變肌肉的硬度[18]，在肌肉良、惡性腫物的鑒別診斷[19]也有幫助。

2.3?在肌腱中的應(yīng)用?肌腱作為連接肌肉與骨之間的腱性結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的生物力學(xué)特性。SWE能夠量化肌腱的生物力學(xué)特性。秦鹍等人[20]研究證實(shí)了SWE能量化評(píng)估髕腱力學(xué)特性，在測(cè)試者內(nèi)與測(cè)試者間都有良好的信度，可見SWE技術(shù)測(cè)量髕腱硬度是一種可靠方法，與以往研究一致[21]，重復(fù)性好。ARDA、SUYDAM等[22～23]先后運(yùn)用SWE對(duì)健康志愿者跟腱進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示在踝關(guān)節(jié)休息位時(shí)跟腱的彈性模量值為（51.5±25.1）kPa。踝關(guān)節(jié)背伸10°時(shí)正常跟腱平均彈性模量值為83.2kPa，可見肌腱與肌肉組織相似，緊張（收縮）狀態(tài)下楊氏模量值較松弛狀態(tài)下增大。SUYDAM[23]研究還發(fā)現(xiàn)跟腱的彈性模量值與其面積或強(qiáng)度之間不存在相關(guān)性。而當(dāng)肌腱在發(fā)生病變或損傷時(shí)，其彈性（硬度）也會(huì)發(fā)生不同程度的改變。CHEN等[24]研究發(fā)現(xiàn)斷裂跟腱和治愈的損傷跟腱的彈性模量值均明顯低于正常人。AUBRY等[25]研究也證實(shí)了跟腱病患者跟腱剪切波速度明顯低于正常跟腱，還提出跟腱病的SWE診斷標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者[26～27]先后應(yīng)用SWE技術(shù)評(píng)估正常人群與家族性高膽固醇血癥患者及肥胖者跟腱的彈性值，結(jié)果顯示家族性高膽固醇血癥患者及肥胖者跟腱的彈性值較正常人低，可能與血脂異常，膽固醇在跟腱沉積以及跟腱長(zhǎng)期負(fù)荷過(guò)重等因素有關(guān)。有研究[28～29]顯示足底筋膜炎的筋膜硬度比正常人低，推測(cè)由于足底筋膜炎引起足底筋膜內(nèi)大量新生血管形成，從而導(dǎo)致足底筋膜的硬度降低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)年齡對(duì)足底筋膜的硬度也有影響，隨年齡的增加足底筋膜的硬度會(huì)變小，可能與老齡促進(jìn)肌腱細(xì)胞外基質(zhì)降解、肌腱的水分和黏多糖含量減少有關(guān)?？梢奡WE能對(duì)肌腱硬度進(jìn)行定量分析，為肌腱損傷及損傷程度的判斷、肌腱疾病診斷、預(yù)后療效評(píng)估提供重要依據(jù)。

2.4?在外周神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用?以往對(duì)周圍神經(jīng)病變主要依靠臨床癥狀體征判斷，主觀性強(qiáng)。超聲能清晰顯示外周神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部回聲，能夠測(cè)量其前后、左右徑及橫截面積等參數(shù)，卻無(wú)法測(cè)量其硬度。俞淼等人[30]應(yīng)用SWE技術(shù)測(cè)量30側(cè)腕管內(nèi)正中神經(jīng)腕管近、中、遠(yuǎn)段的彈性模量值（硬度）為：（41.3±10.3） kPa、（35.4±5.8） kPa、（38.1±4.3） kPa，證實(shí)SWE技術(shù)評(píng)估神經(jīng)硬度的可行性，還為臨床提供正常神經(jīng)硬度參數(shù)。黃點(diǎn)點(diǎn)等[31]研究也證實(shí)SWE可用于外周神經(jīng)彈性模量值的測(cè)量，且重復(fù)性好。腕管綜合征（carpal tunnel syndrome，CTS）是周圍神經(jīng)病變中常見疾病，它是由于腕部過(guò)度重復(fù)使用而引起的腕部周圍正中神經(jīng)長(zhǎng)期受壓，引起神經(jīng)纖維水腫、纖維化，纖維疤痕形成，導(dǎo)致神經(jīng)硬度增加。高金妹等[32]通過(guò)新西蘭大白兔建立坐骨神經(jīng)卡壓的動(dòng)物模型，利用SWE技術(shù)評(píng)價(jià)定量測(cè)量卡壓神經(jīng)的楊氏模量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卡壓后神經(jīng)腫脹、增粗、變硬，楊氏模量明顯增高。KATARCI等[33]應(yīng)用SWE技術(shù)對(duì)CTS患者和健康人正中神經(jīng)力學(xué)特征進(jìn)行比較評(píng)估，結(jié)果顯示CTS患者正中神經(jīng)楊氏模量（硬度）高于健康人，得出SWE技術(shù)診斷CTS的特異性93.3%、敏感度88.9%、準(zhǔn)確性91.7%。有學(xué)者[33，35]應(yīng)用SWE對(duì)DPN患者正中神經(jīng)及脛神經(jīng)進(jìn)行研究，結(jié)果也顯示DPN患者周圍神經(jīng)硬度高于正常對(duì)照組，可能由于葡萄糖過(guò)多代謝，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)滲透壓增高，細(xì)胞腫脹、變性，導(dǎo)致神經(jīng)纖維體積增大，或腕管、踝管處的神經(jīng)內(nèi)部壓力增加，缺血加重，脫髓鞘病變使神經(jīng)硬度增加所致。

2.5?SWE在滑膜組織中的應(yīng)用?類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種以滑膜增生為主要特征的自身免疫性疾病。高頻超聲聯(lián)合能量多普勒血流成像半定量對(duì)RA疾病診斷、療效評(píng)價(jià)、疾病進(jìn)展預(yù)測(cè)等方面能做出有效判斷。張茜等人[36]利用SWE技術(shù)測(cè)量36例RA膝關(guān)節(jié)滑膜炎患者滑膜的硬度（彈性模量值）并與能量多普勒血流分級(jí)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明SWE能對(duì)RA患者活動(dòng)期和非活動(dòng)期的滑膜炎做出初步評(píng)價(jià)，但對(duì)活動(dòng)期滑膜炎的病變程度的判斷能力不足。而張艷等人[37]運(yùn)用SWE技術(shù)測(cè)量44例RA患者膝關(guān)節(jié)滑膜彈性值并與抗環(huán)瓜氨肽抗體作相關(guān)性分析，結(jié)果顯示緩解組膝關(guān)節(jié)滑膜最大、最小、平均彈性模量值均低于活動(dòng)組（P<0.05）。活動(dòng)組膝關(guān)節(jié)滑膜最大、最小、平均彈性模量值均與抗環(huán)瓜氨肽抗體呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)r分別為：0.58、0.53、0.62）。說(shuō)明SWE技術(shù)為判斷RA患者膝關(guān)節(jié)滑膜病變提供了一種新的定量方法。但對(duì)活動(dòng)期滑膜炎的病變程度的判斷有待進(jìn)一步研究。

3?SWE應(yīng)用于肌肉骨骼系統(tǒng)的局限性

在運(yùn)用SWE測(cè)量時(shí)受一些因素影響。如：聲速的方向與肌肉、肌腱和神經(jīng)纖維走行的夾角對(duì)彈性模量值測(cè)量數(shù)據(jù)有影響，其夾角不同，測(cè)得彈性模量值也不同[38];同一肌肉神經(jīng)不同的斷面測(cè)量彈性模量值也有差異，縱切面的彈性模量值（楊氏模量剪切波速度及剪切模量）測(cè)值均大于橫切面，且縱切面測(cè)值可靠性更高[39～41]。如病變組織內(nèi)部處于鈣化、纖維化、出血或壞死等病理狀態(tài)，導(dǎo)致假陽(yáng)性或假陰性產(chǎn)生，影響結(jié)果的判斷。因此在測(cè)量彈性模量時(shí)超聲探頭應(yīng)與肌肉肌腱神經(jīng)纖維平行且避免在已有鈣化、出血或壞死部位測(cè)量，確保測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確，才能夠客觀反映出周圍神經(jīng)的硬度，為臨床提供可靠的神經(jīng)生物力學(xué)信息。

4?展望

綜上所述，剪切波彈性成像是一項(xiàng)新興無(wú)創(chuàng)技術(shù)，能夠客觀、準(zhǔn)確、定量檢測(cè)人體組織的彈性模量值，提供了其他影像學(xué)檢查無(wú)法提供的組織硬度信息，為肌肉骨骼系統(tǒng)疾病診斷及療效評(píng)估等方面提供一種新的定量評(píng)價(jià)方法，具有良好的臨床應(yīng)用前景。希望隨著SWE 技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)多中心、大樣本量的深入研究， 能夠制定出彈性成像的診斷標(biāo)準(zhǔn)以及操作指南，使SWE技術(shù)更好服務(wù)于臨床。

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（收稿日期：2020-01-03?修回日期：2021-01-26）

（編輯：梁明佩）