多模態(tài)超聲成像在腦卒中患者腓腸肌痙攣評估中的應(yīng)用

陳明珍，姜凡，單永，洪永鋒，劉學(xué)，肖洪波，陳瑞全

1.安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，a.超聲診斷科；b.康復(fù)科，安徽合肥市 230601；2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院針灸康復(fù)中心一科，安徽合肥市 230031

腦卒中是高發(fā)病率和高致殘率的腦血管疾病，目前已發(fā)展為全球性公共衛(wèi)生問題[1]。痙攣是腦卒中后常見的運(yùn)動功能障礙，表現(xiàn)為肌肉僵硬、肢體攣縮和運(yùn)動模式異常，可導(dǎo)致患者殘疾[2]。臨床對痙攣的評估常用改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)，然而量表評定主觀性強(qiáng)，可靠性不佳[3]。近年來，高頻超聲在肌骨系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛：二維灰階超聲提取的肌肉厚度(muscle thickness,MT)、羽狀角(pinnation angle,PA)、肌纖維長度(fascicle length,FL)等肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)(muscle architecture parameters,MAP)，不僅能反映肌肉的形態(tài)結(jié)構(gòu)信息，還可以評估力學(xué)變化[4-5]；剪切波彈性成像(shear wave elastography,SWE)通過檢測聲波在目標(biāo)組織中的傳播速度，實(shí)現(xiàn)對組織硬度的可視化定性和機(jī)械特性定量研究，在評估肌肉痙攣方面有較好信度[6-7]。本研究探討多模態(tài)超聲定量評估腦卒中后腓腸肌狀態(tài)的價(jià)值，揭示腦卒中后腓腸肌痙攣的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019 年3 月至9 月在安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院住院接受康復(fù)治療的腦卒中偏癱患者44例為試驗(yàn)組，均符合中華醫(yī)學(xué)會神經(jīng)病學(xué)分會制定的腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①單側(cè)下肢運(yùn)動障礙；②患側(cè)下肢MAS 分級≥I級，健側(cè)肌張力正常；③意識狀態(tài)良好，能配合研究。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重認(rèn)知、言語障礙；②嚴(yán)重骨骼-肌肉系統(tǒng)疾病或畸形；③嚴(yán)重的重要臟器疾??；④不能做關(guān)節(jié)最大等長收縮。

剔除與脫落標(biāo)準(zhǔn)：①臨床數(shù)據(jù)不完整；②采集過程中圖像質(zhì)量不滿意。

選擇同期在安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院健康體檢者46例為對照組，無腦血管病、腿部外傷史，無手術(shù)史及嚴(yán)重肌肉或骨骼疾病。

兩組性別、年齡無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經(jīng)安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)〔No.PJ-YX2019-056(F2)〕，獲得所有研究對象知情同意。

1.2 方法

采用Canon AplioI 900 彩色多普勒超聲診斷儀(日本 佳能公 司)，PLI-1205BX 探頭(4～18 MHz)和PLI-2004BX探頭(8.8～24 MHz)，musculoskeletal模式。

受試者俯臥于檢查床，雙足伸出床沿自然下垂，裸露雙側(cè)小腿，踝關(guān)節(jié)保持中立位。囑受試者抗阻踝跖屈顯示腓腸肌輪廓，定位腓腸肌內(nèi)側(cè)頭脛骨外側(cè)髁和外踝連線中上1/3交點(diǎn)的肌腹處[9]，標(biāo)記定位。厚涂耦合劑，避免肌纖維受壓發(fā)生形變。探頭垂直于皮膚置于標(biāo)記處，與小腿長軸平行，獲得矢狀面圖像。對受試者足底施壓，讓受試者盡力做踝關(guān)節(jié)跖屈，測量最大等長收縮狀態(tài)時(shí)腓腸肌參數(shù)，為防止肌肉疲勞，囑受試者放松。

二維灰階超聲定位，調(diào)節(jié)增益、深度等獲取清晰肌纖維回聲圖像，凍結(jié)。感興趣區(qū)內(nèi)深層強(qiáng)回聲腱膜與斜形走行的弱回聲肌束之間的夾角為PA；深層和淺層平行強(qiáng)回聲信號帶之間的距離為MT；最長的斜行弱回聲帶為FL，如超出超聲探測范圍，用平行四邊形模擬公式計(jì)算：

見圖1。

圖1 腓腸肌內(nèi)側(cè)頭矢狀面聲像圖

開啟SWE 模式，剪切波速度(shear wave velocity,SWV)量程0.5～12 m/s，得到組織彈性圖，紅色圖像表示硬度高，藍(lán)色圖像表示硬度低。感興趣區(qū)內(nèi)顏色充填均勻時(shí)凍結(jié)圖像，Size 2 取樣框，在距離皮膚層1.0 cm和1.5 cm處分別測量5個(gè)SWV[2]，取10次測量的平均值。見圖2。

圖2 SWE圖像

更換24 MHz 高頻探頭，啟動超微血管成像(super microvascular imaging,SMI)模式，速度標(biāo)尺0.9 cm/s，調(diào)整取樣框，調(diào)節(jié)彩色增益至顯示清晰圖像，選擇血流最豐富的切面凍結(jié)，系統(tǒng)自動生成血流信號值，用血流像素?cái)?shù)與取樣框內(nèi)總像素?cái)?shù)的百分比表示。見圖3。

圖3 SMI圖像

超聲檢查由同一位從事超聲工作2年的醫(yī)師完成。所有數(shù)據(jù)存盤以備脫機(jī)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料以()表示，符合正態(tài)分布的，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的，采用秩和檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

靜息狀態(tài)下，試驗(yàn)組患側(cè)SWV 明顯高于健側(cè)和對照組(P＜0.01)。試驗(yàn)組患側(cè)FL 明顯縮短(P＜0.01)，MT和PA 均高于健側(cè)(P＜0.05)。血流信號值低于對照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組靜息狀態(tài)下腓腸肌超聲參數(shù)比較

最大等長收縮狀態(tài)下，兩組FL 均較靜息狀態(tài)時(shí)顯著減小(P＜0.001)。見表3。

表3 兩組靜息與最大等長收縮狀態(tài)下腓腸肌FL差值比較(mm)

3 討論

痙攣是上運(yùn)動神經(jīng)元受損，導(dǎo)致對脊髓牽張反射調(diào)控障礙的肌張力增加[10]。痙攣性癱瘓是腦卒中后常見的并發(fā)癥，腦卒中患者痙攣患病率為30%～80%[11]。腦卒中后，下肢肌肉特性存在不均勻變化[12]。

目前評定肌痙攣的方法很多。臨床廣泛使用的MAS以觸診為基礎(chǔ)，存在測試誤差[13]。表面肌電圖通過記錄神經(jīng)肌肉生物電信號反映肌肉功能，但易受鄰近肌肉活動的影響[14]。力學(xué)評估方法，如等速測試指標(biāo)、扭矩測定等，因設(shè)備昂貴、受場地限制等，難以在臨床使用，且不能識別肌肉、肌腱的力學(xué)變化[15-16]。

肌肉功能改變與其形態(tài)結(jié)構(gòu)、機(jī)械特性的改變相關(guān)[17]。肌骨超聲成像能從形態(tài)學(xué)和生物力學(xué)客觀評價(jià)肌肉功能，不但能了解痙攣程度，還可以客觀評價(jià)治療效果。

二維灰階超聲能夠區(qū)分肌組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)，MAP受牽張力矩影響，可客觀評價(jià)肌張力[18-19]。Yang 等[20]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者患側(cè)腓腸肌MT 和PA 高于健側(cè)，F(xiàn)L減少，與本研究結(jié)果一致。腦卒中后肌肉痙攣，使肌纖維向心性收縮，拉伸扭矩增加，垂直于肌束膜的扭矩分量和軸向扭矩角增加。肌纖維幾何排列結(jié)構(gòu)與肌肉的機(jī)械力學(xué)特性相關(guān)，影響肌肉收縮功能[21]。Thielman 等[22]研究表明，PA 增大和FL 減少意味著肌纖維排列減少，運(yùn)動方向上肌肉收縮力減小，運(yùn)動功能下降。本研究數(shù)據(jù)與劉美快等[23]的結(jié)果不同，可能由于本組患者病程較長，肌肉結(jié)締組織、Ⅱ型纖維增多[24]。FL 是最重要的肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)，它與肌節(jié)數(shù)相關(guān)，是決定肌肉短縮速度和幅度的關(guān)鍵因素[25]。已有研究發(fā)現(xiàn)[26]，腦卒中后偏癱側(cè)肢體肌節(jié)縮短，收縮功能減退，在最大等長收縮狀態(tài)下，腦卒中患者患側(cè)FL縮短最小。

肌張力增加不僅涉及肢體運(yùn)動阻力，還包括肌肉或結(jié)締組織的物理特性[27]。Lee 等[28]認(rèn)為，腦卒中后肌肉痙攣的機(jī)制可能與肌肉結(jié)構(gòu)改變，如肌動蛋白連接的橫橋數(shù)目減少、肌節(jié)縮短等有關(guān)。對腦癱患者進(jìn)行肌肉活檢發(fā)現(xiàn)[29]，痙攣性肌細(xì)胞肌節(jié)比正常肌細(xì)胞短，彈性模量高。另外，腦卒中后肌肉成分改變也會導(dǎo)致肌肉硬度增加，相關(guān)病理基礎(chǔ)是痙攣肌肉的細(xì)胞外基質(zhì)和膠原濃度增加，結(jié)締組織浸潤[17]。

SWE是一種無創(chuàng)量化評估肌肉力學(xué)特性的超聲成像技術(shù)，可獲取組織內(nèi)SWV；對SWV 進(jìn)行彩色編碼，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為彩色彈性圖，從而實(shí)現(xiàn)對組織硬度的可視化定性與定量研究[30]。美國食品藥品監(jiān)督管理局推薦使用SWV 量化評估組織彈性[31]，以避免肌纖維各向異性導(dǎo)致的彈性分布不均勻。SWE與臨床痙攣指數(shù)正相關(guān)[32]。腦癱、腦卒中等疾病患者，痙攣側(cè)肌肉SWV 明顯高于健側(cè)[33-35]。本研究顯示，腦卒中患側(cè)腓腸肌SWV 高于健側(cè)及對照組，與Le Sant 等[36]的結(jié)果一致。SWE量化單一肌肉力學(xué)特性，對肌痙攣的康復(fù)干預(yù)，尤其是協(xié)助肉毒毒素精準(zhǔn)注射有重要價(jià)值[37]。

既往研究顯示[38]，腦卒中患者腓腸肌血流減少，而彩色多普勒超聲成像受敏感性限制，不能客觀反映肌層低速血流，評價(jià)存在偏差。SMI 是一種新的多普勒技術(shù)，具有較高分辨率，可以清晰顯示和定量分析直徑＜0.1 mm 血管中的血流分布特點(diǎn)。與彩色多普勒超聲成像比較，SMI 能區(qū)分探頭移動造成的偽像與真正的血流信息，高敏感、高分辨率顯示微細(xì)低速血流[39]，在肝臟、骨骼肌、乳腺等均有較好應(yīng)用[40-41]。本研究顯示，采用SMI評價(jià)腦卒中患者患側(cè)腓腸肌內(nèi)血流，可以定量獲得患側(cè)腓腸肌內(nèi)血管密度，準(zhǔn)確評估腦卒中后肌肉血供減少程度。

多模態(tài)超聲成像具有操作簡便、客觀精確、安全無創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。當(dāng)受試者肌肉出現(xiàn)損傷、出血、鈣化，若操作者訓(xùn)練不足，對超聲探頭壓力控制不穩(wěn)定，可能會影響超聲成像結(jié)果。以后將采用表面肌電圖保證測量時(shí)肌肉處于最大等長收縮狀態(tài)。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。