咽期舌骨運動量化分析方法的研究進展

王振宇，王學新，王亞楠，王 鵬，李金霞，馬甜甜

1.濱州醫(yī)學院康復醫(yī)學院，山東 煙臺 264003

2.煙臺毓璜頂醫(yī)院康復醫(yī)學科，山東 煙臺 264000

3.空軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院康復科，陜西 西安 710032

觀察舌骨運動對評估吞咽活動行為具有重要作用[1]。吞咽可分為3 個生理階段：口腔期、咽期和食管期。當飲食物從口腔進入咽腔時，即進入咽期階段。咽期需要一系列復雜活動的及時完成，這些活動包括舌骨和甲狀軟骨的垂直和前部移位、會厭傾斜和封閉、真假聲帶閉合以及食管上括約肌開放。這些活動必須與最初的食團推進和咽部收縮同步進行，以推動食物或液體通過咽部進入食管[2]。年齡、飲食物性狀、致吞咽障礙的疾病（如腦卒中和外傷等）均會影響吞咽的進行。舌骨-喉復合體的向上和向前運動，可引起喉關(guān)閉、會厭軟骨折返以及環(huán)咽肌開放和閉合，進而保證吞咽運動的完成。舌骨運動常被用來作為觀察舌咽復合體的衡量指標[3]。研究表明，吞咽功能障礙患者的舌骨運動幅度和速度均有所降低[4-6]，因此衡量舌骨運動對于評估吞咽功能變得尤為重要。應(yīng)用影像學手段量化舌骨運動參數(shù)逐漸發(fā)展成一項可以評估吞咽功能的重要手段[7-9]，并且具有高準確率和高特異度的特點。本文對當前舌骨運動量化分析方法進行綜述。鑒于CT 和MRI 僅能對舌骨進行靜止狀態(tài)下的形態(tài)學觀察，因此本文不予討論。

1 吞咽造影

吞咽造影檢查是在X 線透視下，對一次完整吞咽運動下的口唇、舌肌、舌骨、咽喉和食管進行動態(tài)捕捉，通過截取目標圖像、標記和逐幀回放等方式，進行定性、半定量和定量分析[10]，以發(fā)現(xiàn)異常吞咽活動，協(xié)助吞咽功能的檢查和評估，被公認為是吞咽功能檢查的“金標準”。吞咽造影檢查時，使用透視X 線機進行側(cè)位拍攝，患者取坐位，拍攝窗口觀察范圍上至鼻腔上側(cè)壁，下至C7 頸椎節(jié)段，前至口唇，后至頸后。以舌骨位移的起止作為標志性事件，以30 幀/s 的速率捕捉吞咽運動圖像，之后進行慢速逐幀回放以進行量化分析。標記各器官運動（如舌骨運動、喉關(guān)閉和環(huán)咽肌開放）的關(guān)鍵時間點，記錄目標參數(shù)[11]。舌骨運動時間（hyoid movement time，HMT）是從舌骨開始向前向上運動、舌骨復位并至靜息位的時間，其標志性移動位點包括舌骨開始移位的點（也被視為咽期的起始位點）、舌骨位移至最遠距離的時間點（被認為與吞咽幅度相關(guān)）以及舌骨回到原靜息位的點。

1.1 半定量分析

MARTIN-HARRIS 等[12]對吞咽造影檢查進行細化，命名為改良鋇劑吞咽損傷模式（modified barium swallow impairment profile，MBSImP），將吞咽動作細分為17 個生理步驟，包括口唇閉合、舌推移、飲食物咀嚼、運送、口腔內(nèi)殘留、咽期啟動、軟腭上抬、喉上抬、舌骨運動、會厭翻轉(zhuǎn)、喉關(guān)閉、咽蠕動、咽收縮、上食道括約肌開放、舌根收縮、咽部殘留和直立位食道清空，針對每一個生理步驟制定各分級標準，對各部分內(nèi)容進行分級評分。與傳統(tǒng)的吞咽造影下定性分析或量表分析相比，這種分析方法觀察的內(nèi)容更加全面，并且羅列了吞咽活動所包含的各個解剖結(jié)構(gòu)，便于在同一患者的治療周期中進行多次縱向?qū)Ρ?，以及在不同的患者之間進行橫向?qū)Ρ取Ｈ欢?，盡管對于此方法可以制定統(tǒng)一的評分和分級標準，但依然屬于基于定性觀察下的半定量分析，因此存在主觀成分。

1.2 定量分析

LEONARD 等[13]截取舌骨靜息位和舌骨最大位移這2 幀圖像，以脊柱作為參照物，將2 幀圖像進行堆疊，直接測量舌骨在前后2 幀圖像上的位移距離。由于舌骨運動可理解為向上和向前運動，因此KIM 等[14]應(yīng)用Image J 軟件捕捉舌骨運動圖像，以C3 頸椎作為參照物，以C4頸椎左下角作為參照點，記錄向前位移距離和向上位移距離，舌骨位移距離為2 者的平方根。MOLFENTER 等[15]也是采用此方法捕捉舌骨運動圖像，不同的是其將測量結(jié)果導出至Excel 文件中，其中嵌入一個宏，可以識別2 個用戶定義的邊界幀（“開始”“結(jié)束”）之間的最大和最小舌骨位置值。

上述定位舌骨位置的方法均基于視覺判斷視頻中的舌骨運動，并手動逐幀繪制舌骨位置。然而，在臨床應(yīng)用中，手動跟蹤費時又費力，限制其使用率。于是，KELLEN 等[16]提出了一種手動識別感興趣區(qū)域，并在后續(xù)幀中使用Sobel 邊緣檢測跟蹤舌骨的方法來定義標定幀中的舌骨。HOSSAIN 等[17]提出了一種通過Haar 分類器來匹配舌骨的半自動舌骨跟蹤系統(tǒng)。LEE 等[18]開發(fā)出一款軟件，通過計算局部二值模式以及多尺度局部二值模式來捕捉舌骨運動軌跡。然而，這些方法仍然需要人工識別明顯包含舌骨的區(qū)域，在第一幀中肉眼定位并手動標記出目標區(qū)域，然后使用運動算法檢測舌骨的運動。這些研究中使用的圖像數(shù)量不能代替患者群體實際情況。改進的舌骨定位和自動舌骨跟蹤系統(tǒng)可以為臨床醫(yī)師提供一種更快的評估方法。因此，KIM 等[19]開發(fā)了一種應(yīng)用單鏡頭多盒檢測器的軟件分析平臺，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標檢測方法，可以定位包含舌骨感興趣區(qū)域在內(nèi)及其隨后的視頻幀。與依靠視覺定位和手動逐幀跟蹤相比，應(yīng)用軟件分析可以減少主觀帶來的誤差，并且省時省力，然而具體應(yīng)用于臨床仍有待進一步完善。

2 肌骨超聲

在評估吞咽功能時，超聲可用來定性分析口腔內(nèi)食團的運動情況[20]以及舌肌推移運動[21]，這是因為超聲能夠通過聲學陰影以觀察骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以識別出下頜骨、舌骨和甲狀軟骨。操作時，被檢者取坐位，檢查者立于被檢者身后，右手固定探頭位置于被檢者頦下正中部位，此時在顯示器上可以觀察到舌骨及其附屬肌群的正中矢狀位圖像，囑被檢者進行吞咽動作即可獲得吞咽動態(tài)圖像[22]。頦下超聲是評價舌骨運動的一種可靠且準確的定量方法[23]。由于超聲具有動態(tài)觀察的優(yōu)勢，因此可獲得代表位移距離的運動學參數(shù)和代表速率的時間學參數(shù)。

2.1 運動學參數(shù)

2.1.1 舌骨-甲狀軟骨距離

黃格朗等[24]將超聲探頭置于患者喉部，與正中矢狀位相平行，顯示出甲狀舌骨跟至甲狀軟骨的縱切面圖，可見舌骨和甲狀軟骨伴后方偽像的強回聲影。隨后，囑患者進行吞咽動作，記錄舌骨-甲狀軟骨的最大距離、最小距離、縮短距離和縮短率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當舌骨-甲狀軟骨縮短率小于靜息狀態(tài)距離的40%時，可判定為存在吞咽功能障礙。此方法可用于間接計算舌骨運動距離，進而作為評估吞咽功能障礙的評分工具。然而，由于受到吞咽動作的干擾（如男性群體喉結(jié)動度過大），此法難免存在測量誤差。MATSUO等[25]的研究表明，舌骨運動距離與身高呈顯著正相關(guān)，因此會受到身高因素的影響，所以以舌骨位移最大距離除以喉位移最大距離作為吞咽指標，以計算舌骨-喉運動比。具體的測量方法：將受試者固定于自行研制的器械上，將探頭置于受試者頜下旁（取矢狀位），囑受試者做吞咽動作，記錄舌骨運動距離和喉運動距離，結(jié)果顯示在正常吞咽情況下，舌骨-喉運動比為0.5，且舌骨-喉運動比與年齡、身高和體質(zhì)量無顯著相關(guān)性。因此，舌骨-喉部運動比是量化舌骨運動的有效研究方法，但是該研究并未將吞咽功能作為一項觀察指標以分析舌骨運動與吞咽功能的關(guān)系。

2.1.2 舌骨-下頜骨移動距離

在HSIAO 等[26]的研究中，檢查者將拇指置于被檢者下頜角，食指置于頦突處，中指環(huán)指將3.5 MHz 曲線換能器固定于正中矢狀位，利用逐幀分析原理，采用雙軸坐標系，以下頜骨強回聲影為參照點，以舌骨肌群交叉點標記舌骨位置，為一對坐標（X2，X1），在吞咽過程中，舌骨向上向前移動至以（X2，Y2）標記的新位置，以吞咽前后2 個坐標之間的距離表示舌骨位移。該研究認為，舌骨運動距離小于1.5 cm 與吞咽功能差有關(guān)。YABUNAKA 等[27]以健康成人作為樣本，分析舌骨運動軌跡以及與年齡相關(guān)的吞咽變化。該研究將舌骨的4 個關(guān)鍵運動標記為4 個位點：A點表示舌骨運動的起始，B 點代表舌骨已完全抬高并代表向前運動的開始，C 點對應(yīng)最大前移位和開始返回運動，D 表示恢復至原休息位置。按時間順序，再將運動分為4 個階段：緩慢上升階段（A-B；上升）、快速上升階段（B-C：前）、臨時暫停階段（最大上升位置，保持不變）以及快速或緩慢下降向靜止位相移動（C-D：返回）。該研究通過對比不同年齡段的樣本，認為舌骨最大升高點的測量值隨年齡增長而下降。此方法將舌骨運動拆解為上升和前移2 個階段，與“終-末”法相比，更貼切地還原了咽期舌骨的真實運動軌跡，為更加準確量化分析舌骨運動提供了一條實驗設(shè)計思路。LEE 等[28]同樣以下頜骨作為參照點，按照滲透-誤吸量表這一經(jīng)典的吞咽功能評分工具，將實驗對象分為滲透組、誤吸組和非誤吸組，發(fā)現(xiàn)舌骨運動距離與吞咽功能呈正相關(guān)，并且得出如下結(jié)論，即當舌骨運動距離小于1.35 cm 時存在誤吸風險。此研究結(jié)果表明，頦下超聲評估舌骨運動位移可作為分析吞咽功能的一種手段。

2.2 時間學參數(shù)

SONIES 等[29]利用多普勒超聲對舌骨及其附屬肌群進行量化分析。在多普勒窗口下舌骨運動可形成頻譜圖像，可對其時間和速率進行定量分析，為舌骨的動態(tài)觀察提供了更有說服力的手段。CHI-FISHMAN 等[30]同樣利用多普勒技術(shù)，并且改進了探頭固定裝置，允許探頭進行各個方位如旁矢狀位的觀察，對舌骨及舌骨附著肌群進行動態(tài)捕捉并且進行逐幀觀察，最后在笛卡爾坐標系中對舌骨運動距離、時間和速率進行定量測量。B 型超聲的動態(tài)觀察特點以及多普勒測量速度的優(yōu)勢為頦下肌骨超聲評估吞咽功能提供了極大的可行性和準確性，但其對感興趣區(qū)域的定位、后續(xù)逐幀跟蹤以及數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，仍需進一步研究。

3 小結(jié)與展望

目前在評估咽期舌骨運動方面，吞咽造影可直觀觀察吞咽活動的整個時程，并且觀察窗口穩(wěn)定完整，但因其為有創(chuàng)操作，并且配合度低、操作復雜，因此難以在臨床實踐中得到大規(guī)模的應(yīng)用。肌骨超聲簡單易操作、可重復性高、患者依從性高，并且可以對動態(tài)參數(shù)進行更加敏感地捕捉，但是操作者的手法和技術(shù)水平對結(jié)果的影響較大，且成像特點存在缺陷。目前對于超聲和造影量化分析吞咽功能尚缺乏共識，大多以觀察形態(tài)學結(jié)構(gòu)為前提，主觀量表為輔助，缺乏一種精準、無創(chuàng)、操作方便的評估方法。然而，這2 種檢查方法均可通過直接觀察舌骨運動而推測其吞咽功能，在評估吞咽功能方面仍具有重要的意義。將舌骨運動準確量化評估有助于臨床評估吞咽功能。今后尚需進一步研究，以提高檢查的準確性和可操作性。