剪切波彈性成像技術(shù)評(píng)估距腓前韌帶急性損傷的應(yīng)用價(jià)值

焦玉婷 趙超超 孫 芳 胡建棣 楊 智

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科 山東 濱州 256603

距腓前韌帶(anterior talofibular ligament，ATFL)損傷是踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻扭傷中最常見的韌帶損傷[1]。常規(guī)超聲現(xiàn)已廣泛用于踝關(guān)節(jié)損傷的診斷，但對(duì)韌帶損傷后修復(fù)程度難以做出量化。剪切波彈性成像(shear wave elastography，SWE)技術(shù)是用楊氏模量或剪切波速度定量評(píng)估組織彈性，既往有研究[2-3]證明SWE可評(píng)估跟腱不同病理狀態(tài)，且能對(duì)其斷裂及其修復(fù)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)超聲無法量化的空白。Hotfiel等[4]研究表明，中立位時(shí)聲波輻射脈沖(acoustic radiation force impulse,ARFI)成像評(píng)估ATFL的力學(xué)性能信度及價(jià)值高。但是在跖屈內(nèi)翻位時(shí)常規(guī)超聲檢查更容易發(fā)現(xiàn)撕裂。目前尚無兩種體位的彈性對(duì)比研究，且對(duì)ATFL損傷后的硬度研究較少。本研究旨在研究正常與急性損傷時(shí)ATFL的組織力學(xué)特性，為進(jìn)一步評(píng)估損傷修復(fù)提供技術(shù)可行性支持。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 正常組為21名踝關(guān)節(jié)健康志愿者，其中男性11名，女性10名，AOFAS評(píng)分及CAIT均滿分，無踝關(guān)節(jié)損傷史，關(guān)節(jié)活動(dòng)度及踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性好。排除下肢手術(shù)史，下肢急性或慢性勞損者。損傷組為38名ATFL單側(cè)損傷患者，男、女性各19名。納入標(biāo)準(zhǔn)為：有外傷史，就診時(shí)間在3 d內(nèi)；為閉合性損傷；所有損傷均由手術(shù)或MR證實(shí)。排除標(biāo)準(zhǔn)為：踝關(guān)節(jié)損傷史；關(guān)節(jié)韌帶退行性變、神經(jīng)病變、關(guān)節(jié)炎等全身疾病。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者均知情同意。正常組與損傷組的年齡、身高、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)(Body Mass Index,BMI)均無顯著差異(表1)。

表1 兩組一般情況的比較

1.2 儀器與方法

1.2.1 常規(guī)超聲檢查及彈性數(shù)據(jù)采集 使用Canon公司生產(chǎn)的Aplio i900超聲診斷儀，i18LX5線陣探頭，頻率18 MHz，配備SWE功能。在室溫為20～25 ℃的條件下采集。SWE條件下選取MSK條件，嚴(yán)格垂直于皮膚并取ATFL縱軸切面，同時(shí)顯示ATFL距骨與腓骨附著處，調(diào)節(jié)ROI為2 mm，用剪切波速度(shear wave velocities，SWVs)評(píng)估彈性信息，計(jì)算各測量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。受試者取坐位，腳平置于檢查床上，正常組行中立位及跖屈內(nèi)翻位掃察(圖1)。首先對(duì)ATFL行縱切和橫切檢查，排除韌帶異常的情況。每個(gè)距腓前韌帶的SWVs分別從3個(gè)部位測量：L1為距腓前韌帶的中心位置；L2為距腓骨附著處5 mm處；L3為距距骨附著處5 mm處。每個(gè)部位測量3次并計(jì)算平均值。損傷組行跖屈內(nèi)翻位檢查，測量位置為韌帶紋理模糊不清處。對(duì)SWE條件下無信號(hào)(圖2)的ATFL行壓迫式彈性成像(compression elastography,SE)檢查。SE數(shù)據(jù)采集使用HITACHI公司生產(chǎn)的Ascendus超聲診斷儀，L75 18-5線陣探頭，配備彈性成像功能。體位與切面與SWE條件下保持一致，使用導(dǎo)聲墊做對(duì)比，測量ATFL與導(dǎo)聲墊的硬度比值，每個(gè)韌帶測量3次取平均值。

1.2.2 臨床功能評(píng)估 采用美國骨科足踝協(xié)會(huì)評(píng)分(ankle hindfoot score，AOFAS)及Cumberland踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定評(píng)價(jià)問卷(cumberland ankle instability tool，CAIT)。AOFAS由美國足踝骨科協(xié)會(huì)制定，結(jié)合了疼痛和功能的主觀評(píng)分和基于物理檢查的客觀評(píng)分[4]。CAIT是用于評(píng)價(jià)和量化功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定程度的問卷，具備可靠性和有效性研究數(shù)據(jù)[5]。

a. 中立位；b.跖屈內(nèi)翻位。

圖2 跖屈內(nèi)翻位時(shí)部分ATFL在SWE條件下無信號(hào)填充

2 結(jié)果

2.1 SWE檢查結(jié)果

2.1.1 正常組 42個(gè)ATFL在不同體位(中立位及跖屈內(nèi)翻位)行SWE檢查，中立位均有信號(hào)充填；跖屈內(nèi)翻位30個(gè)顯示硬度高的紅色(圖3)，12個(gè)無信號(hào)填充(圖2)。不同體位下SWVs值具有顯著差異(L1、L2、L3處t=10.809，10.114，10.803，P均<0.01)，3個(gè)檢查位置的SWVs值比較，跖屈內(nèi)翻位均顯著高于中立位(P均<0.01)。而在同一體位3個(gè)位置的SWVs值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。不同性別SWVs(中立位t=0.326，P=0.056，跖屈內(nèi)翻位t=1.630，P=0.063)及雙側(cè)踝關(guān)節(jié)SWVs(中立位t=1.092，P=0.281，跖屈內(nèi)翻位t=0.650，P=0.521)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。壓迫式彈性成像檢查發(fā)現(xiàn)：12個(gè)ATFL中部的硬度比值(中立位vs跖屈內(nèi)翻位：3.6±1.2vs14.7±9.1，Z=-4.157，P<0.01)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見表3)。

表2 距腓前韌帶3個(gè)部位、不同體位的SWVs比較

表3 兩種成像方式ATFL不同體位的硬度比較

A.中立位SWVs，L1：2.25m/s。L2：2.28m/s。L3：2.14m/s；B. 跖屈內(nèi)翻位SWVs：L1，5.69m/s；L2，4.46m/s；L3，6.14m/s。

2.1.2 損傷組 38個(gè)ATFL跖屈內(nèi)翻位行超聲檢查，損傷韌帶表現(xiàn)為增厚、回聲減低，損傷韌帶內(nèi)見血流信號(hào)，韌帶處SWE條件下均有信號(hào)充填，損傷處的SWVs為(3.4±1.1)m/s(圖4)。損傷組ATFL與正常組中立位ATFL的SWVs比較有顯著差異(t=-4.693，P<0.01)，損傷組與正常跖屈位ATFL的SWVs比較有顯著差異(t=5.794，P<0.01)(圖5)。

A. 損傷韌帶表現(xiàn)為增厚、回聲減低，損傷韌帶內(nèi)見血流信號(hào)；B. ATFL損傷處SWVs：2.59 m/s。

圖5 正常與損傷距腓前韌帶的SWVs比較(m/s)

2.2ICC檢驗(yàn)結(jié)果 SWE條件下評(píng)估中立位和跖屈內(nèi)翻位的SWVs值可重復(fù)性好(ICC均>0.75，P<0.01)，且ATFL的彈性測量可重復(fù)性中部(ICC=0.934)較腓骨附著處(ICC=0.757)及距骨附著處(ICC=0.750)高。

3 討論

ATFL是踝關(guān)節(jié)最薄弱的韌帶，近三分之二的踝關(guān)節(jié)外側(cè)扭傷與ATFL的單獨(dú)損傷有關(guān)[6]。本研究探討了正常與急性損傷時(shí)ATFL的彈性特征，為臨床ATFL急性損傷診斷與后期恢復(fù)情況評(píng)估提供參考值，先前未見此類研究。

目前，臨床醫(yī)生通常使用壓迫試驗(yàn)及前抽屜試驗(yàn)診斷急性踝關(guān)節(jié)損傷和慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)[7]，但疼痛和腫脹可能降低臨床試驗(yàn)的敏感性和準(zhǔn)確性[1]。應(yīng)力X線片是最常用的影像學(xué)檢查方法，由于肌肉具有收縮力而存在假陰性誤差，研究表明，應(yīng)力X線攝影檢查中，僅有11%的患者距骨傾斜超過15°，而利用高頻超聲行壓迫或抽屜試驗(yàn)，可直觀顯示韌帶及周圍組織形態(tài)學(xué)信息，減少漏診率[8]。Cho等[7]發(fā)現(xiàn)，ATFL在放松和緊張狀態(tài)下可以顯示出不同的超聲表現(xiàn)，但未對(duì)其彈性情況做出描述。SWE在肌骨方面已被用于測量健康人群肌肉、肌腱等可收縮結(jié)締組織的硬度[9]。Chiu等[10]研究表明SWE評(píng)估跟腱在靜態(tài)及拉伸狀態(tài)下硬度有變化，且具有較高的可靠性。我們對(duì)ATFL中立位及跖屈內(nèi)翻位的硬度做了研究，表明其中立位與跖屈內(nèi)翻位的SWVs值有顯著差異，在跖屈位時(shí)剪切波速度明顯增大，硬度增加，表明ATFL在松弛與繃緊時(shí)硬度差異大。吳覺紅等[11]研究發(fā)現(xiàn)，其在中立位和最大外旋位時(shí)的楊氏模量有很大差異，原因可能是韌帶有豐富的III型膠原，使韌帶具有柔韌性，在韌帶被拉伸時(shí)，彈性模量增加[12]。除此之外，通過左右兩側(cè)ATFL對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正常人雙側(cè)距腓前韌帶SWVs無明顯差異，這說明，踝關(guān)節(jié)損傷檢查時(shí)，健側(cè)ATFL可提供有效的力學(xué)信息進(jìn)行對(duì)比，以提高診斷率。

跖屈內(nèi)翻位檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，SWE條件下，12個(gè)ATFL淺方軟組織完全充填，但韌帶顯示為無信號(hào)區(qū)。Bouchet等[13]研究表明，2D-SWE中，無信號(hào)區(qū)的出現(xiàn)可能與一下幾個(gè)因素有關(guān)：當(dāng)剪切波通過時(shí)，由于回聲太低，設(shè)備無法檢測到而表現(xiàn)為信號(hào)空洞區(qū)。例如，液體或粘液區(qū)域；當(dāng)組織太硬時(shí)，即使具有超快的幀頻，也不可能跟蹤剪切波的傳播，因此，SWE無彈性值信號(hào)。我們認(rèn)為跖屈位時(shí)ATFL處于緊張狀態(tài)，其硬度值超過SWVs量程而表現(xiàn)為無信號(hào)區(qū)域，而損傷的ATFL因液性滲出或斷裂導(dǎo)致張力減小，因此硬度減小，韌帶處充填較好。壓迫式彈性成像雖只提供半定量數(shù)據(jù)，但對(duì)肌骨方面已有大量研究，例如掌指關(guān)節(jié)處屈肌腱比脂肪更硬，而有炎癥的跟腱比正常跟腱更軟[14]。我們對(duì)無信號(hào)的ATFL實(shí)施壓迫式彈性成像，結(jié)果表明：距腓前韌帶與導(dǎo)聲墊的硬度比值為(3.6±1.2)vs(14.7±9.1)，與設(shè)想一致。因此，我們認(rèn)為SWE條件下，若出現(xiàn)跖屈位時(shí)ATFL淺方有信號(hào)而韌帶及其后方信號(hào)缺失，說明ATFL剪切波速度與周圍組織差異太大或超過SWE的量程(12 m/s)。

通過正常韌帶中立位、跖屈內(nèi)翻位與異常韌帶的硬度值對(duì)比，本研究發(fā)現(xiàn)，在跖屈內(nèi)翻位時(shí)ATFL彈性差異更大。損傷韌帶的比跖屈內(nèi)翻位正常韌帶更軟。原因可能包括兩個(gè)方面： ATFL急性損傷時(shí)，斷裂的韌帶張力減小；周圍液性滲出或脂肪組織嵌頓，其硬度值減小。因?yàn)轷钻P(guān)節(jié)急性損傷時(shí)，韌帶回聲雜亂或滑膜增厚等因素，導(dǎo)致灰階超聲下難以鑒別是否發(fā)生斷裂，但力學(xué)信息可通過SWE獲得，這對(duì)輔助診斷距腓前韌帶急性撕裂有很大的臨床意義。因此，灰階圖像難以鑒別是否有韌帶撕裂時(shí)，SWE條件下雙側(cè)對(duì)比觀察，若發(fā)現(xiàn)患側(cè)ATFL剪切波速度明顯減小，則高度提示距腓前韌帶損傷，測量韌帶彈性時(shí)，建議踝關(guān)節(jié)保持跖屈內(nèi)翻位。通過對(duì)比正常跖屈位的韌帶與損傷韌帶的SWE圖像發(fā)現(xiàn)，有12個(gè)正常ATFL區(qū)域無信號(hào)充填，但損傷ATFL均有信號(hào)充填。本研究認(rèn)為，跖屈位時(shí)，若將AWE量程調(diào)整至最大時(shí)，ATFL周圍組織填充好而ATFL均無信號(hào)填充，說明ATFL處于繃緊狀態(tài)，韌帶完整。

本研究也存在一定的局限性：本研究SWE采用Aplio i900超聲診斷儀進(jìn)行成像，對(duì)不同機(jī)器不同條件下的ATFL硬度還需進(jìn)一步探索；本研究為病例對(duì)照研究，研究的樣本量較小，對(duì)損傷的距腓前韌帶彈性特征進(jìn)行總體評(píng)估，不同程度撕裂的彈性特征還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，SWE在評(píng)估ATFL的力學(xué)信息方面可靠性高，對(duì)判斷ATFL是否發(fā)生急性損傷有較高的參考價(jià)值，可作為診斷ATFL損傷的重要輔助方法，為臨床診斷距腓前韌帶是否損傷及評(píng)估損傷韌帶的恢復(fù)情況提供量化力學(xué)數(shù)據(jù)。