超聲剪切波彈性成像在定量評估腦卒中患者肱三頭肌痙攣程度中的應(yīng)用初探

張豐蘭 陳慶珍 曹偉田 李瑩瑩 周亞飛 胡世紅

腦卒中是全球第二大死亡和殘疾原因，同時也是中國的首要死亡原因，其具有高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率、高復(fù)發(fā)率和高經(jīng)濟負擔的特點［1-2］。而痙攣是腦卒中后常見的臨床表現(xiàn)，2021年發(fā)表的一項系統(tǒng)評價和Meta 分析表明，卒中后痙攣（poststroke spasticity，PSS）的總發(fā)病率為 25.3%，且上肢發(fā)病率高于下肢，9.4%的患者出現(xiàn)嚴重或致殘性痙攣［3］。長期的PSS可能由于關(guān)節(jié)攣縮、褥瘡和疼痛等并發(fā)癥而導(dǎo)致生活質(zhì)量的嚴重下降［4］，導(dǎo)致護理負擔增加4倍［5］。

痙攣的治療是腦卒中康復(fù)的重點，而精準的評估是精準康復(fù)的前提。目前臨床上對于腦卒中后痙攣的評估方法主要有主觀評定和客觀評定兩大類，前者主要包括改良 Ashworth 分級（modified Ashworth scale，MAS）和改良Tardieu 評分（modified Tardieu scale，MTS）等分級量表，簡單易行，但易受到檢測者和被檢測者的主觀感受影響而產(chǎn)生偏差，且這些評估內(nèi)容包括關(guān)節(jié)囊、韌帶以及所有相關(guān)肌肉和肌腱等組織造成的阻力升高［6］，無法評估單一肌肉的痙攣程度?？陀^評定方法包括等速肌力測試儀、表面肌電圖、MR 彈性成像等，雖為客觀定量評估，但存在操作過程較復(fù)雜、耗時較長、費用高、及存在一些禁忌癥等缺點限制其使用。

超聲剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是一種精準測量軟組織硬度的新技術(shù)，可用于評估肌肉硬度的改變，對于腦卒中后肢體痙攣的評價有重要的臨床價值［7］。剪切波速度（shear wave velocity， SWV）是SWE評估中的重要參數(shù)，可表示組織的硬度，SWV越大，組織硬度越大。剪切波彈性成像是所有彈性成像中唯一可定量方法，但目前剪切波彈性成像在肌骨系統(tǒng)的研究仍較少［8］。目前國內(nèi)外已有相關(guān)研究應(yīng)用SWE對上運動元損傷引起的肌痙攣進行定量評估［9-10］，主要研究的痙攣肌肉包括肱二頭肌、前臂屈肌、手指屈伸肌、脛前肌、腓腸肌、比目魚肌、趾長屈肌、趾長伸肌，尚未查及有關(guān)應(yīng)用SWE對腦卒中后肱三頭?。╰riceps brachii muscle）痙攣的相關(guān)研究報道，考慮可能與腦卒中后上肢痙攣以屈肌痙攣更為常見有關(guān)。但臨床中上肢伸肌痙攣（肱三頭肌痙攣）亦不少見，且痙攣程度越高，對上肢運動功能的影響越大。本研究旨在探討通過測量腦卒中后肱三頭肌痙攣患者在不同伸肘角度、不同深度、雙側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭的SWV 值來量化腦卒中后痙攣患者肱三頭肌的硬度的可行性，同時探索SWV 值與臨床評估指標MAS 分級和上肢FAM 的相關(guān)性，以及MAS 分級和上肢FAM 的相關(guān)性，為腦卒中后痙攣的定量評估及精準康復(fù)治療提供部分參考。

方法

1. 臨床資料

本研究選取2021年12月至2022年11月，在上海市第五人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學科門診和病房符合納入標準的60例腦卒中患者，并按排除標準進行篩除。

納入標準：1）單側(cè)腦梗死或腦出血所致單側(cè)肢體癱瘓；2）年齡≤80 歲；3）上肢有痙攣，屈肘肌Ashworth 分級1～3 級；4）意識清楚，可執(zhí)行指令，可配合醫(yī)生治療與測試；5）坐位平衡1 級以上；6）簽署知情同意書。

排除標準：1）生命體征不穩(wěn)定、意識不清、交流障礙、不能執(zhí)行指令；2）肌張力障礙、強直；3）Ashworth 分級大于3 級；4）合并其他器官嚴重并發(fā)癥；5）雙側(cè)肢體癱瘓；6）既往有上肢骨折、肌肉損傷、臂叢神經(jīng)損傷或手術(shù)史；7）曾有局部肉毒毒素注射；8）肱三頭肌外側(cè)頭和長頭肌肉層最大厚度小于2.0 cm；9）肱三頭肌外側(cè)頭和長頭肌肉層最厚處皮下軟組織（皮膚至表層肌筋膜距離）大于1.0 cm。

2. 超聲評估

SWE 評估：由同一名從事剪切波彈性成像檢測5年的超聲診斷醫(yī)師完成。

超聲儀器：采用佳能Aplio500超聲彈性成像診斷儀，14L5型線陣探頭。

受檢體位：囑受試者側(cè)臥位，被測上肢腋下放置等邊三角泡沫墊，使被測肩關(guān)節(jié)固定于外展45°、前臂中立位且減重放松的位置；

測量方法：以患側(cè)痙攣肱三頭肌為實驗組，健側(cè)非痙攣肱三頭肌為對照組，分別測量實驗組和對照組上肢伸肘180°、90°時肱三頭肌長頭和外側(cè)頭的淺層和深層的SWV 數(shù)據(jù)，先健側(cè)后患側(cè)。同時監(jiān)測肱三頭肌肌腹的表面肌電信號變化，以排除受試者主動收縮肱三頭肌影響硬度測量的可能。

測量步驟：將醫(yī)用固態(tài)超聲耦合墊片放于被檢側(cè)上肢肱三頭肌處，將超聲探頭輕輕放于固態(tài)超聲耦合墊片上，采用二維超聲橫切面顯示肱三頭肌長頭和外側(cè)頭肌腹最厚處，探頭旋轉(zhuǎn)90°顯示肱三頭肌縱切面，在SWE 模式下獲取彩色組織彈性圖。分別在肱三頭肌的淺層（皮下1.0～2.0 cm）和深層皮下2.0～3.0 cm） 取2 個感興趣區(qū)（ROI） 并將ROI 設(shè)置為10 mm×10 mm，當信號穩(wěn)定后凍結(jié)圖像（圖1）。需特別注意傳感器對皮膚和下面的肌肉施加盡可能少的壓力（因為任何額外的肌肉壓力都可能導(dǎo)致高估肌肉硬度），此外探針軸與肌肉纖維的取向之間的角度需＜20°。在同一ROI 內(nèi)獲得10 個SWV 值（5 個在皮下1.5 cm 處為中心的1.5 mm×1.5 mm 的圓形目標區(qū)獲得，5 個在皮下2.5 cm 處為中心的1.5 mm×1.5 mm 的圓形目標區(qū)獲得）。系統(tǒng)自動計算出目標區(qū)SWV，為保證數(shù)據(jù)的可靠性，每次測量的數(shù)據(jù)若滿足SD＜SWV 值的20%和IQR＜30%則被記錄，若不滿足則被去除。所有檢測均為同一名熟練掌握SWE 測量的超聲科醫(yī)師在相同室溫下進行。

圖1 TBM彩色超聲剪切波彈性成像圖（A）和SWE數(shù)據(jù)測量報告（B）

3. 臨床評估

由同一名從事神經(jīng)康復(fù)工作10年以上的治療師完成，且熟練掌握各種臨床量表評估。（1）MAS 評估：對受試者的痙攣側(cè)伸肘肌群進行MAS 評定，被動屈曲肘關(guān)節(jié)，MAS 分級為 0、1、1+、2、3、4共6級，0 級為正常，級別越高，肌張力越大，1+級設(shè)定為1.5 級便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計。（2）上肢Fugl-Meyer 運動功能評估。（3）上肢Brunnstrom運動功能評定。

4. 統(tǒng)計學分析

采用SPSS25.0 軟件進行統(tǒng)計分析。經(jīng)正態(tài)性檢測分析，各項SWV 值、雙側(cè)肌肉不同伸肘角度的SWV 差值和MAS 評分、Fugl-Meyer 上肢功能評分、病程等均為非正態(tài)分布，計量資料以M（P25，P75）表示，另患側(cè)和健側(cè)SWV 值比較、同側(cè)肌肉淺層和深層的SWV 值比較、同側(cè)肌肉不同伸肘角度的SWV值比較以及雙側(cè)肌肉不同伸肘角度的SWV 差值比較屬于配對資料，故均采用非參數(shù)檢驗中的符號Wilcoxon 分析，MAS 評分與患側(cè)SWV 以及MAS 評分與Fugl-Meyer 上肢功能評分的相關(guān)性檢驗采用Spearman 相關(guān)分析。P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié)果

1. 一般資料

60 名受試者（男性44 例，女性16 例）均完成了肱三頭肌超聲剪切波彈性成像測定和肢體功能評估。平均年齡（64.15±9.29）歲；病程3.5（1.0，8.0）個月；腦梗死46 例，腦出血14 例；左側(cè)偏癱31 個，右側(cè)偏癱29 個?；紓?cè)肱三頭肌肌張力的MAS 分級：1級21例，1+級27例，2級10例，3級2例；患者上肢Bruunstrom 分期：Ⅱ期13 例，Ⅲ期22 例，Ⅳ期16例，Ⅴ期9例。

2. 雙側(cè)SWV值比較

統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭肌肉在不同伸肘角度（伸肘180°和伸肘90°）和不同深度（淺層和深層）的SWV 值均顯著高于健側(cè)（Z≥5.544，P＜0.001）；伸肘180°位和伸肘90°位，雙側(cè)肌肉的深層SWV 值均明顯高于淺層（Z≥5.018，P＜0.001）。見表1。患側(cè)和健側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層的SWV 值在伸肘90°時均顯著高于伸肘180°位（Z≥6.650，P＜0.001）。見表2。伸肘90°位和伸肘180°位SWV 差值比較，患側(cè)肱三頭肌長頭明顯高于健側(cè)（Z≥5.982，P＜0.001），患側(cè)肱三頭肌外側(cè)頭高于健側(cè)（Z≥2.654，P＜0.01）。見表3。

表1 肱三頭肌（TBM）患側(cè)和健側(cè)以及同側(cè)肌肉淺層和深層的SWV值比較

表2 肱三頭?。═BM）同側(cè)肌肉伸肘180°和伸肘90°位SWV值比較

表3 肱三頭肌（TBM）患側(cè)和健側(cè)伸肘180°和伸肘90°位SWV差值比較

3. 患側(cè)SWV值與MAS分級、FMA評分相關(guān)性

伸肘90°時，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層SWV 值均與MAS 分級呈顯著正相關(guān)（r≥0.751，P＜0.001）。肱三頭肌處于伸肘180°（放松位）時，其SWV 值與MAS 分級無明顯相關(guān)性（r≤0.262，P＞0.05）。見表4。伸肘90°時，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層SWV 值均與上肢FMA 評分呈負相關(guān)（r≤-0.377，P＜0.05）。但在伸肘180°時，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層SWV 值均與上肢FMA評分無明顯相關(guān)性（r≤0.176，P＞0.05）。見表4?；紓?cè)肱三頭肌MAS 分級和患者上肢FMA 評分呈中等負相關(guān)（r＝-0.562，P＜0.001）。見表5。

表4 患側(cè)肱三頭?。═BM）長頭和外側(cè)頭SWV值與MAS分級及FAM評分的相關(guān)性

表5 患側(cè)肱三頭肌MAS分級與患側(cè)上肢FAM評分的相關(guān)性

討論

超聲剪切波彈性成像的兩個重要參數(shù)是SWV 和楊氏模量（又稱組織彈性值）。SWV 是所有SWE 設(shè)備首先測量的參數(shù)，是直接測量值，可表示組織的硬度，SWV 越大，組織硬度越大。而楊氏模量是間接測量值，可通過公式E=3ρC2 計算，E 為楊氏模量（單位：kPa），C 為SWV 值（單位：m/s）。有研究表明SWV 比楊氏模量能更準確地反映組織硬度［11］，因為如果SWV 值存在測量誤差，那么通過公式計算得到的楊氏模量會將測量誤差放大，因此甚至有學者建議未來的研究使用SWV 而不是楊氏模量［12］。在既往有關(guān)SWE 評估腦卒中后痙攣的研究中，國內(nèi)大部分研究選用的是間接測量值楊氏模量作為肌肉硬度的評價指標，其可能原因之一是，在實踐應(yīng)用中，部分超聲設(shè)備固定設(shè)置檢測參數(shù)為楊氏模量。

本研究首次應(yīng)用SWV 評估腦卒中后痙攣肱三頭肌的硬度，同時分析SWV 值與臨床常用的痙攣評估量表MAS 分級的相關(guān)性，以及MAS 分級和上肢FAM 評分的相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭肌肉在不同伸肘角度（伸肘180°和伸肘90°）和不同深度（淺層和深層）的SWV 值均顯著高于健側(cè)，這提示患側(cè)痙攣肌肉的硬度大于非痙攣側(cè)。這可能與痙攣肌細胞比正常肌細胞的肌節(jié)短有關(guān)，肌節(jié)縮短是導(dǎo)致腦卒中后偏癱側(cè)肌肉硬度變大的原因之一［13］。Liu 等［14］利用超聲彈性成像技術(shù)對22 名男性腦卒中痙攣側(cè)肱二頭肌和非痙攣側(cè)肱二頭肌進行評估，發(fā)現(xiàn)痙攣側(cè)肱二頭肌的SWV明顯快于非痙攣側(cè)。Wu 等［15］應(yīng)用超聲剪切波彈性成像技術(shù)測量腦卒中后偏癱患者肱橈肌和肱二頭肌的剪切波速度，結(jié)果表明偏癱側(cè)痙攣肌肉的SWE均大于健側(cè)非痙攣肌肉。

目前關(guān)于SWE 評估肌肉不同深度的研究報道較少，大部分研究未區(qū)分肌肉的淺層和深層，且相關(guān)研究結(jié)果并不統(tǒng)一。Creze等［16］指出，大多數(shù)研究通常是在淺表肌肉上進行的，因為深層肌肉的衰減效應(yīng)主要受脂質(zhì)、水和糖原的影響。郭雪園等［17］對腦卒中后肱二頭肌痙攣定量評估研究中發(fā)現(xiàn)，痙攣側(cè)屈曲0°以及健側(cè)屈肘90°和屈肘0°時，肱二頭肌淺層的肌肉硬度均明顯小于深層，但痙攣側(cè)在屈肘90°時，肱二頭肌深淺層差異無統(tǒng)計學意義。而本研究的結(jié)果是，在不同伸肘角度（伸肘180°和伸肘90°）雙側(cè)肌肉的深層SWV 值均明顯高于淺層。這可能是相比于肱三頭肌淺層肌肉，深層肌肉的痙攣程度更嚴重所致。

腦卒中后痙攣肌硬度的增大是由神經(jīng)反射性痙攣和肌源性痙攣共同作用的結(jié)果。而腦卒中后痙攣早期，失神經(jīng)支配導(dǎo)致反射介導(dǎo)機制占主導(dǎo)地位，并在腦卒中后1～3 個月達到峰值，而隨著肌纖維繼發(fā)性改變的出現(xiàn)和神經(jīng)組織的逐步修復(fù)，后期則發(fā)展為以肌源性痙攣為主［18］。本次研究有50%受試者病程在3個月內(nèi)，且病程中位數(shù)為3.5個月，故在本次研究中，神經(jīng)反射性痙攣在痙攣肌硬度增大中所起的作用大于肌源性痙攣的作用。肱三頭肌在伸肘180°時，肌肉處于放松狀態(tài)，牽張反射不存在，反射性痙攣不被誘發(fā)，肌肉硬度小，因此SWV 值?。欢谏熘?0°時，肱三頭肌處于牽伸狀態(tài)，誘發(fā)牽張反射，此時反射性痙攣出現(xiàn)，肌肉硬度增大，因此SWV 值大。因此可以解釋本研究中痙攣側(cè)肌肉在牽伸位時SWV 高于放松位。而在痙攣狀態(tài)下，運動神經(jīng)元對拉伸的反應(yīng)閾值低于正常水平，并有長時間放電：“平臺電位”［19］，因此痙攣側(cè)受牽伸后引起的反射性收縮比非痙攣側(cè)更明顯，相應(yīng)的肌肉硬度更高，痙攣側(cè)牽伸位的SWV值也更高，故可以解釋本研究中痙攣側(cè)牽伸位-放松位的SWV 差值也明顯高于健側(cè)。近年有關(guān)應(yīng)用超聲彈性成像評估腦卒中后痙攣肌肉的研究中，多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)牽伸位肌肉硬度高于放松位。盧海濤等［11］發(fā)現(xiàn)，患側(cè)和健側(cè)各肌肉SWV 在牽伸位時均顯著高于放松位，且牽伸位與放松位SWV 差值比較，患側(cè)各肌肉明顯高于健側(cè)。Roots等［9］在2022年發(fā)表的一項有關(guān)超聲彈性成像評估腦卒中后痙攣肌肉的硬度的系統(tǒng)分析中指出，關(guān)節(jié)角度的變化可影響肌肉的硬度，其中有4 研究發(fā)現(xiàn)被動牽伸痙攣側(cè)肱二頭肌時，隨著伸肘角度的增加，肱二頭肌硬度也隨之增加。

關(guān)于SWV 值與MAS 分級及上肢FMA 評分相關(guān)性分析，本研究發(fā)現(xiàn)，伸肘90°時，患側(cè)肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層的SWV 值與MAS分級呈顯著正相關(guān)，與上肢FMA 評分呈顯著負相關(guān)。而當伸肘180°（放松位）時，肱三頭肌長頭和外側(cè)頭淺層和深層的SWV 值與MAS 分級和上肢FMA 評分無明顯相關(guān)性。MAS 和上肢FMA 評定時均會誘發(fā)反射性痙攣出現(xiàn)，而肱三頭肌在伸肘180°時，反射性痙攣不被誘發(fā)。因此在放松位，患側(cè)肱三頭肌的SWV 值與MAS分級和上肢FMA 評分無明顯相關(guān)性。在伸肘90°時，肱三頭肌處于牽伸狀態(tài)，誘發(fā)牽張反射，此時反射性痙攣出現(xiàn)，痙攣程度越高，牽張反射越明顯，故在牽伸位時，患側(cè)肱三頭肌的SWV 值與MAS分級呈顯著正相關(guān)。而肌痙攣程度越高，對運動功能的影響越大，嚴重者導(dǎo)致關(guān)節(jié)攣縮、僵直而失去運動功能，因此患側(cè)肱三頭肌牽伸位的SWV 值與上肢FMA 評分呈顯著負相關(guān)。近年來國內(nèi)外關(guān)于腦卒中后痙攣肌肉硬度與臨床評估相關(guān)性的研究結(jié)果并不完全一致，但大多數(shù)研究結(jié)果表明超聲彈性成像技術(shù)測量的肌肉硬度大小與痙攣的臨床評估指標存在相關(guān)性。何紫艷等［10］發(fā)現(xiàn)，指部感覺刺激前后指淺屈肌、指深屈肌、拇長屈肌、指伸肌的SWV 值均與MAS 評級呈正相關(guān)。郭雪園等［20］有關(guān)剪切波超聲彈性成像技術(shù)與痙攣臨床評估的相關(guān)性分析研究中表明，在完全伸肘時，痙攣肱二頭肌淺層的SWV 值與MAS分級有顯著線性相關(guān)性，且該相關(guān)性在深層表現(xiàn)得更為突出；此外，無論屈肘90°或完全伸肘時，痙攣肱二頭肌淺層和深層的SWV 值與Fugl-Meyer 上肢評分呈顯著負相關(guān)。Roots 等［9］的一項系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，在10 項研究中，MAS 分級與超聲彈性成像的硬度大小呈正相關(guān)，而在4項研究中無相關(guān)性。Bertan等［21］研究發(fā)現(xiàn)，痙攣肌肉的SWV 值與痙攣的臨床測量值（MAS 和MTS）之間存在顯著相關(guān)性。Wu 等［15］研究發(fā)現(xiàn)腦卒中后痙攣側(cè)肱橈肌和肱二頭肌的SWV 與MAS分級存在顯著相關(guān)性，但與Fugl-Meyer評估無相關(guān)性。

關(guān)于MAS 分級和上肢FMA 評分的相關(guān)性目前知之甚少。Zú?iga等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MA評分與MAS分級的相關(guān)性比與Ashworth 分級和Tardieu 評分的相關(guān)性更強。MAS 分級越高，反映肌肉痙攣程度越高，而痙攣程度越高，運動功能越差，嚴重痙攣可出現(xiàn)關(guān)節(jié)僵直而失去運動功能；而上肢FMA 評分反映上肢運動功能，分數(shù)越高，運動功能越好，因此可以解釋本研究中患側(cè)肱三頭肌MAS 分級和患者上肢FMA 評分呈負相關(guān)。

本研究存在的局限性：1）樣本量較小。2）本研究僅將腦卒中患者健側(cè)作為對照組進行比較，沒有設(shè)立健康對照組。3）年齡（44～80 歲）和病程（1～63 個月）跨度較大。有研究報道腦卒中后痙攣肌肉的硬度與病程相關(guān)。

綜上所述，剪切波超聲彈性超成像技術(shù)在評估腦卒中后肌肉痙攣方面具有潛在的應(yīng)用價值，可用于量化評估腦卒中后痙攣肌肉的硬度變化。