剪切波彈性成像技術(shù)在膝關(guān)節(jié)半月板中的應(yīng)用進展

葉 然，熊華花，楊俊興，邱建文

（1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)深圳醫(yī)院（福田）體檢科，廣東 518034；2.廣州醫(yī)科大學(xué) 研究生院，廣東 510182；3.深圳市第二人民醫(yī)院 超聲科，廣東 518025；4.廣州中醫(yī)藥大學(xué)深圳醫(yī)院（福田）骨傷科，廣東 518034）

1 半月板的解剖、成分及功能

半月板是覆蓋在脛骨內(nèi)側(cè)和外側(cè)平臺上的兩個新月形纖維軟骨，內(nèi)側(cè)半月板呈“C”形，外側(cè)半月板呈“O”形。半月板主要由水（65%～70%）、膠原纖維（20%～25%）和蛋白多糖（＜1%）組成［1］。90%的膠原纖維是I型膠原纖維，環(huán)形排列的膠原纖維主要用于對抗外界負荷所帶來的張力，而放射狀排列的膠原纖維則主要為半月板提供縱向強度，避免發(fā)生縱行撕裂［2］。 膠原纖維之間分布著大量親水性的蛋白多糖，可以將水分子吸納入半月板組織中，有利于半月板內(nèi)的液體儲存［3］。

半月板的主要功能包括填充關(guān)節(jié)間隙，擴大股骨髁與脛骨之間的關(guān)節(jié)面，將軸向負荷產(chǎn)生的力大面積地傳遞到關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)表面下，吸收沖擊，分散壓力，起到減震和緩沖的作用。同時可以在運動中防止膝關(guān)節(jié)過度伸展、過度彎曲和過度旋轉(zhuǎn)，以及防止股骨向前滑動，起到維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定的作用。還具有調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)滑液的分布，起到關(guān)節(jié)潤滑的作用［1］。

2 半月板的常規(guī)影像學(xué)檢查

隨著老齡化人口的加劇及體育運動事業(yè)的開展，半月板退行性變和外傷性損傷正成為臨床常見的骨關(guān)節(jié)疾病。近年來的研究表明，半月板的損傷會加速膝關(guān)節(jié)軟骨病變，最終進展為膝骨性關(guān)節(jié)炎［4-6］。因此，半月板病變的早期準確診斷和積極干預(yù)治療具有重要的臨床價值。

目前診斷半月板損傷的金標準是關(guān)節(jié)鏡檢查，但其是一種侵入性檢查，多用于半月板確診損傷后的治療。磁共振成像（MRI）是診斷半月板損傷的首選且無創(chuàng)的檢查技術(shù)，有較高的信噪比、對比度噪聲比、空間分辨率和對比度分辨率［7］。然而，它不允許動態(tài)評估，容易產(chǎn)生運動偽影，而且價格昂貴，不能用于有禁忌癥的患者。

利用高分辨率超聲研究膝骨關(guān)節(jié)的形態(tài)學(xué)變化，已成為近年來的研究熱點［8］。然而有研究指出，高頻超聲對半月板損傷的檢出準確度明顯低于MRI［9］。

3 SW E的基本原理

剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）技術(shù)是通過探頭發(fā)射聚焦超聲波束，即聲輻射力脈沖序列，對目標組織施加激勵，使組織中產(chǎn)生橫向剪切波，高幀頻成像技術(shù)不僅可以檢測出組織中合成的剪切波，還可以定量測量其剪切波速度，然后將剪切波速度進行彩色編碼并疊加在二維灰階圖像上，從而得到彩色彈性圖譜。同時，該剪切波速度可以用來計算組織彈性，得到相應(yīng)的楊氏模量值。組織的硬度越高，剪切波在組織中的傳播速度越快，相應(yīng)的楊氏模量值就越大。由于不同組織或同一組織在不同病理時期的剪切波傳播速度不同，彈性模量值也不同，因此可以反映組織的病理變化程度［10-11］。該技術(shù)不依賴外力，具有安全性、有效性、準確性和可重復(fù)性等優(yōu)點，因而被國內(nèi)外眾多專家學(xué)者用來評估組織的彈性特征。

4 SW E在半月板檢測中的應(yīng)用研究

SWE被廣泛運用于評估乳腺和甲狀腺腫物［12-13］，以及肝硬化［14］。在肌肉骨骼系統(tǒng)中，SWE也可以用于評估肌肉、肌腱和韌帶的彈性特性［15］，但對軟骨的研究極少。安秀艷等（2021）［16］利用SWE技術(shù)來評估早期膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)軟骨，選取20例健康成人和20例早期膝骨關(guān)節(jié)炎患者作為研究對象，進行常規(guī)及SWE檢查，測量了髁間區(qū)和內(nèi)側(cè)髁軟骨的厚度以及對應(yīng)部位的楊氏模量。結(jié)果顯示，相同部位的軟骨厚度在試驗組和觀察組之間沒有差異；而同樣部位軟骨的楊氏模量，試驗組明顯大于對照組，具有統(tǒng)計學(xué)差異。該研究顯示，早期膝骨關(guān)節(jié)炎患者在其軟骨厚度還沒有發(fā)生明顯改變時，其彈性模量值已顯著高于對照組，說明軟骨的硬度增加，產(chǎn)生形變的能力下降，軟骨容易受到磨損，與組織病理學(xué)的改變相符合。該研究提示，SWE對于軟骨的早期退變有一定的檢測能力。

Bedewi等（2020）［17］使用SWE技術(shù)評估健康成人的內(nèi)側(cè)半月板前角，選取17名24-30歲健康人群（1名男性，16名女性）作為研究對象，由兩名操作者分別對左右側(cè)共34個膝關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)半月板前角進行楊氏模量測量，分析彈性模量與身高、體重、BMI和性別、年齡的關(guān)系。結(jié)果顯示，右側(cè)的內(nèi)側(cè)半月板前角楊氏模量為24.86±6.35kPa，其彈性模量值與高度呈顯著負相關(guān)，與體重、BMI和性別、年齡無顯著關(guān)系。左側(cè)的內(nèi)側(cè)半月板前角楊氏模量為23.86±4.49kPa，其彈性模量值與年齡呈顯著負相關(guān)、與BM I呈顯著正相關(guān)，與身高、體重和性別無顯著關(guān)系。觀察者內(nèi)部的可靠性系數(shù)為0.87，兩名觀察者之間的組間可靠性系數(shù)為0.78。盡管該研究的樣本量較少，而且存在明顯的性別和年齡偏倚，其數(shù)據(jù)的可靠性和有效性尚待進一步證實，但是其初步的研究結(jié)果提示，SWE可能是一種潛在的研究半月板硬度的工具。

周霞（2019）［18］將SWE與MRI結(jié)合應(yīng)用于內(nèi)側(cè)半月板前角退行性變的患者。試驗納入20例MRI異常的患者共23個半月板，以及30例MRI正常的共60個半月板。結(jié)果顯示，半月板退變組的彈性值比對照組增高，以楊氏模量30.20 kPa為界，診斷半月板退行性變的敏感性和特異性分別為82.6%和76.7%。對照組的內(nèi)側(cè)半月板彈性值在左右側(cè)之間無統(tǒng)計學(xué)差別，并且與性別、年齡以及BMI均無統(tǒng)計學(xué)意義的相關(guān)性。其研究結(jié)果提示，SWE可以用來評估半月板的彈性特征，有助于超聲對半月板退行性變提供附加診斷信息。

Gurun等（2021）［19］同樣以MRI作為參考標準，研究SWE在半月板退變分級中的診斷效率。這項研究包括了50名需要進行雙側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI檢查的患者。由兩名操作者分別對所有患者雙側(cè)膝關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)及外側(cè)半月板進行SWE測量。之后所有患者接受雙側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI檢查，采用Lotysch等的MRI分級系統(tǒng)，對患者進行分組。結(jié)果同樣顯示，半月板的彈性模量值與MRI退變等級之間存在著顯著正相關(guān)，且與年齡之間也存在顯著的統(tǒng)計學(xué)正相關(guān)性，而與性別、身高、BM I和腳部使用偏好之間沒有顯著差異。此項研究還觀察到，內(nèi)側(cè)半月板的硬度值要顯著高于外側(cè)。對于半月板的SWE測量，兩名觀察者內(nèi)部的平均組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）＞0.89，兩名觀察者之間的平均組內(nèi)相關(guān)系數(shù)＞0.92，顯示出可靠的可重復(fù)性。

Park等（2020）［20］則以病理組織學(xué)為標準，利用SWE研究半月板的變性。在該研究中，使用SWE評估13名因原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎伴內(nèi)翻畸形而接受全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的15個內(nèi)側(cè)半月板和15個外側(cè)半月板。他們先在手術(shù)前進行體內(nèi)測量，再將手術(shù)后獲得的半月板放入特制的模具中進行體外測量。他們觀察到，隨著組織學(xué)變性的增加，無論在體內(nèi)還是體外測得的彈性模量值均呈顯著增加，表明半月板的病理組織學(xué)和彈性模量之間存在著統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著關(guān)系。同期還招募了5名健康志愿者，結(jié)果顯示，無論在患者組還是在對照組，內(nèi)側(cè)半月板的楊氏模量值均明顯大于外側(cè)半月板，具有統(tǒng)計學(xué)差異。認為可能與內(nèi)外側(cè)半月板的解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此內(nèi)側(cè)半月板比外側(cè)半月板更容易出現(xiàn)退化和撕裂。由于樣本量較小，他們沒有發(fā)現(xiàn)年齡與半月板硬度之間的相關(guān)性，但是其研究結(jié)果提示，SWE可以作為一種評估半月板變性的無創(chuàng)的診斷工具，值得進一步開展前瞻性的研究。

5 半月板修復(fù)術(shù)后的療效觀察

半月板損傷的治療，早期通常采用半月板全切除術(shù)或部分切除術(shù)。這種方法對于患者術(shù)后早期的功能恢復(fù)較好，但會導(dǎo)致軟骨損傷并加速骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生［21］。近年來，保留半月板結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)節(jié)鏡輔助下的半月板修復(fù)手術(shù)，已經(jīng)取代半月板部分或全切術(shù)，成為治療半月板損傷的最佳選擇，并取得了較好的短期臨床效果。

膝關(guān)節(jié)功能評分量表是評估膝關(guān)節(jié)損傷和臨床療效的測評工具，臨床上普遍使用Lysholm量表評分（Lysholm knee score scale，LKSS［22］）和國際膝關(guān)節(jié)文獻協(xié)會（International Knee Documentation Committee，IKDC［23］）的膝關(guān)節(jié)功能評分量表對膝關(guān)節(jié)功能進行評價。上述評分表均為自我評估表，基于患者對治療前后的主觀感受來做出評判。然而，醫(yī)生對療效的評價通常與患者對癥狀的主觀感受是不一致的，如果患者對治療感覺不滿意，評分可能就不高。因此，在療效評價中缺乏客觀準確的量化指標。

雖然MRI在鑒別半月板變性和撕裂方面具有較高的靈敏性和特異性，但是在半月板修復(fù)愈合狀態(tài)的準確率只有77.6%［24］，難以準確評估半月板手術(shù)后的愈合情況，給臨床診斷帶來困擾。

馬寧等（2020）［25］利用體外構(gòu)建的仿生組織工程軟骨修復(fù)羊膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，通過組織學(xué)染色、點壓力學(xué)分析、超聲彈性成像檢查來評價修復(fù)效果，探討超聲彈性成像方法評估再生軟骨質(zhì)量的可行性。他們先對雄性山羊的股骨髁負重區(qū)軟骨進行造模，然后將體外構(gòu)建好的仿生組織工程軟骨植入造模后的軟骨缺損區(qū)進行修復(fù)。在術(shù)后3個月和6個月分別進行超聲彈性成像，然后取材進行大體評分、病理染色、糖胺多糖含量測定和力學(xué)檢測分析。結(jié)果顯示，6個月組的修復(fù)效果明顯優(yōu)于其他各組，更接近于正常軟骨組織。超聲彈性成像檢查與對應(yīng)取材后的標本從大體形態(tài)、點壓力學(xué)測試結(jié)果對比基本一致，認為超聲彈性成像可以作為術(shù)后移植物監(jiān)測的檢查手段。

6 小結(jié)與展望

到目前為止，SWE技術(shù)應(yīng)用于半月板的研究樣本量極少，難免存在抽樣誤差及選擇偏倚，研究尚處于初步探索階段，缺乏系統(tǒng)性。隨著自體軟骨細胞移植、間充質(zhì)干細胞和生長因子的治療以及仿生組織工程技術(shù)等前沿醫(yī)學(xué)的快速興起，半月板的修復(fù)與再生正顯示出積極可觀的進展，半月板損傷后的成功治愈或?qū)⒊蔀榭赡?。因而迫切需要一種既簡單快捷又準確可靠的檢查手段，對半月板進行無創(chuàng)的影像學(xué)評估。

SWE是一種新型的超聲檢測技術(shù)，可以在靜息狀態(tài)下無需施加外力而實時測量軟組織的彈性值，能準確評估活體組織及其病變的彈性特征，有較高的臨床應(yīng)用價值。未來隨著對半月板彈性成像大樣本量數(shù)據(jù)的采集，以及操作指南和診斷標準的制定，相信SWE技術(shù)在半月板損傷的診斷和療效監(jiān)測中將具有廣闊的應(yīng)用前景。