剪切波超聲彈性成像測(cè)量正常人內(nèi)側(cè)副韌帶彈性模量的初步研究

廖龍,李宗原,李月,謝明銳,余慶龍,許瀚,石波

(1.成都醫(yī)學(xué)院,四川 成都 610500;2.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬綿陽醫(yī)院,綿陽市中心醫(yī)院骨科,四川 綿陽 621000;3.四川省綿陽市中心醫(yī)院超聲科,四川 綿陽 621000)

內(nèi)側(cè)副韌帶(medial collateral ligament,MCL)是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性中最重要的韌帶之一[1]。目前針對(duì)內(nèi)側(cè)副韌帶檢查的主要手段是MRI[2]。但因其價(jià)格高、檢查時(shí)等待時(shí)間較長(zhǎng)、判讀主觀性和不能客觀量化評(píng)價(jià)等缺點(diǎn),有部分患者不愿意接受,造成臨床診療困難[3]。超聲彈性成像技術(shù)最早于1991年由Ophir等首次提出并報(bào)道[4],它有費(fèi)用低、重復(fù)性好、無創(chuàng)、耗時(shí)短和無輻射等優(yōu)點(diǎn),為骨肌疾病的診斷帶來了嶄新思路[5]。目前,SWE技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于乳腺腫瘤的良惡性判斷[4]、甲狀腺結(jié)節(jié)性質(zhì)的評(píng)估[6]和跟腱彈性[7]的評(píng)價(jià)等,但將其應(yīng)用于MCL的彈性模量測(cè)量鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本研究共測(cè)量了74條MCL,旨在探索剪切波超聲彈性成像(shear wave elastography,SWE)用于測(cè)量MCL彈性模量(kPa)的臨床價(jià)值,并嘗試建立正常人MCL彈性模量的參考集,以供鑒別病理狀態(tài)下的MCL,從而為臨床診斷提供參考,現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)膝關(guān)節(jié)正常的健康人群;(2)身體質(zhì)量指數(shù)18～25 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)皮下致密脂肪組織無法顯示探查到MCL;(2)膝關(guān)節(jié)外傷史、手術(shù)史、注射史;(3)膝關(guān)節(jié)相關(guān)疾病,如骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松;(4)膝關(guān)節(jié)畸形,如內(nèi)翻或外翻等;(5)存在慢性全身疾病。該研究得到了綿陽市中心醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(S20230209-01),所有志愿者簽署了知情同意書。

共納入37名志愿者,男20名,女17名;年齡20～45歲,平均(33.11±7.48)歲。均接受雙側(cè)膝關(guān)節(jié)檢查,共74條MCL。男性組與女性組的年齡、身高、身體質(zhì)量指數(shù)等基線資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,有均衡可比性(P>0.05,見表1)。

表1 男性組與女性組基線資料比較

1.2 檢查方法 均由同一名工作經(jīng)驗(yàn)豐富的超聲醫(yī)師采用彩色多普勒超聲診斷儀和SL15-4線陣探進(jìn)行檢查,分別獲取雙側(cè)膝關(guān)節(jié)MCL 3個(gè)節(jié)段的二維聲像圖、SWE以及MCL各節(jié)段的厚度值與彈性值。MCL 3個(gè)節(jié)段定義為:近段(pMCL)指從內(nèi)側(cè)半月板到股骨附著的區(qū)域,中段(mMCL)指內(nèi)側(cè)半月板區(qū)域,遠(yuǎn)段(dMCL)指從內(nèi)側(cè)半月板到脛骨附著點(diǎn)區(qū)域[8](見圖1)。

圖1 膝關(guān)節(jié)處于0 °時(shí)MCL的普通B超圖像 圖2 膝關(guān)節(jié)處于0 °時(shí)MCL的SWE成像

志愿者處于平臥于超聲檢查床上,完全暴露雙下肢且不受束縛或壓迫。以測(cè)量尺確定膝關(guān)節(jié)屈曲角度。(1)志愿者伸膝0 °、處于中立位。涂抹耦合劑,首先在二維灰階超聲圖上明確MCL的位置,測(cè)量MCL 3個(gè)節(jié)段的厚度(見圖1)。然后啟動(dòng)SWE模式,待圖像充盈穩(wěn)定后,凍結(jié)并保存圖像(見圖2);啟動(dòng)測(cè)量工具Q-Box,將感興趣區(qū)(region of interest,ROI)分別放置于MCL近、中和遠(yuǎn)段的不同區(qū)域,每個(gè)節(jié)段測(cè)量3次,記錄每次計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算得出ROI內(nèi)楊氏模量的最大值、最小值和平均值,最終得到每一節(jié)段的平均值。另一側(cè)測(cè)量方法同上。(2)志愿者屈膝90 °,測(cè)量方法同上。為保證測(cè)量結(jié)果的可靠性,檢查過程中保持探頭剛好貼住膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)MCL所在皮膚表面,避免施加任何壓力。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 27.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),采用t檢驗(yàn)分析性別對(duì)MCL硬度和厚度的影響,用單因素方差分析組內(nèi)3個(gè)MCL節(jié)段彈性模量和厚度的差異,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

在屈膝0 °時(shí),男性與女性的各個(gè)MCL節(jié)段的彈性模量與厚度分別比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表1);在屈膝90 °時(shí),男性與女性的各個(gè)MCL節(jié)段的彈性模量與厚度分別比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表2)。在固定的膝關(guān)節(jié)屈曲角度下,組內(nèi)同側(cè)MCL近、中和遠(yuǎn)段的彈性模量與厚度比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。組內(nèi)同一節(jié)段MCL在屈膝0 °或90 °時(shí)的彈性模量和厚度進(jìn)行比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。分別于屈膝0 °或90 °時(shí),同一志愿者左側(cè)和右側(cè)MCL近、中和遠(yuǎn)段的平均彈性模量和厚度分別進(jìn)行比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 屈膝0 °時(shí)MCL3個(gè)節(jié)段的彈性模量和厚度比較

表3 屈膝90 °時(shí)MCL3個(gè)節(jié)段的彈性模量和厚度比較

3 討 論

目前,用于探查MCL損傷的手段局限于MRI,能清晰地分辨膝部的解剖結(jié)構(gòu)及空間層次關(guān)系,但在矢狀切面中膝關(guān)節(jié)MCL的位置太靠?jī)?nèi)側(cè)而不易被觀察。關(guān)節(jié)鏡檢查可在醫(yī)師直視操作下明確診斷,但是一種侵入性檢查,且關(guān)節(jié)鏡下術(shù)野范圍局限[1-2]。故膝關(guān)節(jié)軟組織損傷的臨床評(píng)估需要一種新的檢查方法。

SWE檢查有無創(chuàng)、無輻射、健康安全、方便價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)多次重復(fù)檢查,很有潛力成為MCL相關(guān)疾病的一種新的診斷方法[9]。MCL損傷最常見的是經(jīng)外力直接損傷,如運(yùn)動(dòng)員的劇烈拉伸等。MCL也經(jīng)常受到膝骨關(guān)節(jié)炎等其他膝關(guān)節(jié)病變的影響[10],提示骨關(guān)節(jié)炎病變可能不僅限于骨質(zhì)改變,也可能伴隨著膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的病變。SWE有助于對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的理解。此外,膝骨關(guān)節(jié)炎患者經(jīng)保守治療無效后,需行全膝置換術(shù)或單髁置換術(shù),為了保證假體固定牢固及位置準(zhǔn)確,減少并發(fā)癥,這兩種手術(shù)對(duì)于膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的平衡要求非常高,但是目前主要的判斷方法僅限于主刀醫(yī)生通過術(shù)中測(cè)厚器的手柄拉力來主觀判斷,缺乏客觀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11-13],SWE技術(shù)對(duì)MCL進(jìn)行量化評(píng)估,可以反應(yīng)軟組織張力,為解決上述困境提供了可靠思路。SWE也可用于膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后療效評(píng)估。

本研究對(duì)招募的37名志愿者74條MCL的彈性模量與厚度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)無論男性或女性,在固定屈膝角度下3個(gè)MCL節(jié)段的彈性模量與厚度均值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,在固定角度下的女性和男性3個(gè)MCL節(jié)段的彈性模量與厚度值分別對(duì)應(yīng)比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,男性或女性的同一MCL節(jié)段的彈性模量與厚度值在不同屈膝角度,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但是3個(gè)MCL節(jié)段的彈性均值存在一定的規(guī)律,即由近段到遠(yuǎn)段的彈性值逐漸增大,3個(gè)節(jié)段的厚度也有類似趨勢(shì),但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這可能與本研究樣本量較小有關(guān)。

此外,在測(cè)量正常人內(nèi)側(cè)副韌帶的超聲彈性值基礎(chǔ)上,制作團(tuán)隊(duì)曾用同樣的測(cè)量方法檢查了6例經(jīng)MRI檢測(cè)明確有MCL損傷的患者,該6例患者的損傷均位于近段。經(jīng)χ2檢驗(yàn)與選取的正常6例近段彈性值比較,損傷組的近段楊氏模量降低,平均(43.32±9.47)kPa,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。MCL損傷后韌帶彈性值下降,主要考慮以下兩方面:(1)韌帶損傷時(shí)產(chǎn)生大量炎性細(xì)胞伴新生血管形成,炎性反應(yīng)、充血及水腫可能會(huì)削弱膠原蛋白的交聯(lián)作用,使膠原蛋白的活性減弱,從而導(dǎo)致MCL彈性下降;(2)彈性蛋白之間的纏繞方式可能因受損而改變使韌帶對(duì)壓力的承受降低,也可導(dǎo)致彈性值下降。對(duì)于造成受傷后MCL彈性值下降更為準(zhǔn)確的機(jī)制,以及受傷嚴(yán)重程度是否和彈性值下降程度有相關(guān)性,還有待進(jìn)一步探索。

本研究把MCL分成近、中和遠(yuǎn)段3個(gè)節(jié)段,每一條MCL均獲得3個(gè)彈性值,綜合評(píng)價(jià)MCL的彈性。此外測(cè)量了屈膝0 °、90 °的MCL彈性值,更加全面地反映不同膝關(guān)節(jié)活動(dòng)狀態(tài)下的MCL彈性狀態(tài)。由于本研究第一次將SWE用于MCL檢查,缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn),可能造成測(cè)量上的誤差。

綜上所述,SWE是一項(xiàng)可靠、價(jià)廉、操作性強(qiáng)的用于量化評(píng)估MCL彈性模量值的新方法,可作為評(píng)估組織力學(xué)特征的新手段,成為傳統(tǒng)MCL檢查方法的有力補(bǔ)充[14-15]。