骨骼肌體積測量方法的比較與進展

施文珺 綜述 祝聯 審校

【提要】 骨骼肌是人類運動的基礎，也是人體重要的能量儲存器官。測量全身肌肉體積是對人體營養狀態進行評級的常用方法，而局部特定肌群的體積測量在組織缺損的外科修復、術前及術后的評估中都具有重要意義。根據臨床目的不同，可選的測量方法也不盡相同。本文對常見的骨骼肌體積測量方法及各方法的優點、局限和適用范圍進行綜述。

骨骼肌約占新生兒體重的23%，占健康成年男性體重的40%和健康成年女性體重的30%。肌肉體積的測量具有重要意義，全身肌肉體積是評估人體健康狀況、運動能力，以及判斷人體營養狀態，診斷惡病質、肥胖、內分泌疾病等的重要指標。例如，在小兒麻痹癥等引起的下肢肌群萎縮、外傷引起的肌肉組織缺損、雙下肢不對稱等的治療中，測量局部肌群體積可用于術前評估需植入假體的體積和轉移皮瓣的大小[1]；在以縮容為目的的肉毒毒素治療中，目的肌群的體積測量對術前確定藥物劑量和術后評估治療效果都具有重要的意義。本文對報道過的骨骼肌體積測量方法進行整理，總結常見的骨骼肌體積測量方法及其優缺點和適用范圍。

目前，全身或局部骨骼肌體積測量方法包括尿肌酐測量法、雙能X線吸收法、生物電阻抗法、人體測量計算法、MRI測量法、CT測量法、超聲測量法及各種人體測量學方法等。

1 常見測量方法

1.1 尿肌酐-肌肉體積測量法（Urinary creatinine method）

即通過對尿肌酐含量的檢測來計算肌肉含量，是已知最早的測量肌肉體積的方法。1832年，骨骼肌中首次發現肌酸（Creatine）[2]，后續的研究揭示其本質為一種含氮有機酸，幾乎全部（98%）存在于肌肉組織中，包括肌酸和磷酸肌酸兩種形式，為肌肉細胞供能。肌酐是肌酸發生不可逆脫水反應的產物，是肌肉能量代謝的廢物，不能被人體利用，需經腎小球過濾后隨尿液排出。當骨骼肌含量穩定時，肌酐的生成量也相對恒定，這就是利用尿肌酐含量估測骨骼肌含量的原理[3-4]。該方法假設人體所有肌酸均存在于肌肉組織中，忽略從飲食中攝取的外源性肌酸，只適用于估測無肌酐飲食、腎功能正常人群的全身肌肉總量，易受到鍛煉、飲食、月經周期和感染、發熱、創傷等應激狀態的影響。該測量法難以精確計算人體的肌肉體積[5]，但只需收集被測者一段固定時間內的尿液即可估算肌肉體積，對不方便采取影像學檢查者（如重癥監護室患者、行動不便者）仍不失為一種良好的選擇。

1.2 雙能X線吸收法（Dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）

該方法將人體視為由瘦組織、脂肪組織和骨組織組成的三間隔模型[6-7]，各組分密度不同，利用不同能量X線穿透各組分后的衰減率差異來計算肌肉組織（瘦組織）的體積。

Rst(38KeV)=α(RF)+β(RL) Rst(70KeV)=α(RF)+β(RL)

其中，Rst為X線透過被測組織后的衰減率，通過測量獲得；RF、RL分別表示純脂肪、瘦組織的X射線衰減率，其數值已知，根據公式進行計算即可得出α（脂肪成分）和β（瘦組織成分）的值。測量既可以全身為單位，也可針對頭顱、軀干、上肢和下肢單獨進行局部測量[8]，但無法對特定肌群單獨測量。每例測量約耗時15 min，受試者受照劑量為0.01 mSv[9]。

雙能X線吸收法具有檢測快速、操作簡便、輻射劑量小、準確度較高的優點，能對特定部位的肌肉體積進行測量，針對不同性別、年齡的測量對象時需對極端公式進行校正[10]，其主要問題是不同儀器參數不同，測量結果可能不一致[6，11]。

1.3 生物電阻抗法（Bioelectrical impedance analysis，BIA）

該方法將人體視為脂肪組織和非脂肪組織（近似于肌肉組織）組成的二間隔模型，兩者的導電性不同，非脂肪組織的電阻抗較脂肪組織更小，其比例決定了人體的電阻抗值[12]。生物電阻抗法通過測量得到個體電阻抗值，從而得出非脂肪物質與脂肪物質含量。目前的生物電阻抗法主要還是以全身為單位，無法測量局部的肌肉體積。即便有的設備可以計算得到人體局部的電阻抗，但還是需要通過構建人體阻抗數學模型進行估算，測量結果并不精確。

通過生物電阻抗法測量肌肉體積可根據受試對象不同構建合適的數字模型和測量方案，其結果準確性雖易受到測量儀器、受試者人種、性別、年齡、測量時的狀態和環境的影響，但因其具有儀器便攜、可進行床邊檢查、無需專業測量人員、操作簡便、安全無創、成本低、耗時少等明顯的優點，適用于大規模的流行病學調查[13-14]。

1.4 MRI測量法

以MRI測量目的肌肉體積時，一般采取中橫軸位厚層掃描（層厚通常為10 mm），通過手工測量或軟件計算，使用公式：體積=橫斷面積×層厚，逐層依次計算出每張片子上的肌肉體積，將數據相加即為總的肌肉體積[15-16]。劉明霞等[17]采用MR三維容積掃描技術對下肢肌肉體積進行測量，實現了零間隔、薄層（2 mm）無間斷連續掃描，步驟更加簡便，提高了測量效率并降低了人為誤差。

MRI測量的成本高、耗時長，受測量時姿勢的影響，但對人體無輻射，測量結果精確，是目前測量肌肉體積的金標準。

1.5 CT測量法

CT被廣泛應用于人體骨骼肌系統的研究，尤其多被用于下肢斷面的研究[18-20]。CT值又稱Hounsfield數（簡稱Hu），代表了CT圖像上組織結構的相對密度。對目標肌群掃描后，利用各組織CT值的差異，計算出每層的肌肉體積，將各層數值相加后可得到總的肌肉體積。

CT測量法的結果與尸體解剖的結果高度一致，準確性極高，但因X線輻射原因，不宜作為常用手段，更不適用于兒童、孕婦等特殊人群，因此很少有用CT法對肌肉體積進行測量的系統性研究，而多見于需要常規CT檢查的回顧性研究。

1.6 超聲測量法

超聲影像學較CT和MRI更早被用于肌肉的測量，但往往針對特定肌肉長度、厚度、羽狀角等參數，較少被應用于肌肉體積的測量計算。Miyatani等[21]嘗試利用超聲測量肢體肌肉的厚度，并推導出計算肌肉體積的公式。結果顯示，不同肌肉的厚度和體積間都存在一定的相關性，但將肌肉厚度作為唯一變量時，其與肌肉體積的相關性較差，在此基礎上測量肌肉的長度，以厚度與長度雙變量計算肌肉體積而得到的結果準確性有所提高，但仍不理想。Takai等[22]選取下肢多個固定截面，利用超聲測量肌肉的厚度，用膠帶標注測量選定截面的周徑，并以此推算下肢肌肉的體積，并與雙能X線法的測量結果進行比較，其結果準確性尚可，但并不具有推廣普及的優勢。Nijhuis等[23]利用超聲測量小鼠去神經后的腓腸肌的體積變化，通過體表解剖標志確定測量平面，測量結果可靠，可見超聲法在表淺的規則大肌群測量中可靠性尚可。

超聲檢測具有安全、無輻射、儀器便攜、可重復性高的優點，但測量過程對操作的要求較高，尤其是在對目的肌肉進行多斷面連續測量時，斷面間的間隔、超聲探頭的角度和探頭施加于軟組織上的壓力都應盡量保持一致，且由于肌肉和脂肪組織的聲阻相差不大，在計算肌肉的體積時存在較大誤差，一般僅用于床邊檢查等特殊情況。

1.7 人體測量學方法

利用人體測量學方法測算肌肉體積，是指直接對人體的某些參數進行測量，或者對最具有代表性的單張影像學圖像進行測量，從而推導計算得到目的肌群的體積，而非直接對肌肉的各項參數進行測量，是經過大量數據計算驗證后得出的結果。

目前被用于臨床的人體測量學方法主要是通過MRI得到腰椎4～5水平的矢狀截面圖像，測算截面中的骨骼肌面積，其數值與全身骨骼肌體積幾乎相等。通過股骨中段水平的矢狀截面測算得到的肌肉面積，與大腿肌肉體積具有高度相關性，但并不相等[24]。除了利用特定截面的圖像測算，全身的骨骼肌含量大約有75%位于四肢，因此可以通過對四肢的形態學測量來計算其肌肉體積，進而估測全身的骨骼肌體積。

人體測量學方法與常規影像學方法測量肌肉體積相比，在保證準確率的基礎上，極大地減少了檢查量，節省了時間和人力。但人體測量學的使用具有特定的范圍[25]，且應根據受試者的人種、性別差異對公式進行校正，才能保證結果的準確性[26-28]。一般要求受試者的體重在10～60 Kg之間[29]，對于肥胖或癌癥晚期惡病質患者，其測量結果存在偏差。

2 總結與討論

肌肉體積的測量經歷了許多變革和改進，最初人們只能通過解剖尸體測量肌肉體積；18世紀初，肌肉代謝產物肌酐的發現使得人們可以通過血肌酐的濃度來估算活體的肌肉體積[2]；隨后又出現了DXA、BIA等操作簡單、價格低廉的肌肉體積檢測方法；CT、MRI等影像學技術的飛速發展，使對局部特定肌群的體積測量成為可能，但在測定全身肌肉總量時，對大量圖像進行測量、計算的傳統方法檢查耗時長、成本高。因此，在影像檢查的基礎上，總結出基于特定單張斷層圖像估算人體肌肉體積的人體測量學方法[30-32]。

測量方法的改進，使得對身體狀態的動態觀測、組織缺損肌瓣修補手術的術前評估、去神經化后肌肉萎縮的具體量化都成為可能。因各方法操作及原理不同，準確性不同，適用的情況也不盡相同。臨床應用中應根據具體目的選擇合適的測量方法。肌酐-肌肉體積測量法、BIA和人體測量學方法只能計算全身肌肉體積。MRI、CT和DXA則可計算全身或特定肌肉的體積。其中，MRI、CT準確性最高，MRI可作為肌肉體積測量的金標準，DXA具有較高的準確性。肌酐-肌肉體積測量法、BIA、DXA和人體測量學方法成本較低。BIA、DXA和人體測量學方法操作簡便，對受試者檢查時的姿勢和測量人員的專業技術沒有過高的要求，檢測重復性好。

綜上所述，在需要對全身肌肉體積進行測量時，尤其是大樣本量的普查中，選用BIA法較合適；對行動不便的重癥患者及惡病質患者可通過收集尿液利用尿肌酐-肌肉體積測量全身肌肉體積，以評估其健康狀況；特定肌群的體積測量可借助床邊超聲；而需要對形狀不規則的特定肌肉體積進行測量時，如對小腿擴容手術的術前判斷和小腿縮容手術的術后評估，則采用MRI、CT法精確測量更合適。