剪切波彈性成像評估慢性心力衰竭患者骨骼肌異常應用現狀的研究進展

張曈，楊華睿，逯雪峰，童明輝

慢性心力衰竭（CHF）是多種心血管疾病的終末期表現及導致心血管疾病患者死亡的主要原因，由于其發病率、住院率及病死率均較高，因此CHF已成為21世紀心血管領域面臨的兩大挑戰之一。晚期CHF患者常伴有肌肉質量及力量喪失，肌肉活檢結果證實CHF患者存在外周骨骼肌異常，如肌肉萎縮及肌纖維尺寸減小等［1］，但肌肉活檢創傷較大，難以在臨床工作中推廣，因此需尋找侵入性較小的檢查方法以評估CHF患者骨骼肌異常、使患者從早期康復鍛煉中受益等。肌電圖與機械肌電圖主要通過肌肉電活動或機械反應而判斷肌肉功能，但二者空間分辨率較差［2］；磁共振成像（MRI）及超聲具有較高的空間分辨率，有利于跟蹤肌肉縮短前后形態學變化，但二者無法提供肌肉功能相關信息，且MRI價格昂貴、不適合進行實時動態觀察。剪切波彈性成像（SWE）可對肌肉組織進行實時、定量評價并具有良好的重復性，可為臨床診斷和指導CHF伴骨骼肌異常患者的治療等提供客觀、可靠的依據，本文主要綜述了SWE評估CHF患者骨骼肌異常的應用現狀。

1 SWE的原理及優勢、劣勢

超聲彈性成像技術的應用及發展始于20世紀90年代，由于其可根據組織硬度區分組織并增強圖像的對比度、顯示由不同剪切模量的組織組成的解剖結構，因此成為常規診斷超聲的新方向。SWE的原理：利用線陣的聚焦聲輻射力產生橫波，該陣列本身會提供一定局部應力并在局部組織中產生位移，繼而通過快速平面波激勵跟蹤剪切波傳播時組織位移及剪切波速度，而剪切波速度在每個像素處的分布與剪切模量（即楊氏模量）直接相關，因此楊氏模量成為衡量組織彈性的絕對尺度［3］。楊氏模量與剪切波傳播速度間的關系：E=3ρc2（E：楊氏模量；c：剪切波傳播速度；ρ：組織密度），組織越硬、密度越大則剪切波傳播速度越快、楊氏模量值越大，相應彈性圖像上顯示為紅色，反之為藍色，介于兩者之間為綠色［4］，因此SWE既可得到定性的彩色編碼彈性圖，也可得到彈性（以kPa為單位）或剪切波速度（以cm/s為單位）的定量圖；但SWE有一定的深度限制，只有在有限的感興趣區（ROI）形狀如5 mm×5 mm的正方形或1 mm×1 mm的圓形才能對彈性進行定量測量等［5-6］。

2 SWE評估骨骼肌異常

既往SWE主要用于評估肝臟、脾臟、甲狀腺、乳腺、前列腺、生殖泌尿系統及淋巴結等［7］，近年來SWE逐漸并越來越多地用于評估肌肉骨骼組織，其可通過測量組織剪切波速度而評估組織的力學如硬度等［8-9］。與灰階超聲相比，SWE可早期發現骨骼肌組織內部變化，通過檢測剪切波速度而區分健康組織與病理組織［10］，因此其具有早期診斷及指導、監測治療等價值。LACOURPAILLE等［11］通過對健康受試者的9種靜息肌（包括腓腸肌、脛骨前肌、股外側肌、股直肌、肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌、拇指內收肌及拇指外展肌）進行剪切彈性模量測量發現，盡管被檢查的9種靜息肌類型、結構不同，但SWE可用于快速研究幾個單獨的肌肉，也可用于測量靜息時的肌肉，且SWE檢測過程無痛、患者無需任何約束，可靠性極好。CORTEZ等［12］在嚴格的條件下對16名志愿者的腓腸肌內側和脛前肌剪切波速度進行測量，結果證實定量測量剪切波速度是可靠的。NORDEZ等［13］采用SWE連續測量肱二頭肌等長收縮過程中的剪切彈性模量，證實剪切彈性模量可間接估計肌電活動，但這種間接估計的準確性仍有待確定。

骨骼肌是動態組織，常具有不同的緊張狀態。EBY等［14］通過SWE對豬肱二頭肌進行剪切模量測量并與傳統彈性檢測方法進行對比而提出了肌腹楊氏模量值隨著肌張力升高而升高的假設，并認為肌肉拉伸過程中超聲探頭位置對獲得有意義的結果起著至關重要的作用，當超聲探頭平行于肌束方向時上述兩種測量方法得到的楊氏模量值一致性較好。BOTANLIOGLU等［15］通過SWE比較男性、女性健康受試者與女性髕股關節疼痛綜合征（PFPS）股外側肌、股內側肌力學發現，肌肉彈性與肌肉活動水平高度相關，因此SWE可通過量化肌肉機械狀態變化而監測治療有效性。楊寒凝等［16］通過SWE對200例體檢正常者腓腸肌松弛與緊張狀態下的彈性模量發現，人體狀態改變時肌肉的彈性模量值也產生相應變化，因此實時SWE可為臨床診斷肌力異常性疾病提供參考。

XU等［17］通過SWE對9名男性賽艇運動員被動屈膝時股四頭肌的剪切模量進行測量發現，膝關節被動屈曲期間股四頭肌淺表頭部幾乎在相同的膝關節角度（屈曲略超過40°）時開始產生被動張力，而當肌肉被動拉伸時每塊肌肉的剪切模量均會增加并在關節運動結束時達到最大值（該研究中膝關節屈曲120°）；此外，膝關節屈曲54°以上時股直肌的剪切模量高于股內側斜肌及股外側肌。杜麗娟等［18］通過分析帕金森病患者肱二頭肌及肱橈肌楊氏模量值分布特征證實， SWE在評估帕金森病患者肌張力狀態方面具有一定優勢，但由于其樣本量較小且僅測量了較大肌肉群的楊氏模量值，因此關于小肌肉楊氏模量的測量等還需進一步研究。牛旺等［19］通過SWE測量靜息及最大縮肛狀態下盆腔器官脫垂患者和健康志愿者雙側恥骨直腸肌前、中、后部楊氏模量值證實，盆腔器官脫垂患者恥骨直腸肌收縮功能減低，因此SWE可用于診斷盆腔器官脫垂患者恥骨直腸肌收縮功能異常。

3 SWE評估CHF患者骨骼肌異常

3.1 CHF患者骨骼肌變化 CHF的典型臨床表現包括運動性疲勞和呼吸困難［20］，而CHF患者骨骼肌變化涉及心肌功能下降所致骨骼肌與周圍血管適應的復雜作用。既往研究認為，CHF患者運動功能受限主要與心輸出量減少所致骨骼肌灌注不足及乳酸酸中毒有關，如LUNDE等［21］研究表明，CHF患者主因左心室功能下降、心肌收縮力降低而導致心臟輸出量嚴重減少，繼而造成運動期間血液灌注及周圍肌肉氧氣輸送減少，最終引發呼吸困難、肌肉疲勞、虛弱等癥狀。近年研究表明，骨骼肌、血管系統和肺等器官組織的繼發性改變在CHF患者運動性疲勞及呼吸困難發生發展過程中發揮著重要作用［22］，其中骨骼肌異常包括能量代謝異常、肌纖維從Ⅰ型向Ⅱ型轉變、線粒體功能障礙、肌肉硬度下降、肌肉萎縮等［23］。MANCINI等［24］研究發現，CHF患者常存在明顯的骨骼肌肉萎縮及氧化代謝異常，而骨骼肌肉萎縮會在一定程度上導致運動能力下降和肌肉代謝改變；COLLAMATI等［25］認為，外周肌肉收縮（屈曲或伸展）期間僵硬度降低可能與輸送至肌肉的氧氣減少有關，還可能與骨骼肌形態變化如肌纖維從Ⅰ型向Ⅱ型轉變而導致肌肉萎縮、線粒體氧化能力降低等有關；KINUGAWA等［23］認為，血管緊張素Ⅱ可能參與CHF骨骼肌改變。

一般來說，肌肉萎縮主要與蛋白質合成減少和/或蛋白質降解增加有關，但多數研究表明，臨床穩定的CHF患者并不存在肌肉蛋白質合成或降解缺陷，因此其肌肉萎縮發生、發展可能與疾病惡化直接相關［26］。ANKER等［27］研究表明，肌肉萎縮是CHF患者死亡的獨立危險因素，因此治療CHF的一個重要目標就是逆轉或最大限度地防治骨骼肌改變。

3.2 SWE評估CHF患者骨骼肌異常 骨骼肌異常是導致CHF患者運動功能受損的主要原因，骨骼肌異常主要表現為肌肉硬度降低，而SWE可通過測量肌肉組織彈性而評估其硬度，因此SWE可用于評估CHF患者骨骼肌異常。MASLARSKA等［28］通過SWE測量CHF患者與健康志愿者肌肉僵硬度發現，健康志愿者收縮狀態（前臂曲肌的屈曲和小腿腓腸肌的伸展）下的小腿腓腸肌外側頭部預設ROI和未顯露ROI內的任何骨組織或大血管的屈肌橈側肌（下臂屈肌）剪切模量明顯高于CHF患者，證實CHF患者存在骨骼肌異常；通過繪制ROC曲線及計算曲線下面積（AUC）發現，SWE對CHF患者骨骼肌異常具有較高的診斷準確率；通過Logistic回歸分析發現，運動狀態下伸展和屈曲時剪切模量是充血性心力衰竭的良好預測因子。

4 SWE的注意事項

由于SWE是一種相對穩定、可靠的技術，因此其逐漸在骨骼肌異常的評估中得到廣泛應用。SWE可通過準確地測量肌肉組織剪切波速度而評估其彈性及硬度，但由于時間分辨率較低，因此SWE對等長收縮及等張收縮過程中肌肉力量的連續測量準確性有限。COUADE等［29］研究表明，時間分辨率設置為30幀/s時SWE可測量整個心動周期心臟剪切波彈性模量值，因此提高時間分辨率有望使SWE用于肌肉動態收縮過程中剪切波彈性模量值的檢測。此外，由于SWE是在二維圖像下測量剪切波傳播速度，而剪切波是在三維空間內傳播，因此PROVOST等［30］研究認為，超聲新設備的發展有助于實現剪切波的三維實時測量，繼而評估肌肉硬度的空間變異及提供肌肉各向異性、剪切黏度的信息，更準確地評估神經肌肉情況。

需要注意的是，SWE評估骨骼肌異常還受多種因素影響，如肌緊張狀態、探頭掃查平面與肌纖維方向的夾角、ROI的大小、檢查者施加的壓力及肌肉疲勞等，其中以探頭掃查平面與肌纖維方向的夾角、檢查者施加的壓力影響較大。KOT等［31］研究發現，股直肌與髕骨肌腱的彈性模量與ROI的大小無關，而與檢查者施加的壓力有關，二者的彈性模量隨檢查者施加的壓力增加而升高。此外，由于骨骼肌具有各向異性且骨骼肌的剪切波傳播速度與肌纖維排列方向有關，因此超聲探頭位置也會對SWE測量結果產生一定影響［32］。CHINO等［33］研究發現，腓腸肌內側頭（二羽肌）橫向與縱向平面的SWE測量結果相近，而肱二頭肌（單羽肌）橫向與縱向平面的SWE測量結果則存在一定差異，其原因可能與肌纖維方向有關，因此進行SWE檢查時還需考慮聲束與肌束夾角對測量數據的影響。

5 小結與展望

綜上所述，SWE具有實時、定量、準確等優點，是目前最先進的超聲彈性成像技術，可用于CHF患者骨骼肌異常的無創評估，有利于指導CHF早期康復鍛煉、改善CHF患者預后；但SWE易受多方面因素影響，仍存在一定劣勢，而隨著超聲新設備等的發展及剪切波三維實時測量的實現，SWE將更廣泛地應用于CHF患者骨骼肌異常的評估。