剪切波彈性成像技術評估慢性心衰患者骨骼肌硬度改變的初步研究

張 曈，逯雪峰，楊華睿，童明輝

（蘭州大學第二醫院，甘肅 蘭州 730000）

慢性心力衰竭 （Chronic heart failure，CHF）是各種心臟疾病的嚴重表現或晚期階段，死亡率和再住院率居高不下，臨床表現為嚴重的運動不耐受和早期疲勞，導致患者的生活質量降低，死亡率增加[1-2]。在CHF 的晚期階段，以患者體質量下降、體脂減少、肌肉萎縮為特征的心臟惡病質綜合征是導致患者死亡的重要原因，其中最顯著的就是骨骼肌萎縮，表現為收縮功能障礙和運動能力降低[3]。

肌肉活檢是診斷CHF 患者外周肌肉改變的金標準，但該方法為侵入性檢查，具有創傷性且風險較大[4]。剪切波彈性成像（SWE）是一種新興的超聲診斷技術，通過產生一種聲射頻力脈沖來提供有關組織固有彈性的信息，被廣泛應用于肝臟、乳腺和甲狀腺。近年來，肌肉骨骼系統的應用也越來越多，目前主要用于量化評估單個肌肉硬度的改變[5]。

本研究旨在通過SWE 評估CHF 患者腓腸肌硬度的改變，并探索其在檢測CHF 患者外周肌肉改變中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2018 年12 月—2019 年3 月因CHF 就診于蘭州大學第二醫院心內科的患者共30 例，其中男22 例，女8 例，平均年齡（62.2±11.4）歲，均符 合2018 年中華醫學會心血管病學分會制定的診斷標準[6]。根據左心室射血分數（LVEF），將心衰患者分為三個亞組：LVEF ＜40%為射血分數降低的心衰（HFrEF），LVEF 40%～＜50%為射血分數中間值的心衰 （HFmrEF），LVEF≥50%為射血分數保留的心衰（HFpEF）。另選取同期門診健康體檢者30 名作為對照組，其中男20 例，女10 例，平均年齡（55.7±10.9）歲，均無CHF 病史或臨床癥狀。兩組參與者均排除患有周圍動脈疾病，中樞或外周神經元性麻痹，膝關節病或髖關節病，惡性腫瘤，急性感染或嚴重貧血者。所有參與者均簽署了知情同意書。心衰組和對照組在 性別（χ2=0.317，P=0.573）與年齡（t=1.667，P=0.101）方面的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

1.2 儀器與方法

應用法國聲科Aixplorer 型彩色多普勒超聲診斷儀（Supersonic Imagine，AixenProvence）進行檢查，選用SL4-15 線陣探頭，頻率4～15 MHz。

本研究采用單盲法測量，受檢者均取俯臥位，首先行常規二維超聲檢查，檢查深度統一設置為3～4 cm，觀察腓腸肌的形態、邊界及內部回聲特征。然后進行靜息狀態（雙腳自然下垂，腓腸肌處于自然狀態）下的SWE 檢查，先將探頭橫切來尋找腓腸肌肌腹，再將探頭旋轉90°獲得與肌束方向平行的縱切面，保持探頭平穩，待腓腸肌外側頭顯示清晰后固定探頭并切換至SWE 模式，檢查者不施加額外的壓力，待圖像穩定后凍結圖像，回放，選取合格的圖像（以顏色充滿取樣框且圖像穩定為準）進行測量，感興趣區（ROI）統一設置為直徑2 mm 的圓形，測量肌肉組織的彈性模量值及剪切波速度（SWV）。在靜息和伸展狀態下各測量3 次，取平均值。重復以上方法進行伸展狀態（雙腳伸向小腿的腹側，使踝部到達最大背曲位，以便腓腸肌產生足夠的張力）下的SWE 檢查，為了測量的準確性，受檢者需要保持至少2 min 的足背延伸，每次測量后休息5 min 再進行下一次測量。所有受檢者均由同一位專業從事肌骨超聲的主治醫師檢查。

1.3 統計學分析

采用SPSS 23.0 統計分析軟件。符合正態分布的計量資料以±s 表示，兩組參與者之間的比較采用獨立樣本t 檢驗，多組計量資料之間的比較采用單因素方差分析。P＜0.05 表示差異有統計學意義。采用Pearson 相關系數分析心衰組患者LVEF 與腓腸肌伸展狀態間的楊氏模量值及SWV 的相關性。

2 結果

2.1 腓腸肌的SWE 圖像特征

在SWE 模式下，組織越硬，則SWV 越快，其楊氏模量值也越大，在圖像上該區域顯示為紅色，反之則顯示為藍色。在靜息狀態，對照組與心衰組的圖像沒有明顯差異，均表現為深藍色，分布均勻 （圖1，2），而在伸展狀態，心衰組表現為藍色夾雜著少許綠色，分布欠均勻（圖3），對照組表現為藍綠色且分布不均勻（圖4）。

2.2 腓腸肌靜息狀態與伸展狀態的楊氏模量值與SWV

靜息狀態時，心衰組楊氏模量值7.4～24.3 kPa，SWV 1.6～2.8 m/s，對照組楊氏模量值7.6～25.5 kPa，SWV 約1.6～2.9 m/s（圖5，6），伸展狀態心衰組楊氏模量值28.2～88.8 kPa，SWV 3.0～5.4 m/s，對照組楊氏模量值52.2～121.4 kPa，SWV 約4.2～7.6 m/s（圖7，8）。

圖1 心衰組患者在靜息狀態下的SWE 圖像表現為均勻的深藍色。圖2 正常對照組在靜息狀態下的SWE 圖像表現為均勻的深藍色。圖3 心衰組患者在伸展狀態下的SWE 圖像表現為藍色夾雜少許綠色。圖4 正常對照組在伸展狀態下的SWE 圖像表現為藍綠色。Figure 1.The SWE image of patients in the heart failure group showed a uniform dark blue in the resting state.Figure 2.The SWE image of the normal control group showed a uniform dark blue in the resting state.Figure 3.The SWE images of patients in the heart failure group showed blue with a little green in the stretched state.Figure 4.The SWE images of the normal control group showed blue-green in the stretched state.

采用獨立樣本t 檢驗對兩組數據進行分析，結果見表1。腓腸肌在靜息狀態下，兩組的楊氏模量值與SWV 沒有顯著的差異。而當腓腸肌處于伸展狀態時，對照組的楊氏模量值與SWV 均明顯高于心衰組，差異有統計學意義（P＜0.05）。

2.3 不同亞組間腓腸肌伸展狀態下楊氏模量值與SWV 的比較

將心衰組的三個亞組在腓腸肌伸展狀態時的楊氏模量值及SWV 比較發現，HFpEF 組的楊氏模量值及SWV 比其他兩組高（P＜0.05），HFmrEF 組的楊氏模量值及SWV 比HFrEF 組高（P＜0.05），差異均具有統計學意義（表2）。

2.4 心衰組患者LVEF 與SWE 參數的相關性

通過Pearson 分析發現心衰組患者LVEF 與腓腸肌的楊氏模量值及SWV 呈顯著正相關 （圖9，10）。楊氏模量值及SWV 逐漸減小 （r=0.719，P＜0.001；r=0.744，P＜0.001）。

3 討論

CHF 是一種影響患者整體健康的致殘性疾病，心功能不全是影響CHF 患者體能表現的主要因素。在晚期階段，CHF 患者常伴隨著骨骼肌的結構和功能受損，導致肌肉疲勞和運動耐力下降[7-8]。對于老年人，心力衰竭時合并骨骼肌疾病與年齡依賴性肌萎縮的疊加可能會導致更嚴重的功能損害[9]。因此，CHF 患者肌肉改變的早期發現和及早治療是非常必要的。與磁共振成像或侵入性肌肉活組織檢查相比，SWE 通過楊氏模量值和SWV 來衡量肌肉組織的硬度[10]，快速且無創，具有良好可重復性，因此，我們可以通過SWE 來測量CHF 患者肌肉的硬度，以期為臨床早期發現CHF 患者肌肉硬度改變提供參考[11]。

圖5 靜息狀態下心衰組與對照組楊氏模量值的比較。圖6 靜息狀態下心衰組與對照組SWV 的比較。Figure 5.Comparison of Yang’s modulus between heart failure group and control group under resting state.Figure 6.Comparison of SWV between heart failure group and control group under resting state.

圖7 伸展狀態下心衰組與對照組楊氏模量值的比較。圖8 伸展狀態下心衰組與對照組SWV 的比較。Figure 7.Comparison of Young’s modulus value between heart failure group and control group under stretch state.Figure 8.Comparison of SWV between heart failure group and control group under extension state.

圖9 LVEF 與楊氏模量值的關系。圖10 LVEF 與SWV 的關系。Figure 9.Relationship between LVEF and Young’s Modulus.Figure 10.Relationship between LVEF and SWV.

表1 兩組受檢者腓腸肌的楊氏模量值與SWV 的比較

表2 心衰組患者不同LVEF 的楊氏模量值與SWV 的比較

在本研究中，我們的結果顯示，當腓腸肌被動拉伸時，心衰組和對照組之間的楊氏模量值和SWV存在顯著差異（P＜0.05），即CHF 患者在腓腸肌伸展期間的楊氏模量值與SWV 顯著低于對照組，表明CHF 患者的肌肉不能產生與健康對照者相同的力量，這可能與CHF 患者骨骼肌結構和功能的改變有關[12]，其中結構的改變包括骨骼肌萎縮，肌纖維Ⅰ型到Ⅱ型的轉換，骨骼肌毛細血管氧氣供應顯著減少，而骨骼肌結構的改變導致骨骼肌代謝異常，如胰島素抵抗及糖耐量異常，骨骼肌脂質沉積，骨骼肌蛋白質的合成和降解失衡，這些代謝異常加速骨骼肌的萎縮，最終導致心衰患者運動能力的改變，即肌肉抗疲勞能力下降，肌肉收縮力降低，臨床表現為運動不耐受，這是心衰患者最常見的癥狀之一。

當我們將心衰組分為三個亞組進行比較時發現，HFrEF 組的楊氏模量值及SWV 顯著降低，這可能與LVEF 顯著降低有關，目前大量的組織學和代謝研究證明HFrEF 患者存在骨骼肌異常，其原因主要是心輸出量顯著降低，外周血液的灌注減少，VO2峰值降低等。而HFpEF 組的楊氏模量值及SWV 明顯比HFrEF 高，由此我們可以假設改善心功能可以改善心衰患者骨骼肌的病變[13]。

此外，心衰組患者的LVEF 與腓腸肌的楊氏模量值及SWV 呈顯著正相關，即隨著心衰患者LVEF的降低，肌肉的硬度也降低，這也說明隨著CHF 患者病情的加重，骨骼肌的改變也會發展和惡化。

有研究表明CHF 患者通過運動康復治療可以改善心功能、抗炎性因子水平及外周血循環，提高神經內分泌系統活性，提高患者運動耐量，改善生活質量，降低病死率和再住院率[14]。在CHF 患者運動康復治療期間，我們也可以通過SWE 來評估某一階段的治療效果，并根據SWE 的結果來制定下一步的治療計劃，為指導臨床提供一種新的評估方法。

本研究存在以下的局限性：①本研究作為一項試驗性研究，樣本量相對較小；②沒有根據心衰患者的病程分組，病程長短對患者肌肉硬度和收縮力的影響無法控制；③由于沒有進行肌肉活檢，我們無法確定外周肌無力的確切起因和原因。

總之，SWE 是一種簡單、可靠、非侵入性且可重復性好的超聲檢查技術，可用于評估CHF 患者的外周肌肉硬度，從而評價肌肉收縮力，為這些患者早期進行康復訓練、改善愈后提供參考依據。