肌肉痙攣評估中剪切波彈性成像的應用研究進展

郭瑩瑩 贠國俊

1）佳木斯大學康復醫學院，黑龍江 佳木斯 154007 2）深圳市兒童醫院，廣東 深圳 513800

痙攣是上運動神經元損傷后的常見癥狀，常出現在腦卒中、腦出血、腦癱、多發性硬化癥、脊髓損傷、創傷性腦損傷和其他中樞神經系統病變之后，影響患者的康復進程、生活質量和預后。早期干預和治療可以減輕痙攣照顧者的壓力和患者家庭的經濟壓力。目前臨床上對于痙攣的評估主要是臨床量表評估、生物力學評估、電生理學評估以及影像學評估等。改良Ashworth 痙攣評定量表（modified Ashworth scale，MAS）和 改 良Tardieu 量 表（modified Tardieu scale，MTS）是臨床常用的評估方法，但臨床量表對痙攣的評估具有主觀性，其信度和效度有限。而生物力學評估、電生理學評估以及影像學評估可以通過客觀測量表示肌肉硬度，但具有一定的局限性，如技術復雜、易受操作者影響及費用高等。因此，對痙攣的評估尚需要一個更客觀、能定量、易操作、易進行的方法。剪切波彈性成像技術作為一個可以評估肌肉硬度的新興的超聲技術，具有實時、準確、無創、經濟、客觀、定量等優點，可以彌補臨床上其他肌肉痙攣臨床評估方法的不足，滿足臨床上對痙攣評估的需要，使臨床患者受益。因此，本文對剪切波彈性成像技術的技術原理、在肌肉痙攣評估中的可行性與優勢、其成像的影響因素以及剪切波彈性成像在痙攣性腦癱、腦卒中等肌肉痙攣評估中的應用進行綜述，并對其未來在痙攣性腦癱康復中的應用進行了展望，以期為臨床評估肌肉痙攣和痙攣性腦癱康復提供新思路。

1 痙攣

痙攣常會出現在腦卒中、腦出血、腦癱［1］、多發性硬化癥、脊髓損傷［2］、創傷性腦損傷［3］和其他中樞神經系統病變之后［4］，進而影響患者的康復進程，導致疼痛、肌肉萎縮和肌肉骨骼畸形［5］等繼發性問題，最終影響患者的生活質量和預后。而對痙攣狀態的評估和痙攣治療的預后評估［6］，可以及早發現和更好地治療痙攣。

目前臨床上對于痙攣的評估主要是MAS、MTS等臨床量表評估，動力測定法等生物力學評估，表面肌電圖［7］等電生理學評估以及磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）［8-9］、超聲彈性成像等影像學評估。MAS和MTS是臨床中常用的評估方法。與MAS相比，MTS 對痙攣的評估更具有優勢，能區分攣縮和痙攣［10-11］。但MAS、MTS對痙攣的評估具有主觀性，其信度和效度是有限的［12-14］。動力測定法是一種通過客觀測量表示被動肌肉硬度的技術，但技術復雜，且受肌肉以外的軟組織硬度的影響［15］。應變式彈性成像只能半定量分析組織硬度，還需手動施壓，易受操作者影響［16-17］。磁共振彈性成像能客觀地對組織硬度進行定量評估［18］，但其設備對場地的要求較高，還有輻射且費用較高［19-20］。因此，對痙攣的評估尚需要一個更客觀、能定量、易操作、易進行的方法。

2 剪切波彈性成像技術

2.1 技術原理 剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是一種新興的超聲技術，通過發射聲輻射力脈沖激勵組織振動并橫向傳播產生剪切波，隨后測量計算組織的剪切波傳播速度、楊氏模量及剪切模量，從而評估組織彈性這一生物力學特性［21-22］，組織越硬，傳播的剪切波速度越快［23-24］。在生物力學中，楊氏模量是縱向應力與應變的比值，代表組織軸向變形的趨勢，剪切模量是剪切應力與應變的比值［22］。彈性模量即楊氏模量（E），與剪切波速度（V）、組織密度（ρ）和剪切模量（G）相關，在各向同性、彈性介質以及不可壓縮組織的情況下，其之間的關系為E=3G=3ρV2［22，25］。對于各向異性、黏彈性和非均勻性的骨骼肌，剪切波速度是描述剪切波彈性成像技術測量的肌肉硬度更合適的變量［22，25-27］，常見的剪切波彈性成像技術有采用機械脈沖的瞬時彈性成像、采用聲輻射力脈沖的點剪切波彈性成像及二維剪切波彈性成像［22］。

2.2 在肌肉痙攣評估中的可行性與優勢 剪切波彈性成像技術用于肌肉的痙攣評估有一定的病理基礎，有研究表明痙攣性腦癱是一種以肌肉硬度增加為特征的疾病［15］，不僅是由于在主動運動中對抗肌肉的共同收縮而導致主動肌肉硬度的增加，而且也是被動肌肉硬度的增加［25］，前者主要由于牽拉反射的過度興奮而引起肌肉的速度依賴性激活，相比之下，后者是由肌肉的黏彈性屬性造成的［24］。所以，剪切波彈性成像技術的特點使其可以應用于痙攣性腦癱的肌肉評估。超聲彈性圖、剪切波彈性成像測量還可以為肌肉痙攣狀態的診斷和隨訪提供客觀的評估，能監測癱瘓肌肉和痙攣肌肉的結構和黏彈性，可以實時量化組織硬度［27-30］。剪切波彈性成像技術還可以在活體內測量單個肌肉的剪切波速度及其硬度改變［31］。研究表明超聲彈性成像技術在評估活體肌肉硬度方面表現出中等的可靠性［29］。

剪切波彈性成像技術用于肌肉痙攣的評估是可行的，且具有一定的優勢，能彌補其他痙攣評估方法的不足。剪切波彈性成像技術結合其他痙攣評估方法更有助于提高對肌肉痙攣評估的準確性。

2.3 剪切波彈性成像的影響因素 剪切波速度的均值會受超聲凝膠、探頭及探頭施加的壓力、肌肉方向，以及不同的機器設置，如頻率、放置深度和感興趣區的大小等因素的影響［22-32］。年齡和性別也可能對肌肉硬度有影響，進而影響剪切波彈性成像的結果。肌肉硬度和年齡之間的確切關系還不完全清楚。TANG 等［33］研究顯示，在1 kg 負荷下，女性的最大剪切波速度值、最小剪切波速度值和平均剪切波速度值均顯著高于男性［（4.49±0.60）m/s vs（3.98±0.68）m/s，（2.55±0.61）m/s vs（2.20±0.63）m/s，（3.51±0.60）m/s vs（3.06±0.58）m/s，P 值分別為0.003、0.028、0.004］，35～60 歲組的最大剪切波速度值和平均剪切波速度值顯著高于20～34 歲組［（4.11±0.62）m/s vs（4.47±0.70）m/s，（3.17±0.53）vs（3.52±0.69）m/s，P 值分別為0.045、0.044］。研究表明，性別和年齡會影響肌肉的剪切波速度值。一項用剪切波彈性成像技術評價增齡對松弛和收縮狀態下骨骼肌硬度影響的研究表明，肌肉的硬度隨著年齡的增長而降低［34］。LIU等［35］研究了不同年齡段在不同踝關節角度下的剪切模量值，發現踝關節跖屈角度變化時不同年齡段的剪切模量差異無統計學意義（P＞0.05）。隨著踝關節背屈角度的增加，3組間剪切模量差異有統計學意義（P＜0.01）。LEE等［36］用剪切波彈性成像技術測量受試者的股直肌、股二頭肌、脛前肌和腓腸肌的硬度時發現性別差異有統計學意義（P＜0.05）。KOZINC 等［37］不僅發現男性的剪切模量高于女性，而且平行探頭位置高于垂直探頭位置（相對于肌纖維方向），身體優勢側高于非優勢側。這些研究表明年齡和性別會影響彈性成像的結果，同時這種差異可能只有在肌肉達到一定的拉伸程度才明顯，肌肉硬度和年齡之間的確切關系還不完全清楚。因此，在實踐中應針對不同人群制定不同的參考值、對結果進行標準化。感興趣區域的大小也會影響測量的重復性。LIU 等［38］就感興趣區域大小對剪切波彈性成像測量重復性的影響進行了研究，結果表明在使用不同感興趣區域大小的情況下，重復性極好，較大的感興趣區域具有更好的重復性。

3 剪切波彈性成像在肌肉痙攣評估中的應用

3.1 在痙攣性腦癱中的評估 腦性癱瘓的常見表現是痙攣和肌肉無力，痙攣型腦癱是其主要的分型，占腦癱人群的75%～80%［39］。對痙攣型腦性癱瘓的有效治療和干預可以很大程度上提高腦癱患兒的活動能力、康復預后和生活質量。

3.1.1 肌肉痙攣的評估：痙攣性腦癱的常見改變就有肌肉硬度的改變，肌肉僵硬是痙攣性腦癱的一個重要治療靶點［40］。BRANDENBURG等［25］應用剪切波彈性成像技術測量了腦癱患兒和發育正常的兒童在足底屈曲不同角度時的腓腸肌的剪切模量，研究發現腦癱兒童在不同足底屈曲角度的剪切模量值均顯著高于對照組（P＜0.05）。LEE 等［31］研究也表明剪切波彈性成像技術可以非侵入性地研究腦癱患者的肌肉特性。BILGICI 等［41］測得的腦癱組和健康組的腓腸肌的剪切波速度值分別為（3.17±0.81）m/s 和（1.45±0.25）m/s，腦癱組明顯高于健康組（P＜0.001），且痙攣型腦癱兒童的剪切波速度值與MAS評分之間存在顯著的相關性（P＜0.001）。VOLA 等［15］研究也獲得同樣的結果，腦癱兒童的剪切波彈性成像值高于健康組（P＜0.001），且剪切波彈性成像值和MAS 評分之間有顯著的相關性，相關系數為0.74。剪切波彈性成像在腦癱患兒和正常兒童之間的差異，以及剪切波彈性成像的結果與MAS 評分的相關性表明該技術可以用于腦癱兒童的痙攣評估。

3.1.2 康復療效的評估：關于痙攣性腦癱的治療有傳統的手法治療，還有肉毒素治療和沖擊波治療等手段。臨床實踐中缺乏合適的客觀測量工具評估肌肉痙攣干預和治療方法的有效性，這是監測腦性癱瘓治療情況的問題之一。剪切波彈性成像技術可作為一種跟蹤工具，與臨床結論相結合判斷痙攣性腦癱的嚴重程度以及康復治療的短期和長期療效［19］，且該技術無創、客觀、可行、簡便，可用于腦癱患者治療前、治療中（如肉毒毒素注射療法）痙攣狀態的臨床評估和治療后的療效評價［41］。

有研究應用剪切波彈性成像技術定量評估監測腦癱兒童肉毒素治療后肌肉硬度的改變以及持續時間［42］，發現盡管踝關節活動范圍或痙攣程度沒有明顯改變，剪切波彈性成像技術仍能檢測到注射肉毒毒素A 前后腦癱患兒腓腸肌被動肌肉硬度的差異。由于研究的局限性，對被動肌肉硬度改變的臨床意義尚不清楚。繼續努力促進對異常被動肌肉僵硬形成機制的理解，以及確定被動肌肉硬度改變的臨床意義，這對于針對性地預防或確定異常被動肌肉僵硬的發展至關重要。

BILGICI等［43］對A型肉毒毒素注射后腦癱患兒腓腸肌硬度變化的研究發現，注射前、注射后的剪切波速度值分別為（3.20±0.14）m/s和（2.45±0.21）m/s，差異有統計學意義（P＜0.001），剪切波速度值和MAS 評分呈正相關。BERTAN 等［44］也對痙攣性腦癱患兒注射肉毒毒素A后的腓腸肌彈性成像值進行了研究，研究組是注射肉毒毒素A 同時接受居家鍛煉計劃，對照組僅接受家庭鍛煉計劃，并在治療前和治療后1個月和3個月分別進行了彈性成像的評估，僅在治療后1 個月，研究組腓腸肌彈性成像差異有統計學意義（P＜0.05），對照組腓腸肌彈性成像差異無統計學意義，且這些彈性成像測量值與臨床參數之間存在顯著相關性（P＜0.05），表明剪切波彈性成像技術結合臨床參數的測量可能有助于區分將在臨床上受益的患者，特別是在治療的早期階段。DA等［45］對下肢在注射肉毒毒素A 前后腓腸肌的硬度變化的研究也發現同樣的結果，腦癱患兒治療前后的剪切波彈性成像值差異有統計學意義（P＜0.01），同時還與MAS 評分呈正相關。這些研究表明應用剪切波彈性成像技術定量測量肌肉硬度，可為評估腦癱患兒的痙攣狀態和治療效果提供重要信息，從而為臨床醫生對這些患兒的評估和隨訪提供更客觀的數據。

CORRADO 等［24］通過使用剪切波彈性成像技術評估體外沖擊波治療腦癱兒童的比目魚肌攣縮的療效，證實了散焦體外沖擊波在減少腦癱兒童肌肉攣縮中的有效性，說明剪切波彈性成像技術在腦癱中的應用不僅可以觀察痙攣狀態和治療效果，還可以確定和選擇有效的治療手段。

3.2 在腦卒中后肌肉痙攣的評估

3.2.1 肌肉痙攣的評估：研究表明剪切波彈性成像技術可以用于定量評估腦卒中痙攣肌肉的硬度變化［46］。GAO 等［47］研究也支持這一觀點，并發現痙攣肌肉的剪切波速度值和相應肢體的被動關節活動范圍呈負相關。LENG等［48］也發現腦卒中后患者的患側痙攣肌肉的楊氏模量值明顯高于非患側，其被動肌肉硬度可以用剪切波彈性成像技術進行量化。該研究還探究了剪切波彈性成像與Neuroflexor 的生物力學模型的相關性，結果表明兩者的結果相關，且兩者聯合應用可以更好地量化痙攣肌肉的硬度，這有助于為卒中后患者設計合適的干預措施。

3.2.2 康復療效的評估：一項前瞻性研究［49］對7 例接受肉毒毒素A（botulinum neurotoxin A，BoNT-A）注射治療的卒中后上肢痙攣患者的彈性成像值進行研究，觀察了注射前、注射后以及注射后平均22 d肱二頭肌的軸向應變比、橫向應變比和剪切波速度等超聲彈性參數，還進行了治療前后的MAS 和TS 評估，結果表明治療前后的彈性成像值差異有統計學意義（P＜0.05），超聲彈性參數與MAS、TS 具有相關性（相關系數為0.55±0.95，P＜0.05），說明剪切波彈性成像可以用于腦卒中后上肢痙攣治療的療效評估。LIU 等［50］對60 例腦卒中伴上肢痙攣患者的痙攣肱二頭肌和正常肱二頭肌進行剪切波彈性成像分析，比較了痙攣側與正常側肱二頭肌在康復治療前后的剪切波速度值和楊氏模量值，發現正常側與痙攣側肱二頭肌在康復治療前（P＜0.01）與康復治療后（P＜0.05）的剪切波速度、楊氏模量差異均有統計學意義，并均與MAS 評分相關。剪切波彈性成像技術可作為定量指標分析腦卒中后肌肉結構和功能的變化，并可作為康復治療前后的評估手段。

3.3 其他 剪切波彈性成像技術還有在其他疾病導致的肌肉痙攣及肌肉硬度增加方面的應用。一項用剪切波彈性成像技術測量Duchenne 肌營養不良癥（Duchenne muscular dystrophy，DMD）患者下肢肌肉組織彈性的研究發現，與健康兒童相比，DMD兒童股直肌、股外側肌、大收肌和臀大肌的肌肉硬度偏高［51］，說明剪切波彈性成像技術可作為一種非侵入性工具監測疾病早期的肌肉硬度變化。另外，在以痙攣為常見癥狀的多發性硬化癥中，超聲彈性成像技術作為一種客觀工具，在早期或晚期評估和量化多發性硬化癥的肌肉痙攣方面，并在監測其抗痙攣治療效果方面，都是比較有前景的。

4 不足與展望

4.1 不足 彈性成像在肝臟、乳腺和甲狀腺成像等領域的臨床應用存在共識指南，但對于剪切波彈性成像在肌肉骨骼方面還沒形成這樣的共識［52］。在顏色編碼、換能器放置、研究過程中的關節姿勢、施加壓力和測量前的調節方面缺乏標準化，使剪切波彈性成像技術在肌肉骨骼領域中的進一步發展受到限制［53］。楊氏模量和剪切波速度均能反映組織的彈性信息，但其單位是不一樣的，楊氏模量是kPa，剪切波速度是m/s，研究中要注意術語的使用［16］。此技術用于臨床時需建立規范性數據，并就術語達成共識。另外，在剪切波彈性成像技術用于臨床前，還需要進一步的技術進步和對圖像采集的更好理解，以克服各種因素對結果的干擾［21］。

4.2 展望 首先，剪切波彈性成像的特點使其應用于肌肉骨骼方面非常有價值。未來需要通過進一步的、更多的研究對剪切波彈性成像的應用逐漸進行標準化，促進其在肌肉骨骼方面的發展。另外，剪切波彈性成像在痙攣性腦癱方面的應用也是值得進一步研究的。研究表明，有必要為不同年齡段的兒童進行特定的肌張力評估，并測試這些評估在臨床患兒中的有效性和可靠性［54］。未來可以探討剪切波彈性成像技術測得的肌肉硬度和肌肉張力的關系，以期為痙攣性腦癱的肌張力評估提供客觀量化的指標。影響剪切波彈性成像的因素很多，在剪切波彈性成像技術應用于痙攣性腦癱的肌肉評估時，需要更多的努力標準化方法和程序，以提高這一測量的可靠性［23］。

剪切波彈性成像與臨床常用的痙攣評估量表（如MAS）之間存在相關性，其彈性成像的特點可以彌補其他評估方法的不足，可以定量分析肌肉的硬度、判斷痙攣狀態，有助于研究者探究各種干預措施對痙攣治療的效果以及各種痙攣治療手段及其劑量的選擇。剪切波彈性成像技術在痙攣性腦癱康復中的應用及其應用價值也是值得探究的。