剪切波彈性成像在肌肉骨骼系統的研究現狀

阮堅

【關鍵詞】?剪切波彈性成像;肌肉;肌腱;神經

中圖分類號：R726.2???文獻標志碼：A???DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.02.016

肌肉骨骼系統疾病是臨床常見病，常規超聲、CT等檢查雖然在肌肉、肌腱、韌帶以及周圍神經等肌肉骨骼疾病發生形態學改變時能做出診斷，但無法評價其生物機械力學特征，即無法對其彈性（硬度）進行測量及評定。超聲彈性成像是由Ophir等于1991年提出，它通過獲得生物組織的彈性系數，評估組織的硬度。超聲彈性成像主要分為：壓迫性彈性成像，聲脈沖輻射成像及實時剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）。SWE是一種最新型超聲彈性成像，具有快速簡便、安全無創、重復性好等優點，可定量測量生物組織（病變）的硬度，獲得彈性模量，彌補了傳統影像學檢查的不足。目前SWE技術已廣泛應用于乳腺[1]、甲狀腺[2～3]、淋巴結[4]、肝臟[5]及前列腺[6]等疾病的評估及診斷。近年也已開始應用于肌肉肌腱、神經組織及滑膜等肌肉骨骼系統疾病診斷及療效評估。現就SWE在肌肉骨骼系統的研究現狀進行綜述。

1?SWE的原理

SWE也稱E成像，它是通過超聲探頭發射脈沖刺激產生聲輻射力，在組織不同深度聚焦產生與傳統超聲波傳播方向垂直的橫向剪切波，利用“馬赫錐”原理，使組織中產生足夠強的剪切波，并以彩色編碼圖與灰階超聲相結合， 產生實時顯示組織彈性圖，通過定量分析技術計算出剪切波速度（單位：m/s），并推導出楊氏模量值[7～8]（E，單位：kPa）。楊氏模量與剪切波的關系：E=3ρcE為楊氏模量，ρ為組織密度，c為剪切波傳播速度） 。楊氏模量值能直接反映組織彈性硬度。楊氏模量值越大表示組織硬度越大。SWE具有實時、定量、準確的優點，且不受外界條件的限制，重復性好。

2?SWE在肌肉組織中的臨床應用

2.1?評價健康人肌肉硬度并進行相關性分析?既往臨床醫生評價肌肉組織的軟硬程度多采用手觸診法，主觀性強，而SWE能夠準確測量肌肉組織彈性硬度并得到廣泛認可。CHINO等[9]應用彈性成像技術測量7種組織模擬材料和人體腓腸肌內側頭的楊氏模量值，相關系數為0.996，等于先前使用磁共振彈性成像獲得的值。驗證了使用彈性成像測量肌肉硬度的可靠性和有效性。CORTEZ等[10]應用SWE技術對16名志愿者內側腓腸肌和脛前肌不同部位進行多次測量評估，結果也顯示SWE技術在檢查者內和檢查者間的可信度相等。溫朝陽、肖瀘生等[11～12] 應用SWE技術比較肱二頭肌在松弛和緊張（收縮）狀態下楊氏模量值差異，結果發現緊張（收縮）狀態下肌肉楊氏模量值較松弛狀態下增大，且肱二頭肌在收縮的過程中，楊氏模量值逐漸增大，與既往研究一致[13]。李文靜等[14]以健康成人為研究對象在中立位放松狀態下利用SWE測量優勢側與非優勢側三角肌楊氏模量均值分別為（17.11±3.32）kPa、（16.24±2.53）kPa，結果表明三角肌的彈性模量測值信度高，能反映三角肌力學特征。

2.2?評價肌肉損傷及肌肉痙攣?肌肉損傷或病變，會導致肌肉組織力學性能的變化。 國內學者研究顯示SWE能有效評價大鼠骨骼肌挫傷后康復過程[15]，也能監測新西蘭兔急性肌肉損傷以及修復過程中肌肉硬度（楊氏模量值）的變化[16]，其變化與損傷的病理演變過程相一致。腦卒中患者由于上運動神經元損傷大部分會遺留不同程度肌肉痙攣， 目前臨床上常用半定量表對肌肉張力（硬度）進行評定，主觀性強、缺乏定量標準。而樊留博等[17]利用SWE技術測量20例腦卒中痙攣性偏癱治療前后下肢多組肌肉的楊氏模量值并比較，結果顯示SWE能夠定量評估腦卒中后痙攣下肢肌張力變化，該研究表明，SWE可作為評估腦卒中患者康復療效及預后的新方法。國外學者的研究證實SWE不但能定量評估病變肌肉的硬度[18]，在肌肉良、惡性腫物的鑒別診斷[19]也有幫助。

2.3?在肌腱中的應用?肌腱作為連接肌肉與骨之間的腱性結構，具有獨特的生物力學特性。SWE能夠量化肌腱的生物力學特性。秦鹍等人[20]研究證實了SWE能量化評估髕腱力學特性，在測試者內與測試者間都有良好的信度，可見SWE技術測量髕腱硬度是一種可靠方法，與以往研究一致[21]，重復性好。ARDA、SUYDAM等[22～23]先后運用SWE對健康志愿者跟腱進行測量，結果顯示在踝關節休息位時跟腱的彈性模量值為（51.5±25.1）kPa。踝關節背伸10°時正常跟腱平均彈性模量值為83.2kPa，可見肌腱與肌肉組織相似，緊張（收縮）狀態下楊氏模量值較松弛狀態下增大。SUYDAM[23]研究還發現跟腱的彈性模量值與其面積或強度之間不存在相關性。而當肌腱在發生病變或損傷時，其彈性（硬度）也會發生不同程度的改變。CHEN等[24]研究發現斷裂跟腱和治愈的損傷跟腱的彈性模量值均明顯低于正常人。AUBRY等[25]研究也證實了跟腱病患者跟腱剪切波速度明顯低于正常跟腱，還提出跟腱病的SWE診斷標準。國內學者[26～27]先后應用SWE技術評估正常人群與家族性高膽固醇血癥患者及肥胖者跟腱的彈性值，結果顯示家族性高膽固醇血癥患者及肥胖者跟腱的彈性值較正常人低，可能與血脂異常，膽固醇在跟腱沉積以及跟腱長期負荷過重等因素有關。有研究[28～29]顯示足底筋膜炎的筋膜硬度比正常人低，推測由于足底筋膜炎引起足底筋膜內大量新生血管形成，從而導致足底筋膜的硬度降低，同時發現年齡對足底筋膜的硬度也有影響，隨年齡的增加足底筋膜的硬度會變小，可能與老齡促進肌腱細胞外基質降解、肌腱的水分和黏多糖含量減少有關。可見SWE能對肌腱硬度進行定量分析，為肌腱損傷及損傷程度的判斷、肌腱疾病診斷、預后療效評估提供重要依據。

2.4?在外周神經系統中的應用?以往對周圍神經病變主要依靠臨床癥狀體征判斷，主觀性強。超聲能清晰顯示外周神經形態結構及內部回聲，能夠測量其前后、左右徑及橫截面積等參數，卻無法測量其硬度。俞淼等人[30]應用SWE技術測量30側腕管內正中神經腕管近、中、遠段的彈性模量值（硬度）為：（41.3±10.3） kPa、（35.4±5.8） kPa、（38.1±4.3） kPa，證實SWE技術評估神經硬度的可行性，還為臨床提供正常神經硬度參數。黃點點等[31]研究也證實SWE可用于外周神經彈性模量值的測量，且重復性好。腕管綜合征（carpal tunnel syndrome，CTS）是周圍神經病變中常見疾病，它是由于腕部過度重復使用而引起的腕部周圍正中神經長期受壓，引起神經纖維水腫、纖維化，纖維疤痕形成，導致神經硬度增加。高金妹等[32]通過新西蘭大白兔建立坐骨神經卡壓的動物模型，利用SWE技術評價定量測量卡壓神經的楊氏模量，結果發現卡壓后神經腫脹、增粗、變硬，楊氏模量明顯增高。KATARCI等[33]應用SWE技術對CTS患者和健康人正中神經力學特征進行比較評估，結果顯示CTS患者正中神經楊氏模量（硬度）高于健康人，得出SWE技術診斷CTS的特異性93.3%、敏感度88.9%、準確性91.7%。有學者[33，35]應用SWE對DPN患者正中神經及脛神經進行研究，結果也顯示DPN患者周圍神經硬度高于正常對照組，可能由于葡萄糖過多代謝，神經細胞內滲透壓增高，細胞腫脹、變性，導致神經纖維體積增大，或腕管、踝管處的神經內部壓力增加，缺血加重，脫髓鞘病變使神經硬度增加所致。

2.5?SWE在滑膜組織中的應用?類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種以滑膜增生為主要特征的自身免疫性疾病。高頻超聲聯合能量多普勒血流成像半定量對RA疾病診斷、療效評價、疾病進展預測等方面能做出有效判斷。張茜等人[36]利用SWE技術測量36例RA膝關節滑膜炎患者滑膜的硬度（彈性模量值）并與能量多普勒血流分級進行對比分析，結果表明SWE能對RA患者活動期和非活動期的滑膜炎做出初步評價，但對活動期滑膜炎的病變程度的判斷能力不足。而張艷等人[37]運用SWE技術測量44例RA患者膝關節滑膜彈性值并與抗環瓜氨肽抗體作相關性分析，結果顯示緩解組膝關節滑膜最大、最小、平均彈性模量值均低于活動組（P<0.05）。活動組膝關節滑膜最大、最小、平均彈性模量值均與抗環瓜氨肽抗體呈正相關（相關系數r分別為：0.58、0.53、0.62）。說明SWE技術為判斷RA患者膝關節滑膜病變提供了一種新的定量方法。但對活動期滑膜炎的病變程度的判斷有待進一步研究。

3?SWE應用于肌肉骨骼系統的局限性

在運用SWE測量時受一些因素影響。如：聲速的方向與肌肉、肌腱和神經纖維走行的夾角對彈性模量值測量數據有影響，其夾角不同，測得彈性模量值也不同[38];同一肌肉神經不同的斷面測量彈性模量值也有差異，縱切面的彈性模量值（楊氏模量剪切波速度及剪切模量）測值均大于橫切面，且縱切面測值可靠性更高[39～41]。如病變組織內部處于鈣化、纖維化、出血或壞死等病理狀態，導致假陽性或假陰性產生，影響結果的判斷。因此在測量彈性模量時超聲探頭應與肌肉肌腱神經纖維平行且避免在已有鈣化、出血或壞死部位測量，確保測量數值準確，才能夠客觀反映出周圍神經的硬度，為臨床提供可靠的神經生物力學信息。

4?展望

綜上所述，剪切波彈性成像是一項新興無創技術，能夠客觀、準確、定量檢測人體組織的彈性模量值，提供了其他影像學檢查無法提供的組織硬度信息，為肌肉骨骼系統疾病診斷及療效評估等方面提供一種新的定量評價方法，具有良好的臨床應用前景。希望隨著SWE 技術進一步發展，通過多中心、大樣本量的深入研究， 能夠制定出彈性成像的診斷標準以及操作指南，使SWE技術更好服務于臨床。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2020-01-03?修回日期：2021-01-26）

（編輯：梁明佩）