體外沖擊波作用腱骨組織后MRI 信號值變化的研究

馬學東 王黎鋒 王 珂* 閆宇濤 俎志勇 于聯芳 蔡秉潤

1.新鄉醫學院，河南 新鄉 453000；2.聯勤保障部隊第九八八醫院 骨科，鄭州450000

0 引言

體外沖擊波療法(Extracorporeal Shock Wave Therapy，ESWT)是近年普及的一種治療腱骨傷病的有效方法，具有非侵入性、治療時間短、風險小、費用低等優點[1]。《中國骨肌疾病體外沖擊波療法指南(2019 年版)》 明確了不同疾病、不同組織沖擊波治療的參考參數，未提及評價治療效果的具體方式和方法[2]。但臨床上確有部分病例存在治療效果差異，如何觀察體外沖擊波對腱骨組織的作用，進而評估預后和療效，目前尚缺乏相應的研究報道。

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是一種非侵入性人體組織的成像技術，MRI 對肌肉、肌腱及骨等組織均較敏感，不僅能高質量圖像顯示組織形態結構變化，也能對組織傷病后的出血、水腫等病理變化做出判斷。如何評判體外沖擊波對腱骨組織的治療效果，目前主要包括以下兩點：①臨床癥狀緩解程度；②影像學變化。由于MRI 對腱骨組織具有較好的成像和敏感性，常作為腱骨組織的檢查方式，但關于體外沖擊波作用腱骨組織后采用MRI 進行評估療效的文獻報道尚缺乏。本研究采用MRI 于不同時間節點進行掃描，探討MRI 用于評估體外沖擊波對腱骨組織傷病療效的敏感性及促進腱骨愈合的意義。

1 材料與方法

1.1 實驗對象與實驗器材

1.1.1 實驗對象

選擇12 名年齡35～50 歲健康成年男性志愿者，對志愿者的右側膝關節行核磁共振成像掃描。有2 名志愿者出現膝關節積液，為排除干擾，將其排除，將剩余10 名志愿者納入實驗對象。

1.1.2 實驗儀器

體外沖擊波治療儀(瑞士醫邁斯電子醫療系統有限公司，Swiss DolirClast Smart)；醫用磁共振成像設備(SIEMENS，Trio A Tim，3.0T)；圖像處理程序軟件(Syngo MR B19 和RISReporter 6.3.1)。

1.2 方法

1.2.1 沖擊波干預部位選擇和應用參數

1)干預部位。選取右側膝關節髕韌帶脛骨結節移行區為干預部位，而髕韌帶髕骨下極移行區作為自身空白對照。

2)具體應用參數。①形式：發散式；②能流密度：0.12～0.25 mJ/mm2；③壓強場：2.5 bar；④頻率：8 Hz；⑤沖擊量：1 500次[2-3]。

1.2.2 MRI 檢查要求和采用序列

1)志愿者取水平仰臥位，保持右側膝關節伸直放松，并腳尖垂直向上，進行右側膝關節核磁共振掃描，將掃描時的定位線用記號筆標出，再給予髕韌帶脛骨結節移行區行預設參數的體外沖擊波干預，分別在結束后1 h、24 h 及7 d 再次進行核磁共振掃描(期間避免右側膝關節過度活動，以免影響觀察區域信號值的變化而引起誤差和干擾)。掃描定位線均依據第一次掃描的標記線進行定位(橫軸位和矢狀位聯動圖像定位線角度需一致)，確保所掃描圖像前、后均在同一部位和同一層面。

2)采用醫用3.0-T MRI 設備按照標記線定位常規序列掃描。根據所研究腱骨移行觀察區特點，考慮膝關節冠狀位成像存在圖像層面少且不能完全包含觀察區腱骨組織，易出現采集信號值的失真，影響統計分析結果。因此，只選取膝關節橫軸位和矢狀位進行MRI 掃描。掃描序列：快速自旋回波。掃描參數：TR/TE 4370/91 ms；矩陣256×230；視野15 ×15 cm；層厚4.0 mm。

1.2.3 圖像閱片

由兩名高年資中級核磁共振影像診斷醫師對MRI 所得圖像進行閱片，觀察體外沖擊波干預前和干預后1h、24h 及7d 所設定腱骨移行區有無信號亮度的改變。

1.2.4 掃描圖像處理

在4 次掃描圖像中，分別選定髕韌帶于脛骨結節和髕骨下極移行區域為腱骨交界觀察區，選取右側膝關節髕韌帶脛骨結節中垂線在矢狀位和橫軸位上鄰近2 層，應用核磁共振圖像處理程序軟件，根據所研究腱骨移行觀察區域所含組織、圖像處理程序軟件參數及沖擊波探頭面積選定窗口大小(以體外沖擊波探頭相應直徑面積大小內為窗口收集信號值。所設定窗口區內需分別包含觀察的皮下軟組織和腱骨組織)。矢狀位觀察窗口面積選定：皮下軟組織0.28 cm2，腱骨組織0.66 cm2。橫軸位觀察窗口面積選定：皮下軟組織0.36 cm2，腱骨組織0.72 cm2。分別讀取相關信號值數據并完整、詳細記錄。為減少測量偏倚，每組矢狀位和橫軸位的信號值同樣均需兩名高年資中級核磁共振影像診斷醫師進行測定。保證觀察腱骨移行區域所選定的窗口面積、形態及包含組織分布均一致性，每組需進行2 次重復測定，并最終取2 次所測出數據的均值，以提高測量信號值數據的可信度。

1.3 統計學處理

采用SPSS 19.0 統計軟件進行統計分析。空白對照組中，在體外沖擊波干預前、干預后1 h、24 h、7 d，對髕韌帶髕骨下極移行觀察區進行核磁共振掃描，分別在壓脂T2WI 像矢狀位和橫軸位，測定皮下軟組織和腱骨組織設定窗口內信號值，并將所獲得的數據行多個樣本均數的方差分析。實驗研究組中，于4 次不同時間節點對髕韌帶脛骨結節移行觀察區進行核磁共振掃描，分別在壓脂T2WI 像矢狀位和橫軸位，對皮下軟組織和腱骨組織設定窗口內信號值進行測定，將所采集的圖像信號值數據行方差分析。所有數據統計以α＝0.05 為檢驗水準，以P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 核磁共振閱片結果

髕韌帶髕骨下極移行觀察區于4 次不同時間節點MRI 掃描中，皮下軟組織和腱骨組織分別在壓脂T2WI 像矢狀位和橫軸位，信號亮度均無明顯改變。髕韌帶脛骨結節移行觀察區在體外沖擊波干預前、干預后1 h、24 h 及7 d，設定觀察區域的MRI 掃描圖像可見在壓脂T2WI 像，皮下軟組織信號亮度呈逐漸增高后恢復至干預前水平，而腱骨組織交界區信號亮度變化不明顯。說明體外沖擊波可對施加區域皮下軟組織造成水腫性改變，而對腱骨組織損傷不明顯，同時也說明在體外沖擊波指南參數條件下，應用體外沖擊波在腱骨處治療具有較高的安全性，也提示常規閱片難以發現體外沖擊波對腱骨組織作用后的差別。

2.2 圖像處理數據結果

于4 個不同時間節點，測定髕韌帶髕骨下極移行觀察區壓脂T2WI 像在矢狀位和軸位皮下軟組織和腱骨組織信號值，經方差分析得出髕骨下極移行觀察區前后數據(P＞0.05)無統計學意義。髕韌帶脛骨結節移行觀察區于體外沖擊波干預前、干預后1 h、24 h 及7 d，分別在壓脂T2WI 像矢狀位和軸位，對皮下軟組織和腱骨組織信號值進行測定，經方差分析得出脛骨結節移行觀察區前后數據差異有顯著統計學意義(P＜0.05)。見圖1、表1、表2。

表1 干預前后皮下軟組織信號值變化

表2 干預前后腱骨信號值變化

圖1 干預前后髕韌帶髕骨下極和脛骨結節移行區皮下軟組織和腱骨組織壓脂T2WI 像

3 討論

腱骨界面愈合影響因素較多，愈合過程復雜，其愈合機理并未完全明確[4]。隨著關節鏡的普及，前后交叉韌帶重建和肩袖損傷修復等技術的逐漸成熟，目前在臨床已廣泛開展，并且腱骨傷病逐年增多和患者治療預后期望值增高，而術后腱骨是否愈合成為手術成敗的關鍵。因此，對腱骨愈合的研究也逐漸成為近年來運動醫學探索的重點。手術方式、局部的生物力學環境、固定時間等[5]，都對其愈合和重塑產生重要影響，但相同的上述條件下如何促進腱骨愈合已成為目前研究的重點。體外沖擊波常用于腱骨慢性勞損傷的治療。對于韌帶或肌腱損傷修復重建術后，可考慮應用體外沖擊波進行治療，以便能更好地促進腱骨愈合，從而提高臨床術后療效，可將ESWT 作為促進腱骨愈合的一種有效輔助治療方法[6]。

體外沖擊波主要是通過物理性震動和快速往返運動等方式傳達能量，組織吸收震動能量后可產生相應生物性治療效應。其生物效應主要有：①對損傷組織的修復重建作用[7-11]；②局部毛細血管新生化作用[12]；③粘連組織松解作用[13]；④對無菌炎癥的治療作用[14]等效應。

體外沖擊波通過其物理-生物效應促進腱骨愈合的主要因素為其可對腱骨組織造成微損傷，相關研究指出微損傷可能會導致局部細胞的凋亡從而啟動了重建，凋亡細胞在空間內被新生細胞吸收，與骨、肌腱的重塑有關，從而促進腱骨組織的愈合[15]。微損傷后人體修復系統的激活會加速毛細血管新生化，局部營養增加，同時刺激機體分泌轉化生長因子-β、血管內皮生長因子、骨形態生成蛋白等，從而促進腱骨組織愈合[16-17]。目前體外沖擊波已經被證實對慢性肌腱性疾病、骨折不愈合、骨性關節炎等有明確效果[2]。因此，體外沖擊波通過其物理-生物效應可對腱骨移行區局部組織造成微損傷，由此刺激機體啟動修復機制，從而促進組織自我修復，微損傷后反應可能是其促進腱骨組織愈合的作用原因之一。

MRI 序列對肌腱和韌帶形態、損傷病變的診斷精確度高，也可以通過定量參數分析其內部組織結構甚至生物力學狀態[18]，尤其對損傷后的出血、水腫敏感性更高，而沖擊波造成的微損傷能在MRI 影像上明確顯示。本研究選擇的對照組和研究組分別為髕韌帶的髕骨下極止點和脛骨結節止點，考慮到機體內環境及生物力學的不同而對MRI 影像的影響，而同一韌帶的兩端受力相同，所以排除了個體機體內環境、生物力學的差異對MRI 影像的干擾。

通過本研究發現：體外沖擊波干預前，所選觀察區均無高信號異常表現；給予體外沖擊波干預后1 h、24 h 及7 d 時肉眼觀可見髕韌帶髕骨下極移行區皮下軟組織與腱骨組織于干預前后不同時間節點肉眼觀信號亮度均無明顯變化；髕韌帶脛骨結節移行觀察區皮下軟組織肉眼可見在壓脂T2WI 像矢狀位和橫軸位上，信號亮度隨時間節點呈現由逐步增高后恢復至體外沖擊波干預前水平，說明體外沖擊波可對干預區域皮下軟組織造成輕微水腫表現，并隨著時間推移逐漸恢復；而髕韌帶脛骨結節移行觀察區腱骨組織在壓脂T2WI 像矢狀位和橫軸位上，設定窗口內信號亮度肉眼無法分辨出改變。根據體外沖擊波于不同時間節點干預前后肉眼觀信號亮度變化結果，說明體外沖擊波對肌腱骨骼移行區組織造成損傷，但損傷較微小，也證明體外沖擊波是一種創傷小并較為安全的治療方法。經體外沖擊波干預前、干預后1 h、24 h 及7 d 時通過軟件對預設窗口內信號值進行測定分析：髕韌帶髕骨下極移行區皮下軟組織與腱骨組織于干預前后不同時間節點信號值均無明顯變化；對髕韌帶脛骨結節移行觀察區窗口內信號值進行測定分析，可得出干預區域皮下軟組織和腱骨組織局部信號值均呈逐漸增高并于7 d后恢復至干預前水平，說明體外沖擊波可對干預區組織造成水含量增加性改變(水腫)，是局部微損傷的表現，而沖擊波治療所造成的微損傷對于干預區域組織的結構和外形無明顯影響，同樣證實了體外沖擊波的微創性。通過對體外沖擊波干預前、干預后1 h、24 h、7 d MRI 圖像信號值的對比分析，能證明微損傷的存在。

在進行體外沖擊波干預下，MRI 影像在7 d 后恢復正常狀態，間接說明體外沖擊波對腱骨組織造成的微損傷可在7 d 后能得到充分修復，也印證了為何ESWT 5～7 d 治療的間隔期。通過一定間隔時間，可以避免因損傷不斷疊加而引起與治療目的相悖的后果。在多階段、多療程中，通過微損傷-自我修復循環，以期達到治療效果。

在《中國骨肌疾病體外沖擊波療法指南(2019年版)》中明確提出體外沖擊波對于腱骨組織疾病恢復有明確促進作用，但此文中并未提及沖擊波作用腱骨組織后療效的評估，本研究通過對體外沖擊波干預前后的MRI 圖像信號值的對比，證實了體外沖擊波對腱骨組織造成微損傷的存在，同時也反映出MRI 可作為沖擊波治療腱骨傷病療效的一種敏感而有效的評估方式。

本研究只證實了體外沖擊波對腱骨界面造成微損傷后可在MRI 上表現出信號值的變化，充分顯示了MRI 可以作為體外沖擊波促進腱骨愈合療效評估的最佳影像學檢查方式。對修復系統激活后毛細血管新生化及轉化生長因子-β、血管內皮生長因子、骨形態生成蛋白的表達進行深層次的研究。