咽期舌骨運(yùn)動(dòng)量化分析方法的研究進(jìn)展

王振宇，王學(xué)新，王亞楠，王 鵬，李金霞，馬甜甜

1.濱州醫(yī)學(xué)院康復(fù)醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003

2.煙臺(tái)毓璜頂醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，山東 煙臺(tái) 264000

3.空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院康復(fù)科，陜西 西安 710032

觀察舌骨運(yùn)動(dòng)對(duì)評(píng)估吞咽活動(dòng)行為具有重要作用[1]。吞咽可分為3 個(gè)生理階段：口腔期、咽期和食管期。當(dāng)飲食物從口腔進(jìn)入咽腔時(shí)，即進(jìn)入咽期階段。咽期需要一系列復(fù)雜活動(dòng)的及時(shí)完成，這些活動(dòng)包括舌骨和甲狀軟骨的垂直和前部移位、會(huì)厭傾斜和封閉、真假聲帶閉合以及食管上括約肌開放。這些活動(dòng)必須與最初的食團(tuán)推進(jìn)和咽部收縮同步進(jìn)行，以推動(dòng)食物或液體通過咽部進(jìn)入食管[2]。年齡、飲食物性狀、致吞咽障礙的疾病（如腦卒中和外傷等）均會(huì)影響吞咽的進(jìn)行。舌骨-喉復(fù)合體的向上和向前運(yùn)動(dòng)，可引起喉關(guān)閉、會(huì)厭軟骨折返以及環(huán)咽肌開放和閉合，進(jìn)而保證吞咽運(yùn)動(dòng)的完成。舌骨運(yùn)動(dòng)常被用來作為觀察舌咽復(fù)合體的衡量指標(biāo)[3]。研究表明，吞咽功能障礙患者的舌骨運(yùn)動(dòng)幅度和速度均有所降低[4-6]，因此衡量舌骨運(yùn)動(dòng)對(duì)于評(píng)估吞咽功能變得尤為重要。應(yīng)用影像學(xué)手段量化舌骨運(yùn)動(dòng)參數(shù)逐漸發(fā)展成一項(xiàng)可以評(píng)估吞咽功能的重要手段[7-9]，并且具有高準(zhǔn)確率和高特異度的特點(diǎn)。本文對(duì)當(dāng)前舌骨運(yùn)動(dòng)量化分析方法進(jìn)行綜述。鑒于CT 和MRI 僅能對(duì)舌骨進(jìn)行靜止?fàn)顟B(tài)下的形態(tài)學(xué)觀察，因此本文不予討論。

1 吞咽造影

吞咽造影檢查是在X 線透視下，對(duì)一次完整吞咽運(yùn)動(dòng)下的口唇、舌肌、舌骨、咽喉和食管進(jìn)行動(dòng)態(tài)捕捉，通過截取目標(biāo)圖像、標(biāo)記和逐幀回放等方式，進(jìn)行定性、半定量和定量分析[10]，以發(fā)現(xiàn)異常吞咽活動(dòng)，協(xié)助吞咽功能的檢查和評(píng)估，被公認(rèn)為是吞咽功能檢查的“金標(biāo)準(zhǔn)”。吞咽造影檢查時(shí)，使用透視X 線機(jī)進(jìn)行側(cè)位拍攝，患者取坐位，拍攝窗口觀察范圍上至鼻腔上側(cè)壁，下至C7 頸椎節(jié)段，前至口唇，后至頸后。以舌骨位移的起止作為標(biāo)志性事件，以30 幀/s 的速率捕捉吞咽運(yùn)動(dòng)圖像，之后進(jìn)行慢速逐幀回放以進(jìn)行量化分析。標(biāo)記各器官運(yùn)動(dòng)（如舌骨運(yùn)動(dòng)、喉關(guān)閉和環(huán)咽肌開放）的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，記錄目標(biāo)參數(shù)[11]。舌骨運(yùn)動(dòng)時(shí)間（hyoid movement time，HMT）是從舌骨開始向前向上運(yùn)動(dòng)、舌骨復(fù)位并至靜息位的時(shí)間，其標(biāo)志性移動(dòng)位點(diǎn)包括舌骨開始移位的點(diǎn)（也被視為咽期的起始位點(diǎn)）、舌骨位移至最遠(yuǎn)距離的時(shí)間點(diǎn)（被認(rèn)為與吞咽幅度相關(guān)）以及舌骨回到原靜息位的點(diǎn)。

1.1 半定量分析

MARTIN-HARRIS 等[12]對(duì)吞咽造影檢查進(jìn)行細(xì)化，命名為改良鋇劑吞咽損傷模式（modified barium swallow impairment profile，MBSImP），將吞咽動(dòng)作細(xì)分為17 個(gè)生理步驟，包括口唇閉合、舌推移、飲食物咀嚼、運(yùn)送、口腔內(nèi)殘留、咽期啟動(dòng)、軟腭上抬、喉上抬、舌骨運(yùn)動(dòng)、會(huì)厭翻轉(zhuǎn)、喉關(guān)閉、咽蠕動(dòng)、咽收縮、上食道括約肌開放、舌根收縮、咽部殘留和直立位食道清空，針對(duì)每一個(gè)生理步驟制定各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各部分內(nèi)容進(jìn)行分級(jí)評(píng)分。與傳統(tǒng)的吞咽造影下定性分析或量表分析相比，這種分析方法觀察的內(nèi)容更加全面，并且羅列了吞咽活動(dòng)所包含的各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)，便于在同一患者的治療周期中進(jìn)行多次縱向?qū)Ρ龋约霸诓煌幕颊咧g進(jìn)行橫向?qū)Ρ取Ｈ欢M管對(duì)于此方法可以制定統(tǒng)一的評(píng)分和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但依然屬于基于定性觀察下的半定量分析，因此存在主觀成分。

1.2 定量分析

LEONARD 等[13]截取舌骨靜息位和舌骨最大位移這2 幀圖像，以脊柱作為參照物，將2 幀圖像進(jìn)行堆疊，直接測(cè)量舌骨在前后2 幀圖像上的位移距離。由于舌骨運(yùn)動(dòng)可理解為向上和向前運(yùn)動(dòng)，因此KIM 等[14]應(yīng)用Image J 軟件捕捉舌骨運(yùn)動(dòng)圖像，以C3 頸椎作為參照物，以C4頸椎左下角作為參照點(diǎn)，記錄向前位移距離和向上位移距離，舌骨位移距離為2 者的平方根。MOLFENTER 等[15]也是采用此方法捕捉舌骨運(yùn)動(dòng)圖像，不同的是其將測(cè)量結(jié)果導(dǎo)出至Excel 文件中，其中嵌入一個(gè)宏，可以識(shí)別2 個(gè)用戶定義的邊界幀（“開始”“結(jié)束”）之間的最大和最小舌骨位置值。

上述定位舌骨位置的方法均基于視覺判斷視頻中的舌骨運(yùn)動(dòng)，并手動(dòng)逐幀繪制舌骨位置。然而，在臨床應(yīng)用中，手動(dòng)跟蹤費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，限制其使用率。于是，KELLEN 等[16]提出了一種手動(dòng)識(shí)別感興趣區(qū)域，并在后續(xù)幀中使用Sobel 邊緣檢測(cè)跟蹤舌骨的方法來定義標(biāo)定幀中的舌骨。HOSSAIN 等[17]提出了一種通過Haar 分類器來匹配舌骨的半自動(dòng)舌骨跟蹤系統(tǒng)。LEE 等[18]開發(fā)出一款軟件，通過計(jì)算局部二值模式以及多尺度局部二值模式來捕捉舌骨運(yùn)動(dòng)軌跡。然而，這些方法仍然需要人工識(shí)別明顯包含舌骨的區(qū)域，在第一幀中肉眼定位并手動(dòng)標(biāo)記出目標(biāo)區(qū)域，然后使用運(yùn)動(dòng)算法檢測(cè)舌骨的運(yùn)動(dòng)。這些研究中使用的圖像數(shù)量不能代替患者群體實(shí)際情況。改進(jìn)的舌骨定位和自動(dòng)舌骨跟蹤系統(tǒng)可以為臨床醫(yī)師提供一種更快的評(píng)估方法。因此，KIM 等[19]開發(fā)了一種應(yīng)用單鏡頭多盒檢測(cè)器的軟件分析平臺(tái)，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測(cè)方法，可以定位包含舌骨感興趣區(qū)域在內(nèi)及其隨后的視頻幀。與依靠視覺定位和手動(dòng)逐幀跟蹤相比，應(yīng)用軟件分析可以減少主觀帶來的誤差，并且省時(shí)省力，然而具體應(yīng)用于臨床仍有待進(jìn)一步完善。

2 肌骨超聲

在評(píng)估吞咽功能時(shí)，超聲可用來定性分析口腔內(nèi)食團(tuán)的運(yùn)動(dòng)情況[20]以及舌肌推移運(yùn)動(dòng)[21]，這是因?yàn)槌暷軌蛲ㄟ^聲學(xué)陰影以觀察骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以識(shí)別出下頜骨、舌骨和甲狀軟骨。操作時(shí)，被檢者取坐位，檢查者立于被檢者身后，右手固定探頭位置于被檢者頦下正中部位，此時(shí)在顯示器上可以觀察到舌骨及其附屬肌群的正中矢狀位圖像，囑被檢者進(jìn)行吞咽動(dòng)作即可獲得吞咽動(dòng)態(tài)圖像[22]。頦下超聲是評(píng)價(jià)舌骨運(yùn)動(dòng)的一種可靠且準(zhǔn)確的定量方法[23]。由于超聲具有動(dòng)態(tài)觀察的優(yōu)勢(shì)，因此可獲得代表位移距離的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和代表速率的時(shí)間學(xué)參數(shù)。

2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)

2.1.1 舌骨-甲狀軟骨距離

黃格朗等[24]將超聲探頭置于患者喉部，與正中矢狀位相平行，顯示出甲狀舌骨跟至甲狀軟骨的縱切面圖，可見舌骨和甲狀軟骨伴后方偽像的強(qiáng)回聲影。隨后，囑患者進(jìn)行吞咽動(dòng)作，記錄舌骨-甲狀軟骨的最大距離、最小距離、縮短距離和縮短率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)舌骨-甲狀軟骨縮短率小于靜息狀態(tài)距離的40%時(shí)，可判定為存在吞咽功能障礙。此方法可用于間接計(jì)算舌骨運(yùn)動(dòng)距離，進(jìn)而作為評(píng)估吞咽功能障礙的評(píng)分工具。然而，由于受到吞咽動(dòng)作的干擾（如男性群體喉結(jié)動(dòng)度過大），此法難免存在測(cè)量誤差。MATSUO等[25]的研究表明，舌骨運(yùn)動(dòng)距離與身高呈顯著正相關(guān)，因此會(huì)受到身高因素的影響，所以以舌骨位移最大距離除以喉位移最大距離作為吞咽指標(biāo)，以計(jì)算舌骨-喉運(yùn)動(dòng)比。具體的測(cè)量方法：將受試者固定于自行研制的器械上，將探頭置于受試者頜下旁（取矢狀位），囑受試者做吞咽動(dòng)作，記錄舌骨運(yùn)動(dòng)距離和喉運(yùn)動(dòng)距離，結(jié)果顯示在正常吞咽情況下，舌骨-喉運(yùn)動(dòng)比為0.5，且舌骨-喉運(yùn)動(dòng)比與年齡、身高和體質(zhì)量無(wú)顯著相關(guān)性。因此，舌骨-喉部運(yùn)動(dòng)比是量化舌骨運(yùn)動(dòng)的有效研究方法，但是該研究并未將吞咽功能作為一項(xiàng)觀察指標(biāo)以分析舌骨運(yùn)動(dòng)與吞咽功能的關(guān)系。

2.1.2 舌骨-下頜骨移動(dòng)距離

在HSIAO 等[26]的研究中，檢查者將拇指置于被檢者下頜角，食指置于頦突處，中指環(huán)指將3.5 MHz 曲線換能器固定于正中矢狀位，利用逐幀分析原理，采用雙軸坐標(biāo)系，以下頜骨強(qiáng)回聲影為參照點(diǎn)，以舌骨肌群交叉點(diǎn)標(biāo)記舌骨位置，為一對(duì)坐標(biāo)（X2，X1），在吞咽過程中，舌骨向上向前移動(dòng)至以（X2，Y2）標(biāo)記的新位置，以吞咽前后2 個(gè)坐標(biāo)之間的距離表示舌骨位移。該研究認(rèn)為，舌骨運(yùn)動(dòng)距離小于1.5 cm 與吞咽功能差有關(guān)。YABUNAKA 等[27]以健康成人作為樣本，分析舌骨運(yùn)動(dòng)軌跡以及與年齡相關(guān)的吞咽變化。該研究將舌骨的4 個(gè)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)標(biāo)記為4 個(gè)位點(diǎn)：A點(diǎn)表示舌骨運(yùn)動(dòng)的起始，B 點(diǎn)代表舌骨已完全抬高并代表向前運(yùn)動(dòng)的開始，C 點(diǎn)對(duì)應(yīng)最大前移位和開始返回運(yùn)動(dòng)，D 表示恢復(fù)至原休息位置。按時(shí)間順序，再將運(yùn)動(dòng)分為4 個(gè)階段：緩慢上升階段（A-B；上升）、快速上升階段（B-C：前）、臨時(shí)暫停階段（最大上升位置，保持不變）以及快速或緩慢下降向靜止位相移動(dòng)（C-D：返回）。該研究通過對(duì)比不同年齡段的樣本，認(rèn)為舌骨最大升高點(diǎn)的測(cè)量值隨年齡增長(zhǎng)而下降。此方法將舌骨運(yùn)動(dòng)拆解為上升和前移2 個(gè)階段，與“終-末”法相比，更貼切地還原了咽期舌骨的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，為更加準(zhǔn)確量化分析舌骨運(yùn)動(dòng)提供了一條實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。LEE 等[28]同樣以下頜骨作為參照點(diǎn)，按照滲透-誤吸量表這一經(jīng)典的吞咽功能評(píng)分工具，將實(shí)驗(yàn)對(duì)象分為滲透組、誤吸組和非誤吸組，發(fā)現(xiàn)舌骨運(yùn)動(dòng)距離與吞咽功能呈正相關(guān)，并且得出如下結(jié)論，即當(dāng)舌骨運(yùn)動(dòng)距離小于1.35 cm 時(shí)存在誤吸風(fēng)險(xiǎn)。此研究結(jié)果表明，頦下超聲評(píng)估舌骨運(yùn)動(dòng)位移可作為分析吞咽功能的一種手段。

2.2 時(shí)間學(xué)參數(shù)

SONIES 等[29]利用多普勒超聲對(duì)舌骨及其附屬肌群進(jìn)行量化分析。在多普勒窗口下舌骨運(yùn)動(dòng)可形成頻譜圖像，可對(duì)其時(shí)間和速率進(jìn)行定量分析，為舌骨的動(dòng)態(tài)觀察提供了更有說服力的手段。CHI-FISHMAN 等[30]同樣利用多普勒技術(shù)，并且改進(jìn)了探頭固定裝置，允許探頭進(jìn)行各個(gè)方位如旁矢狀位的觀察，對(duì)舌骨及舌骨附著肌群進(jìn)行動(dòng)態(tài)捕捉并且進(jìn)行逐幀觀察，最后在笛卡爾坐標(biāo)系中對(duì)舌骨運(yùn)動(dòng)距離、時(shí)間和速率進(jìn)行定量測(cè)量。B 型超聲的動(dòng)態(tài)觀察特點(diǎn)以及多普勒測(cè)量速度的優(yōu)勢(shì)為頦下肌骨超聲評(píng)估吞咽功能提供了極大的可行性和準(zhǔn)確性，但其對(duì)感興趣區(qū)域的定位、后續(xù)逐幀跟蹤以及數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，仍需進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)與展望

目前在評(píng)估咽期舌骨運(yùn)動(dòng)方面，吞咽造影可直觀觀察吞咽活動(dòng)的整個(gè)時(shí)程，并且觀察窗口穩(wěn)定完整，但因其為有創(chuàng)操作，并且配合度低、操作復(fù)雜，因此難以在臨床實(shí)踐中得到大規(guī)模的應(yīng)用。肌骨超聲簡(jiǎn)單易操作、可重復(fù)性高、患者依從性高，并且可以對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行更加敏感地捕捉，但是操作者的手法和技術(shù)水平對(duì)結(jié)果的影響較大，且成像特點(diǎn)存在缺陷。目前對(duì)于超聲和造影量化分析吞咽功能尚缺乏共識(shí)，大多以觀察形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)為前提，主觀量表為輔助，缺乏一種精準(zhǔn)、無(wú)創(chuàng)、操作方便的評(píng)估方法。然而，這2 種檢查方法均可通過直接觀察舌骨運(yùn)動(dòng)而推測(cè)其吞咽功能，在評(píng)估吞咽功能方面仍具有重要的意義。將舌骨運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確量化評(píng)估有助于臨床評(píng)估吞咽功能。今后尚需進(jìn)一步研究，以提高檢查的準(zhǔn)確性和可操作性。