剪切波弹性成像在肌肉骨骼系统的研究现状

    阮坚

    【关键词】?剪切波弹性成像;肌肉;肌腱;神经

    中图分类号：R726.2???文献标志码：A???DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.02.016

    肌肉骨骼系统疾病是临床常见病，常规超声、CT等检查虽然在肌肉、肌腱、韧带以及周围神经等肌肉骨骼疾病发生形态学改变时能做出诊断，但无法评价其生物机械力学特征，即无法对其弹性（硬度）进行测量及评定。超声弹性成像是由Ophir等于1991年提出，它通过获得生物组织的弹性系数，评估组织的硬度。超声弹性成像主要分为：压迫性弹性成像，声脉冲辐射成像及实时剪切波弹性成像（shear wave elastography，SWE）。SWE是一种最新型超声弹性成像，具有快速简便、安全无创、重复性好等优点，可定量测量生物组织（病变）的硬度，获得弹性模量，弥补了传统影像学检查的不足。目前SWE技术已广泛应用于乳腺[1]、甲状腺[2～3]、淋巴结[4]、肝脏[5]及前列腺[6]等疾病的评估及诊断。近年也已开始应用于肌肉肌腱、神经组织及滑膜等肌肉骨骼系统疾病诊断及疗效评估。现就SWE在肌肉骨骼系统的研究现状进行综述。

    1?SWE的原理

    SWE也称E成像，它是通过超声探头发射脉冲刺激产生声辐射力，在组织不同深度聚焦产生与传统超声波传播方向垂直的横向剪切波，利用“马赫锥”原理，使组织中产生足够强的剪切波，并以彩色编码图与灰阶超声相结合， 产生实时显示组织弹性图，通过定量分析技术计算出剪切波速度（单位：m/s），并推导出杨氏模量值[7～8]（E，单位：kPa）。杨氏模量与剪切波的关系：E=3ρcE为杨氏模量，ρ为组织密度，c为剪切波传播速度） 。杨氏模量值能直接反映组织弹性硬度。杨氏模量值越大表示组织硬度越大。SWE具有实时、定量、准确的优点，且不受外界条件的限制，重复性好。

    2?SWE在肌肉组织中的临床应用

    2.1?评价健康人肌肉硬度并进行相关性分析?既往临床医生评价肌肉组织的软硬程度多采用手触诊法，主观性强，而SWE能够准确测量肌肉组织弹性硬度并得到广泛认可。CHINO等[9]应用弹性成像技术测量7种组织模拟材料和人体腓肠肌内侧头的杨氏模量值，相关系数为0.996，等于先前使用磁共振弹性成像获得的值。验证了使用弹性成像测量肌肉硬度的可靠性和有效性。CORTEZ等[10]应用SWE技术对16名志愿者内侧腓肠肌和胫前肌不同部位进行多次测量评估，结果也显示SWE技术在检查者内和检查者间的可信度相等。温朝阳、肖泸生等[11～12] 应用SWE技术比较肱二头肌在松弛和紧张（收缩）状态下杨氏模量值差异，结果发现紧张（收缩）状态下肌肉杨氏模量值较松弛状态下增大，且肱二头肌在收缩的过程中，杨氏模量值逐渐增大，与既往研究一致[13]。李文静等[14]以健康成人为研究对象在中立位放松状态下利用SWE测量优势侧与非优势侧三角肌杨氏模量均值分别为（17.11±3.32）kPa、（16.24±2.53）kPa，结果表明三角肌的弹性模量测值信度高，能反映三角肌力学特征。

    2.2?评价肌肉损伤及肌肉痉挛?肌肉损伤或病变，会导致肌肉组织力学性能的变化。 国内学者研究显示SWE能有效评价大鼠骨骼肌挫伤后康复过程[15]，也能监测新西兰兔急性肌肉损伤以及修复过程中肌肉硬度（杨氏模量值）的变化[16]，其变化与损伤的病理演变过程相一致。脑卒中患者由于上运动神经元损伤大部分会遗留不同程度肌肉痉挛， 目前臨床上常用半定量表对肌肉张力（硬度）进行评定，主观性强、缺乏定量标准。而樊留博等[17]利用SWE技术测量20例脑卒中痉挛性偏瘫治疗前后下肢多组肌肉的杨氏模量值并比较，结果显示SWE能够定量评估脑卒中后痉挛下肢肌张力变化，该研究表明，SWE可作为评估脑卒中患者康复疗效及预后的新方法。国外学者的研究证实SWE不但能定量评估病变肌肉的硬度[18]，在肌肉良、恶性肿物的鉴别诊断[19]也有帮助。

    2.3?在肌腱中的应用?肌腱作为连接肌肉与骨之间的腱性结构，具有独特的生物力学特性。SWE能够量化肌腱的生物力学特性。秦鹍等人[20]研究证实了SWE能量化评估髌腱力学特性，在测试者内与测试者间都有良好的信度，可见SWE技术测量髌腱硬度是一种可靠方法，与以往研究一致[21]，重复性好。ARDA、SUYDAM等[22～23]先后运用SWE对健康志愿者跟腱进行测量，结果显示在踝关节休息位时跟腱的弹性模量值为（51.5±25.1）kPa。踝关节背伸10°时正常跟腱平均弹性模量值为83.2kPa，可见肌腱与肌肉组织相似，紧张（收缩）状态下杨氏模量值较松弛状态下增大。SUYDAM[23]研究还发现跟腱的弹性模量值与其面积或强度之间不存在相关性。而当肌腱在发生病变或损伤时，其弹性（硬度）也会发生不同程度的改变。CHEN等[24]研究发现断裂跟腱和治愈的损伤跟腱的弹性模量值均明显低于正常人。AUBRY等[25]研究也证实了跟腱病患者跟腱剪切波速度明显低于正常跟腱，还提出跟腱病的SWE诊断标准。国内学者[26～27]先后应用SWE技术评估正常人群与家族性高胆固醇血症患者及肥胖者跟腱的弹性值，结果显示家族性高胆固醇血症患者及肥胖者跟腱的弹性值较正常人低，可能与血脂异常，胆固醇在跟腱沉积以及跟腱长期负荷过重等因素有关。有研究[28～29]显示足底筋膜炎的筋膜硬度比正常人低，推测由于足底筋膜炎引起足底筋膜内大量新生血管形成，从而导致足底筋膜的硬度降低，同时发现年龄对足底筋膜的硬度也有影响，随年龄的增加足底筋膜的硬度会变小，可能与老龄促进肌腱细胞外基质降解、肌腱的水分和黏多糖含量减少有关。可见SWE能对肌腱硬度进行定量分析，为肌腱损伤及损伤程度的判断、肌腱疾病诊断、预后疗效评估提供重要依据。

    2.4?在外周神經系统中的应用?以往对周围神经病变主要依靠临床症状体征判断，主观性强。超声能清晰显示外周神经形态结构及内部回声，能够测量其前后、左右径及横截面积等参数，却无法测量其硬度。俞淼等人[30]应用SWE技术测量30侧腕管内正中神经腕管近、中、远段的弹性模量值（硬度）为：（41.3±10.3） kPa、（35.4±5.8） kPa、（38.1±4.3） kPa，证实SWE技术评估神经硬度的可行性，还为临床提供正常神经硬度参数。黄点点等[31]研究也证实SWE可用于外周神经弹性模量值的测量，且重复性好。腕管综合征（carpal tunnel syndrome，CTS）是周围神经病变中常见疾病，它是由于腕部过度重复使用而引起的腕部周围正中神经长期受压，引起神经纤维水肿、纤维化，纤维疤痕形成，导致神经硬度增加。高金妹等[32]通过新西兰大白兔建立坐骨神经卡压的动物模型，利用SWE技术评价定量测量卡压神经的杨氏模量，结果发现卡压后神经肿胀、增粗、变硬，杨氏模量明显增高。KATARCI等[33]应用SWE技术对CTS患者和健康人正中神经力学特征进行比较评估，结果显示CTS患者正中神经杨氏模量（硬度）高于健康人，得出SWE技术诊断CTS的特异性93.3%、敏感度88.9%、准确性91.7%。有学者[33，35]应用SWE对DPN患者正中神经及胫神经进行研究，结果也显示DPN患者周围神经硬度高于正常对照组，可能由于葡萄糖过多代谢，神经细胞内渗透压增高，细胞肿胀、变性，导致神经纤维体积增大，或腕管、踝管处的神经内部压力增加，缺血加重，脱髓鞘病变使神经硬度增加所致。

    2.5?SWE在滑膜组织中的应用?类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以滑膜增生为主要特征的自身免疫性疾病。高频超声联合能量多普勒血流成像半定量对RA疾病诊断、疗效评价、疾病进展预测等方面能做出有效判断。张茜等人[36]利用SWE技术测量36例RA膝关节滑膜炎患者滑膜的硬度（弹性模量值）并与能量多普勒血流分级进行对比分析，结果表明SWE能对RA患者活动期和非活动期的滑膜炎做出初步评价，但对活动期滑膜炎的病变程度的判断能力不足。而张艳等人[37]运用SWE技术测量44例RA患者膝关节滑膜弹性值并与抗环瓜氨肽抗体作相关性分析，结果显示缓解组膝关节滑膜最大、最小、平均弹性模量值均低于活动组（P<0.05）。活动组膝关节滑膜最大、最小、平均弹性模量值均与抗环瓜氨肽抗体呈正相关（相关系数r分别为：0.58、0.53、0.62）。说明SWE技术为判断RA患者膝关节滑膜病变提供了一种新的定量方法。但对活动期滑膜炎的病变程度的判断有待进一步研究。

    3?SWE应用于肌肉骨骼系统的局限性

    在运用SWE测量时受一些因素影响。如：声速的方向与肌肉、肌腱和神经纤维走行的夹角对弹性模量值测量数据有影响，其夹角不同，测得弹性模量值也不同[38];同一肌肉神经不同的断面测量弹性模量值也有差异，纵切面的弹性模量值（杨氏模量剪切波速度及剪切模量）测值均大于横切面，且纵切面测值可靠性更高[39～41]。如病变组织内部处于钙化、纤维化、出血或坏死等病理状态，导致假阳性或假阴性产生，影响结果的判断。因此在测量弹性模量时超声探头应与肌肉肌腱神经纤维平行且避免在已有钙化、出血或坏死部位测量，确保测量数值准确，才能够客观反映出周围神经的硬度，为临床提供可靠的神经生物力学信息。

    4?展望

    综上所述，剪切波弹性成像是一项新兴无创技术，能够客观、准确、定量检测人体组织的弹性模量值，提供了其他影像学检查无法提供的组织硬度信息，为肌肉骨骼系统疾病诊断及疗效评估等方面提供一种新的定量评价方法，具有良好的临床应用前景。希望随着SWE 技术进一步发展，通过多中心、大样本量的深入研究， 能够制定出弹性成像的诊断标准以及操作指南，使SWE技术更好服务于临床。

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    （收稿日期：2020-01-03?修回日期：2021-01-26）

    （编辑：梁明佩）