王艷春 肖滬生 徐 芳 銀浩強 高東雯 任亞娟

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實時剪切波彈性成像在骨骼肌系統(tǒng)中的應(yīng)用

王艷春 肖滬生 徐 芳 銀浩強 高東雯 任亞娟

【關(guān)鍵詞】肌肉骨骼系統(tǒng)；超聲檢查；彈性成像技術(shù)；綜述

實時剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是評估軟組織彈性的一項新興超聲成像技術(shù)，是通過發(fā)射聲輻射對組織施加激勵，在組織內(nèi)產(chǎn)生遠低于聲速的剪切波［1］，并采用超高速成像技術(shù)獲得剪切波的高時間分辨率圖像，根據(jù)楊氏模量與剪切波關(guān)系E=3ρc2（E：楊氏模量，c：剪切波傳播速度，ρ：組織密度）自動計算出楊氏模量值。通過定量分析系統(tǒng)可以直接得到感興趣區(qū)域的楊氏模量值［2］。SWE目前主要應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟、脾臟、前列腺、唾液腺、生殖泌尿系統(tǒng)及淋巴結(jié)等的研究［3］，也有應(yīng)用于血管及頸動脈的定量研究［4-6］。隨著SWE在臨床的廣泛應(yīng)用，其同樣適用于骨骼肌系統(tǒng)。本文對SWE的形成及目前在骨骼肌系統(tǒng)的研究做一綜述。

1　彈性技術(shù)的發(fā)展與實時剪切波技術(shù)的形成

目前超聲彈性成像技術(shù)較多，Taylor等［7］于2000年將超聲彈性成像技術(shù)分為壓迫性彈性成像、間歇性彈性成像和震動性彈性成像。1991年，Ophir等［8］最早提出的超聲彈性成像屬于壓迫性彈性成像，在操作者對組織多次加壓-減壓過程中，比較感興趣區(qū)內(nèi)組織與周圍正常組織之間產(chǎn)生的彈性差異。1998年，F(xiàn)atemi等［9］提出超聲激發(fā)震動聲譜成像，利用聲學射頻壓力誘發(fā)局部內(nèi)部震動，并追蹤組織運動軌跡，后被稱為震動性彈性成像。1999年，Catheline等［10］提出間歇性彈性成像，應(yīng)用低頻率間歇震動造成組織位移，用組織反射回來的超聲波探測組織的位置，得到感興趣區(qū)域組織不同彈性系數(shù)組織的相對硬度圖。2002年，Nightingale等［11］提出聲脈沖輻射力成像，通過探頭對組織發(fā)射脈沖，使組織產(chǎn)生縱向壓縮，橫向震動（低頻剪切波），從而獲得橫向低頻剪切波信號，直接獲得剪切波速度并間接反映該區(qū)域組織彈性。2008年，西門子公司推出的ACUSON S2000所包含的“虛擬觸診”功能即應(yīng)用該原理［12］。近年法國Aixplorer型ShearWave?實時SWE超聲診斷儀的產(chǎn)生，在自動產(chǎn)生并分析實時剪切波的基礎(chǔ)上，通過定量分析系統(tǒng)獲得作為重要的生物力學參數(shù)的楊氏模量值，從而實現(xiàn)超聲彈性成像的全定量，推動了SWE在臨床的廣泛研究。

2　SWE在骨骼肌系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 SWE在肌腱中的應(yīng)用 超聲技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于骨骼肌系統(tǒng)的研究并得到了廣泛認可，SWE在肌腱測量方面也具有一定的可行性。Aubry等［13］報道，SWE能有效地用于測量正常人體跟腱，而且跟腱的楊氏模量值隨足背屈曲角度的增加而增加。張立寧等［14］利用SWE評價足底筋膜炎，發(fā)現(xiàn)足底筋膜的硬度隨年齡增加而減小，足底筋膜炎的硬度較正常筋膜小，可能是因為新生血管增多所致，與既往研究［15-16］結(jié)果一致。Chen等［17］對36例正常人及14例跟腱斷裂患者跟腱彈性模量進行分析，發(fā)現(xiàn)盡管正常跟腱硬度可能由于大于機器可測量范圍而導致測量數(shù)據(jù)小于實際值，但因為斷裂跟腱彈性模量值明顯降低，且新鮮血腫部分表現(xiàn)彈性模量值為0，提示SWE對跟腱斷裂的損傷及恢復過程具有較大的臨床應(yīng)用前景。

2.2 SWE在肌肉組織的應(yīng)用

2.2.1 SWE在肌肉組織的基礎(chǔ)研究 楊氏模量值與多種因素有關(guān)。Nordez等［18］通過應(yīng)用SWE對肱二頭肌肌腹等長收縮過程中肌肉楊氏模量變化分析發(fā)現(xiàn)，楊氏模量值與肌電活動有密切的線性關(guān)系。肖滬生等［2］也進一步證實了肌肉收縮過程中楊氏模量值變化曲線與在分子生理學水平的研究有一定的相似性，并證實SWE具有足夠的靈敏度能夠動態(tài)監(jiān)測肌肉收縮過程中的楊氏模量值。比較兩塊肌肉組織在靜止和緊張狀態(tài)下各自及相互間的楊氏模量的分布特征顯示，組織高回聲區(qū)在靜止狀態(tài)下楊氏模量值較大，收縮過程中該區(qū)域楊氏模量值變化更大［19］，與既往研究［20-21］證實肌肉組織收縮過程中硬度增加一致，即楊氏模量值增大。Koo等［22］通過對離體火雞腓腸肌與脛外側(cè)肌被動張力實驗證明，應(yīng)用實時剪切波技術(shù)獲得的楊氏模量值與被動肌張力也存在線性關(guān)系；Eby等［23］應(yīng)用一種能夠拉長肌肉的設(shè)備，結(jié)合SWE，測量從豬離體骨骼肌的楊氏模量值與應(yīng)用傳統(tǒng)材料檢測所得到的楊氏模量值高度相關(guān)。因此，楊氏模量值與肌肉活動性、組成、結(jié)構(gòu)［19］、年齡及性別［18,24］均有較大的相關(guān)性?；赟WE于肌肉組織應(yīng)用的可行性，徐芳等［25］首次將該技術(shù)應(yīng)用于分析針刺“得氣”與楊氏模量值變化的關(guān)系。任亞娟等［26］通過比較針刺前與針刺后及電刺激后肌肉組織楊氏模量值，發(fā)現(xiàn)差異均有統(tǒng)計學意義。上述結(jié)論進一步說明該技術(shù)可以應(yīng)用于針刺“得氣”的更深層次研究（圖1）。通過近年對SWE的可行性研究，初步奠定了該技術(shù)應(yīng)用于肌肉組織的基礎(chǔ)，也為實驗針灸學展開了新思路。

2.2.2 SWE評價肌肉病變的臨床應(yīng)用 Koo等［27］通過應(yīng)用SWE成功得到脛骨前肌的彈性-曲度關(guān)系參數(shù)，能夠更好地量化被動肌張力，并為進一步研究診斷價值提供可靠數(shù)據(jù)，為即將在頸部、背部、腰部等其他肌肉組織的進一步診斷提供了良好的指導方向。Lacourpaille等［28］采用實時SWE評估假肥大性營養(yǎng)不良患者在放松狀態(tài)下肌肉硬度較正常人的變化特點，結(jié)果顯示除小指屈肌組差異無統(tǒng)計學意義外，腓腸肌內(nèi)側(cè)肌、脛骨前肌、股外側(cè)肌、肱二頭肌、肱三頭肌在順肌纖維方向測量彈性模量值比較差異均有統(tǒng)計學意義。該研究表明，實時彈性成像可作為評估患者的一種新方法。SWE也被應(yīng)用于評估帕金森病患者上肢肌張力［29］，并用于測量女性恥骨直腸肌楊氏模量值［30］，有望為婦科提供新的理論指導。2.3 SWE應(yīng)用于肌肉組織的優(yōu)勢 以往應(yīng)用二維超聲已經(jīng)獲得豐富的形態(tài)學參數(shù)，如肌肉厚度、橫截面積、肌纖維長度、羽狀角等［31］，并在一定程度上應(yīng)用超聲技術(shù)來評估神經(jīng)肌肉、肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)病變，指導康復治療，并有學者通過監(jiān)測肌肉組織的厚度等形態(tài)學參數(shù)對重癥監(jiān)護室內(nèi)因制動引起的肌肉無力患者進行評估［32］。但二維超聲不能提供骨骼肌系統(tǒng)的機械力學特性，肌肉組織的各向異性也增加了二維超聲應(yīng)用的局限性［33］，而超聲彈性成像可以克服這種缺陷，隨著超聲彈性成像的飛速發(fā)展與不斷完善， SWE克服了二維超聲的不足，而且與其他彈性成像技術(shù)相比，不需要手動壓縮過程，減小了操作者測量過程的誤差，具有良好的重復性，并能直接獲得代表肌肉組織生物學特性的楊氏模量值，不再局限于只能與周圍組織進行彈性比較，更適用于肌肉組織系統(tǒng)的定量評價。

圖1 應(yīng)用Aixplorer型ShearWave?實時SWE超聲診斷儀對正常人陽陵泉穴（小腿外側(cè)，當腓骨小頭前下方凹陷處）下肌肉組織楊氏模量的測量圖像，探頭方向與肌纖維排列方向夾角為0°。A、B分別為針刺前及針刺后楊氏模量值測量

3　臨床應(yīng)用展望

肌肉組織彈性正常、異常參考值對肌肉組織病變與否有重要意義。近期有學者通過研究試圖確立生理及病理狀態(tài)下彈性值的范圍［34-35］，但目前尚缺乏肌肉組織楊氏模量正常、異常值參考范圍的相關(guān)報道，將成為今后的研究方向。目前，應(yīng)用SWE進行肌肉相關(guān)疾病的研究較少，但該技術(shù)的優(yōu)越性將在肌肉損傷診斷、監(jiān)測疾病的發(fā)展以及評估疾病所處階段、預(yù)后，評價外科、康復理療療效等方面發(fā)揮更大的作用；在傳統(tǒng)醫(yī)學方面也將會有深遠的影響［36］。

4　SWE應(yīng)用于肌肉組織的局限性

盡管SWE具有非常好的穩(wěn)定性［37］，但其受操作技術(shù)的影響，Kot等［38］研究發(fā)現(xiàn)，髕韌帶的彈性模量與感興趣區(qū)大小無關(guān)，而與施加壓力大小有關(guān)，壓力較大會影響彈性模量的準確性。因此，進行SWE時應(yīng)該施加較小的壓力，同時也應(yīng)注意探頭角度問題［39-40］，Miyamoto等［41］比較探頭與肌束方向夾角及探頭與皮膚夾角對測量楊氏模量值的影響，發(fā)現(xiàn)探頭與肌束夾角＜20°時差異無統(tǒng)計學意義，探頭與皮膚表面夾角不影響測量值，在一定程度上證明了SWE測量肌肉組織楊氏模量的可靠性和可行性。

綜上所述，目前SWE應(yīng)用于肌肉組織系統(tǒng)的研究較少缺少統(tǒng)一的測量標準，包括機器的調(diào)節(jié)標準等。同時由于肌肉組織較深，與其他組織有一定的重疊，加上肌肉組織本身復雜的特性和操作者本身的主觀性，選擇觀察部位及體位不同，為研究帶來一定的困難。因此，SWE用于肌肉組織系統(tǒng)還需進一步研究其方法學，并增加其他方法的橫向?qū)Ρ妊芯俊?/p>

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【中圖分類號】R445.1

【作者單位】上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院 上海 200030

【通訊作者】肖滬生 E-mail： xhsx@sina.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.03.024

【收稿日期】2015-08-23 【修回日期】2015-10-14 （本文編輯 張春輝）