弹性成像在肌骨超声中的应用进展

弹性成像在肌骨超声中的应用进展陈征;朱家安【期刊名称】《现代实用医学》【年（卷），期】2017（029）011【总页数】4页（P1405-1408）【作者】陈征;朱家安【作者单位】100044北京，北京大学人民医院;100044北京，北京大学人民医院【正文语种】中文【中图分类】R445.1依靠触诊评估组织硬度是一种检测和描述组织病变的重要医学手段。早在5000多年前的古埃及法老时代，已有运用触摸方式了解组织硬度并提示机体的异常状态的记录。在现代医学中，触诊仍然是较为重要的临床物理检查手段，但是临床触诊检查受到医生主观性和病变位置等多种因素的影响。随着生物医学工程学的进展，Ophir等于1991年提出了弹性成像技术，它反映生物组织的应变特性。近些年来，多种弹性成像技术在临床中应用的广度和深度不断拓展。目前商用的超声弹性成像主要有助力式弹性成像、瞬时弹性成像和剪切波弹性成像（SWE）等。弹性成像近些年在肌肉、肌腱、筋膜和神经等病变的评估中的应用日益增多。1.1健康人群骨骼肌的解剖、生物力学及功能研究Chino等应用剪切波弹性成像（SWE）研究了31名健康男性骨骼肌的长轴及短轴切面的弹性模量值，包括腓肠肌内侧头、股直肌、肱二头肌和腹直肌，结果显示不同平面的测值差异显著；用SWE中颜色分布的标准差评价图像的稳定性，所有被测肌肉图像稳定性在纵向平面更高，SWE图像的稳定性和测量值随成像平面的变化而变化；这表明用SWE评价肌肉硬度时应考虑成像平面的影响因素。Miyamoto等以肱二头肌以及腓肠肌内侧头为研究对象，探讨探头方向与肌束方向之前的夹角是否对剪切波弹性测量造成影响，结构表明角度造成的影响尽管存在;但是非常轻微。这些研究结果表明，SWE可以作为羽状肌沿其肌纤维分支方向的力学性能评价的一种有效工具。Inami等研究了腓肠肌等长收缩强度与肌肉硬度的关系，提示两者之间呈显著正相关，但并非简单线性关系。Leonardis等应用SWE量化评估了正常青年男性胸大肌不同区域的剪切波速度，结合不同体位下的测量结果表明胸大肌的每一个纤维区域都对肩关节功能起到独特的作用。Brandenburg等测量了20例13岁以下儿童双侧的腓肠肌外侧头的剪切波弹性模量值，结果表明2岁以下儿童腓肠肌外侧被动应力下的弹性模量测量是可行、可靠的，且在2.0-12.6岁的年龄范围内，不同性别和年龄间的弹性模量值差异无统计学意义；因此在后续研究中，该年龄段范围内的儿童不需要根据性别和年龄参数进行分组，且进一步定义正常儿童被动张力下的肌肉硬度值对于早期识别儿童的神经肌肉病变至关重要。Nakamura等应用SWE研究了不同体位下腘绳肌各组成部分施加被动张力后的硬度变化，结果显示半膜肌弹性模量值明显高于其他肌肉，骨盆前倾位时，腘绳肌弹性模量值高于后倾位。利用弹性成像技术无创评估肌肉硬度变化对颈、肩、背部疼痛和损伤的评估有潜在帮助。Akagi等比较SWE和肌肉硬度计测定的颈部和肩部肌肉僵硬度，并验证颈肩部客观和主观肌肉僵硬度之间的对应关系，结果显示肌肉硬度计与SWE之间的无显著相关性，受试者的主观颈肩部僵硬度也与其客观体征不相符，SWE能够更准确客观地评估颈部和肩部肌肉僵硬。Dieterich比较了不同体位下颈部肌肉的硬度变化，结果显示最接近脊柱的深层颈部伸肌在被动和主动张力状态下的硬度最高，颈半棘肌在抬头动作的主动张力状态下所表现的硬度增高最明显。Heizelmann等测量了不同人群斜方肌和竖脊肌的剪切波速度，结果表明男性和女性受试者的剪切波速度和肌肉厚度差异有显著统计学意义，长期规律的体育运动对肌肉硬度也存在影响。Moreau等研究了被动伸展位和休息位下，多裂肌的剪切波弹性测量的可行性和重复性，显示该方法有助于慢性腰背部疼痛和脊柱侧弯治疗的随访监测。Creze应用SWE测量了体外标本和健康志愿者腰背部三块主要肌肉（多裂肌、最长机及髂肋肌）的弹性模量，显示其在腰背部疼痛评估中的具有潜在应用价值。1.2肌肉损伤及炎症的弹性成像研究Yanagisawa等应用助力式弹性成像技术测量了短期大量运动后的不同时间腓肠肌内侧头的应变比，并分析肌肉硬度与肌肉损伤实验室指标之间的关系，提示剧烈运动后肌肉硬度增加，但与肌肉水肿、关节间隙减少或肌肉损伤引起的肌肉酸痛无关。Berko研究了超声弹性成像在儿童活动性肌炎诊断中的作用，结果显示压迫性弹性成像尽管能够检测到一些异常表现，且与肌肉回声增高之间具有相关性；但相关临床意义仍需要进一步深入研究，超声弹性成像目前不足以准确检测幼年特发性炎性肌病患儿的活动性肌炎，不能取代MRI作为儿童肌炎的影像学检查标准。一项关于肩袖撕裂的离体研究显示冈上肌剪切波弹性模量值与施加应力所体现的延展性呈显著负相关，这有助于术前评估肩袖结构的生物力学特性尤其是延展性不足可能对术后重建及功能恢复所造成的负面影响。一项关于山地马拉松运动的纵向研究应用SWE评估长时间运动前、中、后不同阶段股四头肌硬度的变化，结果显示比赛完成时肌肉弹性较赛前明显降低，极端自然条件和超生理压负荷条件下，股四头肌过度活动导致肌肉硬度减低，并与继发的肌肉炎症和肌肉肿胀密切相关。SWE可以在运动医学领域作为一种肌肉硬度生理或病理变化的诊断和监测工具。1.3偏瘫、帕金森及关节术后患者的肌肉张力研究Fischer等应用超声造影和ARFI技术评价肩关节置换术后三角肌完整性，结果表明术侧三角肌硬度较患侧增大。Mathevon测量了14例偏瘫患者双侧腓肠肌在静息状态和牵张状态下的羽状角、肌肉厚度、剪切波弹性模量，结果表明只有患侧的剪切波弹性模量值具有良好的可重复性。Wu等研究了脑卒中后患者肱二头肌剪切波速度，结果显示患侧SWV较健侧明显增大，并与痉挛严重程度呈正相关，提示超声弹性成像可能作为一种相对可靠的疾病进展和治疗随访监测方法。Du应用SWE初步定量评估了帕金森病患者肱二头肌硬度，提示其较健康志愿者显著增高，但是明显症状组合轻微症状组间肌肉弹性模量值差异无显著统计学意义。弹性成像显著提高了超声诊断肌腱病变的准确性，并可作为肌腱病变早期诊断和监测工具，有症状的肌腱更多情况下表现出较低的弹性模量值。Zhang等应用SWE评估肌腱修复术后跟腱的弹性，提示跟腱功能评级与跟腱弹性呈正相关，SWE可以提供跟腱愈合的生物力学信息并预测跟腱功能。一项针对排球运动员髌腱末端病的研究表明，联合应用弹性成像和灰阶成像显示出82.5%的敏感度，33.3%的特异度和61.4%的准确率，而常规联合应用能量多普勒和灰阶成像显示出72.5%的敏感度，43.3%的特异度和60%的准确性；弹性成像、灰阶超声及临床症状三者的相关性分析显示，弹性成像所体现的髌腱软化与临床症状更为相关，常规超声联合弹性成像可提高髌腱末端病诊断的敏感性。Coombes研究显示跟腱和髌腱末端病患者肌腱的弹性模量变化趋势存在差异，与对照组相比，跟腱病组远端附着处SWV减低，中段厚度增大；髌腱末端病组全段肌腱SWV增高，近端厚度增大。Fu等测量了326名18岁以上健康志愿者的跟腱厚度及剪切波速度，结果显示随着年龄的增长，跟腱厚度逐渐增加，此趋势男性比女性更明显，跟腱矢状面剪切波速度随年龄增长而轻微降低。周围神经在运动过程中受到机械应力的影响，在体内的神经力学性能仍然很大程度上未被探索，弹性成像为神经的生物力学研究提供了新的方法，但是体位、年龄因素造成的影响应该考虑在内。Greenin研究了健康志愿者正中神经和胫神经在不同体位下的超声剪切波速度，结果表明在神经处于相对张力体位时其剪切波速度增大，而年龄与神经剪切波速度呈负相关倾向，该研究对运动诱发疼痛的评估亦有帮助。Andrade等应用SWE无创评估人体踝关节运动时坐骨神经硬度，膝关节180°伸展时，踝关节背屈时坐骨神经SWV显著增大，而膝关节屈曲90°时踝关节运动对坐骨神经SWV无显著影响，研究结果强调了膝关节和踝关节体位对坐骨神经临床和生物力学评估的重要性，Nogueira-Barbosa等应用压迫式弹性成像评价麻风病患者的正中神经，结果表明出现皮肤损害或神经炎症状的麻风病患者，正中神经/指浅屈肌应变比与健康对照组比较显著减低。Orman等对腕管综合征的弹性成像研究显示正中神经的周长和截面积较对照组大，而神经的组织应变力较对照组低。Takenaga应用SWE评估棒球运动员后肩关节囊增厚及硬度改变，提示关节囊硬度的改变较之厚度对关节运动功能的影响更为显著，该技术可作为识别投掷运动员肩关节损伤潜在危险的无创筛查方法。Kubo等通过体外实验研究了腕管压力与腕管内外剪切波速度之间的关系，结果显示腕管内剪切波速度随腕管压力的增加而线性增加，腕管外侧剪切波速保持不变；通过测量肌腱中的剪切波速度，可以无创测量腕管压力，该技术可能有助于腕管综合征的评估，但需要进一步的体内研究验证其准确性及可重复性。一项离体动物实验应用超声弹性成像评价骨/软组织界面，结果表明在骨/软组织界面的标准化局部轴向应变和轴向剪切应变相对于周围背景软组织具有不同的分布模式，骨折界面弹性参数的相对强度和分布变化取决于骨折块间的失调程度；这些生物力学信息可能有助于未来的骨骼完整性以及骨折后骨愈合的评估。Wang等应用SWE定量评估局限性硬皮病在不同分期（水肿、硬化或萎缩）的皮肤厚度和硬度，结果表明各期皮肤厚度和硬度均有增大，且硬化期比萎缩期更明显，而经过皮肤厚度的标准化矫正以后，萎缩期病变较硬化期硬度增大更显著；SWE可以定量评估局限性硬皮病的皮肤硬度，然而直接测值无法区分不同分期，经皮肤厚度的标准化校正非常必要，有助于评估病情和监测疾病进展。Putz等研究了SWE评估足底筋膜炎的可行性，提示病变部位的硬度呈不均匀增高。Liu应用SWE评估放疗后颈部纤维化程度，结果显示病例组深部和皮下组织的SWV较对照组显著增大，且与放疗持续时间、肌肉萎缩和皮下组织变薄相关。Dasgeb应用压迫式弹性成像评估皮肤癌，所有恶性病变相对正常皮肤的应变比>3.9，良性病变的应变比<3,弹性成像有助于皮肤良恶性病变的评估。BotarJid等研究了超高频超声联合压迫式弹性成像对皮肤黑色素瘤术前评估的潜在作用，显示病变区与皮下组织之间、病变区与相邻真皮和皮下组织之间应变比差异有统计学意义；皮肤黑色素瘤表现为病变区血管过度增生，多血管蒂和僵硬，弹性成像与病变区血管增生具有较强的相关性，弹性成像有助于皮肤黑色素瘤的术前和预后评估。Schafer等将SWE作为一种新的方法来测量压力性溃疡发展的早期迹象，压力加载90和150min后，皮肤层的平均硬度增加，皮下足跟和骶骨组织的硬度下降，皮肤和皮下软组织持续受压导致组织硬度的动态变化，在压力性溃疡的发展中起关键作用，表层皮肤和深层组织反应不同，该研究结构显示弹性成像能够无创定量评估皮肤和皮下软组织硬度的动态变化，可作为一种新的参数用于不同组织压力性溃疡的风险评估。超声弹性成像所反映的组织硬度信息并不总是真实的，影响因素较多，如病变内部的钙化、出血及坏死等将会导致部分病变区无法根据现有标准进行评判；在实际操作过程中不可避免地受到操作者主观因素的影响，如压迫式弹性成像探头加压力度的大小和振动频率以及剪切波弹性成像检查者手持探头的稳定性、加压力度的不均以及声束角度的变化等。目前弹性成像在肌肉骨骼系统中的应用受到多方面因素的限制，常规临床应用尚未成熟，更多地处于研究探索阶段；但是弹性成像提供的硬度信息