多模態(tài)成像技術(shù)對(duì)足底筋膜炎性跟痛癥發(fā)病機(jī)制的研究

栗平 王東海 郭芳芳 武丹妮

[摘要] 目的 通過(guò)應(yīng)用高頻超聲、超聲彈性成像技術(shù)及足底CT三維重建，對(duì)足底跖腱膜彈性特征與足弓形變相關(guān)性研究，探討足底筋膜炎性跟痛癥的發(fā)病機(jī)制。 方法 選擇2015年12月～2016年12月內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院就診的足底筋膜炎患者88例（單足）為觀察組，同期另選擇健康志愿者48例（雙足）作為對(duì)照組。兩組均行X線側(cè)位、CT三維重建，獲取足底跖腱膜解剖部位與形態(tài)，測(cè)量足底跖腱膜厚度及彈性，根據(jù)骨性標(biāo)記準(zhǔn)確測(cè)量非負(fù)重位和負(fù)重位狀態(tài)下足弓角，比較兩組足底跖腱膜不同部位厚度、彈性及足弓角變化的規(guī)律性。 結(jié)果 觀察組足底跖腱膜起始部（PF1）厚度大于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。觀察組PF1足底跖腱膜彈性模量小于對(duì)照組，且觀察組的PF1處彈性模量小于中央部（PF2），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。兩組足弓角變化從非負(fù)重位至負(fù)重位狀態(tài)改變差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。 結(jié)論 彈性成像能夠定量評(píng)估足底筋膜的硬度，足底筋膜彈性特征影響足弓角形變能力，足弓角形變能力的降低是導(dǎo)致足底筋膜炎跟痛癥的主要原因之一。

[關(guān)鍵詞] 超聲成像技術(shù)；彈性；跟痛癥

[中圖分類號(hào)] R686.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2018）03（b）-0112-04

Study of multimodal imaging technology for pathogenesis of plantar fascia inflammatory calcaneodynia

LI Ping WANG Donghai GUO Fangfang WU Danni

Department of Function， Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010030， China

[Abstract] Objective To study the correlation between the elasticity of plantar fascia and arch deformation， in order to dicuss pathogenesis of plantar fascia inflammatory calcaneodynia， by high-frequency ultrasound， ultrasonic elastography CT three dimensional reconstruction. Methods From December 2015 to December 2016， in Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， 88 plantar fasciitis patients （single foot） were selected as observation group， at the same time， 48 healthy volunteers were selected as control group. Two groups were given X-ray lateral and CT three dimensional reconstruction， in order to get the anatomic site and form of plantar fascia， measure thickness and elasticity of plantar fascia， the arch angles while weight-bearing and non-weight-bearing were respectively measured by referring to osseous marks， the thickness， elasticity and regularity of the variation of arch angles of plantar fascia different sites of two groups were compared. Results The thickness of plantar fascia initial segment （PF1） in observation group was more than control group， the difference was statistically significant （P < 0.05）. The elasticity of PF1 from the observation group was less than control group， and elasticity of PF1 from was less than plantar fascia contral from （PF2） in observation group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. The variation of arch angels of observation and control groups from weight-bearing to non-weight-bearing in two groups were compared， the difference was statistically significant （P < 0.05）. Conclusion The thickness of plantar fascia can be measured by elastography technique， the elasticity of plantar fascia influences the deformability of arch angel， the recession of the deformability of arch angel is one of the major causes of calcaneodynia due to plantar fasciitis.

[Key words] Shear wave elastography； Elastic； Plantar fasciitis

正常人從站立到步行，足底壓力的分布發(fā)生變化，大多數(shù)人靜態(tài)峰值足壓位于足跟部位，步行較站立位足底壓力分布增加更為明顯。正常人體足弓是一個(gè)極其復(fù)雜的三維立體“彈性結(jié)構(gòu)體”，足是通過(guò)其特殊的“彈性結(jié)構(gòu)體”以其非常精細(xì)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)方式完成其步態(tài)周期，其彈性和穩(wěn)定性主要是通過(guò)足底腱膜、足底韌帶、肌腱及周圍關(guān)節(jié)囊等軟組織維持，足底腱膜是維持足纖維腱性弓形的主要結(jié)構(gòu)，是保護(hù)足底肌肉、肌腱、關(guān)節(jié)和維持足弓、緩沖震蕩重要的足底支撐結(jié)構(gòu)，其具有承載足底負(fù)荷、全面顯著增大足底韌帶張力、改變骨骼轉(zhuǎn)動(dòng)角度和分布跖骨間應(yīng)力的作用。足底筋膜炎狹義上又稱跟跖腱膜炎、足底腱膜炎、足跖腱膜炎。隨著老齡化社會(huì)的發(fā)展以及生活方式的改變，近年來(lái)足底筋膜炎跟痛癥患者日漸增多，許多研究[1-2]認(rèn)為臨床上導(dǎo)致足底筋膜炎跟痛癥的根本原因是足的生物力學(xué)機(jī)制異常，也有研究者[3-4]推測(cè)其病變的本質(zhì)原因在于負(fù)重后足弓形變彈性的應(yīng)力出現(xiàn)異常。本研究通過(guò)應(yīng)用二維超聲及彈性成像和CT三維重建技術(shù)結(jié)合研究探討足底跖腱膜足弓形態(tài)改變與其彈性特性在維持足弓穩(wěn)定性所起的力學(xué)作用，為足底筋膜炎性跟痛癥的發(fā)病機(jī)制提供更加豐富的研究理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年12月～2016年12月內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院確診為足底筋膜炎性跟痛癥的患者88例，病程>4周，其中左足68例，右足20例，年齡25～78歲，身高150～174 cm，體重49～86 kg。所有患者均表現(xiàn)為晨起疼痛明顯，且壓痛點(diǎn)僅局限于跟骨結(jié)節(jié)及跖腱膜附著處，反復(fù)疼痛持續(xù)時(shí)間>4周，VAS評(píng)分≥6分；患者均無(wú)皮質(zhì)激素注射或沖擊波治療史，X線顯示均無(wú)跟骨骨刺生長(zhǎng)，均無(wú)足踝及下肢手術(shù)史。同期另選擇健康志愿者48例（雙足）作為對(duì)照組，年齡25～70歲，身高152～178 cm，體重50～90 kg。健康志愿者跟骨結(jié)節(jié)附著處均無(wú)跟骨骨刺，既往均無(wú)足跟痛，均無(wú)脊柱關(guān)節(jié)、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病、高血脂等系統(tǒng)性炎性疾病史，超聲檢查前1周均無(wú)長(zhǎng)期站立、行走及體育活動(dòng)史，均無(wú)足踝外傷及手術(shù)史。兩組年齡、性別等一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05），具有可比性。見(jiàn)表1。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，研究對(duì)象均了解本研究目的與意義并簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法

1.2.1 二維超聲及彈性成像 所有研究對(duì)象均采用法國(guó)Supersonic公司的AixPlore型實(shí)時(shí)彈性成像技術(shù)，選擇L4～15高頻線陣探頭，受檢者取俯臥位，膝關(guān)節(jié)屈曲90°，踝關(guān)節(jié)中立位，先行二維彩色多普勒常規(guī)超聲掃查，啟動(dòng)彈性成像模式依次沿足底跖腱膜的起始部（PF1）、中央部（PF2）縱切面和橫切面記錄組織的彈性圖，足底跖腱膜的二維超聲和彈性成像圖像在屏幕上同時(shí)顯示，觀察PF1、PF2內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)回聲及彈性值。

1.2.2 非負(fù)重和負(fù)重位狀態(tài)下足側(cè)位X線 所有研究對(duì)象均通過(guò)X線片分別測(cè)量非負(fù)重和負(fù)重位狀態(tài)下的足弓角度，觀察其角度變化特點(diǎn)。

1.2.3 CT掃描、三維重建 所有研究對(duì)象先行足部螺旋CT掃描，將原始dicom格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics Innovation Suite 16.0軟件，通過(guò)Mimics 14.1的3種不同斷面（水平面、冠狀面、矢狀面）進(jìn)行三維圖像配準(zhǔn)，定義足底跖腱膜幾何邊界，精確定位PF1、PF2段解剖結(jié)構(gòu)部位，并在通過(guò)足底縱切面測(cè)定PF1、PF2彈性值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 13.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以率表示，采用χ2檢驗(yàn)。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組二維超聲、CT重建、彈性成像的比較

根據(jù)CT三維重建足底跖腱膜確定PF1和PF2二維超聲位置，測(cè)定彈性值（圖1、2、3）。二維超聲顯示對(duì)照組足底跖腱膜呈亮帶樣均勻的纖維束樣回聲，結(jié)構(gòu)清晰，觀察組顯示PF1處增厚（以4 mm為標(biāo)準(zhǔn)，厚度>4 mm為增厚）、回聲減低，觀察組足底跖腱膜厚度為（3.5±0.9）mm，對(duì)照組足底跖腱膜厚度為（2.4±0.3）mm，觀察組大于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。觀察組PF1處足底跖腱膜彈性模量值小于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；觀察組PF1處足底跖腱膜彈性模量值小于PF2處，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），而對(duì)照組PF1、PF2處足底跖腱膜彈性模量值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。見(jiàn)表2。

2.2 非負(fù)重位與負(fù)重位狀態(tài)下足弓角變化

觀察組從非負(fù)重位狀態(tài)至負(fù)重位足弓角改變?yōu)椋?9.5±2.9）°，對(duì)照組從非負(fù)重位至負(fù)重位狀態(tài)足弓角改變范圍為（30.2±0.4）°，觀察組小于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。

3 討論

跖腱膜是一種堅(jiān)韌的、呈束帶樣結(jié)構(gòu)的、纖維性強(qiáng)的結(jié)締組織，其為足底筋膜的一部分，起于跟骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)突止于各跖骨粗隆。跖腱膜具有全面顯著地增大足底韌帶張力載荷、改變足底跖骨多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度及分布跖骨間應(yīng)力的作用，對(duì)維持足弓的穩(wěn)定性及保護(hù)足底血管和神經(jīng)具有重要作用[3-4]。跖腱膜人體解剖組織學(xué)由彈力纖維與膠原纖維組成，因此具有耐壓、耐磨、富有彈性等特點(diǎn)[5]，而生物組織的彈性與組織病變的生物學(xué)特性緊密相關(guān)，因此探討跖腱膜的彈性特征與足弓角形態(tài)變化與足底筋膜炎性跟痛癥的相關(guān)性具有重要意義。本研究通過(guò)對(duì)足底筋膜炎患者及健康人群跖腱膜多種影像學(xué)測(cè)量，確定跖腱膜的PF1部和PF2部，測(cè)量其厚度，在負(fù)重和非負(fù)重狀態(tài)下采用彈性成像顯示PF1部和PF2部彈性，另外應(yīng)用X線圖像確定骨性標(biāo)記準(zhǔn)確測(cè)量足弓角，顯示負(fù)重和非負(fù)重狀態(tài)下足弓角變化情況。

人類在行走和奔跑過(guò)程中，跖腱膜對(duì)足部的穩(wěn)定性起著重要作用，由于行走過(guò)度及劇烈運(yùn)動(dòng)造成跖腱膜負(fù)荷增大，導(dǎo)致其退行性改變，或外傷引起跖腱膜損傷，引起其附著部發(fā)生炎性疼痛[6-9]。超聲成像技術(shù)評(píng)價(jià)足底腱膜炎已在臨床應(yīng)用廣泛，超聲能夠?qū)崟r(shí)觀察跖腱膜形態(tài)及病理變化，獲得客觀、快速、可靠的影像學(xué)信息。Crary等[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)足部施加負(fù)荷，足底筋膜首先對(duì)抗形變的是足底跖腱膜，當(dāng)有跖腱膜先天、后天或手術(shù)造成的形態(tài)和功能發(fā)生異常時(shí)，均會(huì)影像到足的活動(dòng)功能，特別是在負(fù)重狀態(tài)下足底筋膜形態(tài)將會(huì)產(chǎn)生形變，足弓也隨之發(fā)生一定程度的壓縮形變，當(dāng)位于跟骨結(jié)節(jié)處和跖骨頭處的跖腱膜發(fā)生彈性改變時(shí)足弓的壓縮形變直接受到影響，而當(dāng)足部載荷消失時(shí)，其形態(tài)亦隨之恢復(fù)。足弓角的改變反映足弓的形變能力，因此需要探討足底筋膜在不同靜態(tài)和動(dòng)態(tài)狀態(tài)下壓縮形變及應(yīng)力應(yīng)變能力與足弓角改變的相關(guān)性。

目前超聲彈性成像技術(shù)是評(píng)價(jià)人體表淺及深部軟組織結(jié)構(gòu)彈性特征重要的超聲影像學(xué)方法[11-16]，本研究采用二維超聲及彈性成像技術(shù)相結(jié)合探討足底跖腱膜彈性特征與足弓角形變能力的相關(guān)性。本研究高頻超聲顯示：病例觀察組跖腱膜均增厚（均>0.4 cm）、回聲減低，彈性成像顯示病例觀察組較健康對(duì)照組質(zhì)軟；PF1處與PF2處比較，觀察組跖腱膜PF1處彈性小于PF2處，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），而對(duì)照組PF1與PF2點(diǎn)處彈性差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。足弓角度改變?cè)诜秦?fù)重位至負(fù)重位狀態(tài)下觀察組明顯小于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。這些說(shuō)明足底腱膜炎跟痛癥患者在負(fù)重狀態(tài)下由于其跖腱膜彈性應(yīng)力降低，足弓形變緩沖的彈性應(yīng)力下降，導(dǎo)致足弓不能充分吸收足底過(guò)量應(yīng)力發(fā)生形變，從而影響足弓的穩(wěn)定性，而對(duì)照健康組跖腱膜彈性應(yīng)力在非負(fù)重位至負(fù)重位狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)足弓過(guò)量應(yīng)力的形變，并且能夠保障足弓的穩(wěn)定性。

有研究[17]發(fā)現(xiàn)人類在正常站立和行走時(shí)足所承受的力為體重的2.0倍多，而在一系列步態(tài)行走過(guò)程中跖腱膜由松馳到緊張、足著地張力由增大到減小交替變換，當(dāng)跖腱膜應(yīng)力刺激瞬間加大時(shí)，可導(dǎo)致位于跟骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)突起點(diǎn)處的跖腱膜輕微撕裂，約80%的跟痛癥患者是由于跖腱膜損傷引起[18]。在過(guò)去的國(guó)內(nèi)外臨床研究報(bào)道中[19-20]，主要研究集中于扁平足、跟骨骨刺生長(zhǎng)導(dǎo)致的足底筋膜炎性跟痛癥，而對(duì)于跖腱膜在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變能力與跟痛癥發(fā)生的機(jī)制報(bào)道很少。本研究通過(guò)采用負(fù)重與非負(fù)重狀態(tài)下觀察跖腱膜彈性特性與足弓角的改變?cè)诰S持足弓穩(wěn)定性所起的力學(xué)作用，揭示了足底筋膜炎性跟痛癥的發(fā)病機(jī)制。

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（收稿日期：2017-11-26 本文編輯：蘇 暢）