剪切波彈性成像技術(shù)在肌骨系統(tǒng)及中醫(yī)領(lǐng)域的研究進展＊

俞成杰，徐 芳，肖滬生，瞿 岳

（上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院 上海 200032）

1950年，英國醫(yī)生Ian Donald首次將超聲波技術(shù)應(yīng)用于臨床，發(fā)現(xiàn)超聲波可以探測胎兒的情況，隨后此技術(shù)在全世界范圍內(nèi)迅速開展。近幾十年來，傳統(tǒng)的灰階超聲和多普勒超聲檢查技術(shù)已用于肌骨的各種檢查和評估，其效果與磁共振檢查相當(dāng)[1]。超聲波技術(shù)擁有便利性、實時性、低成本等優(yōu)點，超聲高頻探頭可以更好地顯示肌肉、肌腱、韌帶和軟組織的結(jié)構(gòu)[2]。多普勒超聲可以檢查組織中的血供情況[3]。因此超聲波技術(shù)在肌骨檢查中發(fā)揮著不可替代的作用[4]。借力于超聲波技術(shù)的長足進步，臨床上肌骨超聲的應(yīng)用越來越廣泛[5]。但是傳統(tǒng)超聲波技術(shù)無法顯示組織的生物力學(xué)特性，難以評估異常結(jié)構(gòu)與疼痛之間的關(guān)系[6]。一些病變組織，尤其是處于疾病早期的病變，因其與正常組織回聲過于類似，醫(yī)生亦難以分辨。1991年，Ophir等[7]首次提出超聲彈性成像技術(shù)。該技術(shù)通過評估各組織間不同的彈性值，進行編碼成像，將組織特性有關(guān)的信息疊加在實時兩維聲像圖上，從而輔助診斷[8]。目前，超聲彈性成像技術(shù)已經(jīng)在診斷肝纖維化、甲狀腺癌、乳腺癌中取得了優(yōu)異的效果[9]。自20世紀(jì)90年代以來，該技術(shù)還在肌骨領(lǐng)域進行了大量研究[10]，近年來也已經(jīng)迅速用于臨床實踐中[11]。

1 彈性成像技術(shù)

目前彈性成像技術(shù)主要有3種主要類型：應(yīng)變彈性成像（strain elastography，SE）技術(shù)、瞬時彈性成像（transient elastography，TE）技術(shù)、剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）技術(shù)。應(yīng)變彈性成像是最常用的方法，它不僅可以獲取組織彈性圖，而且可以疊加在常規(guī)的灰階圖像上，但是這項技術(shù)需要操作者進行施壓操作，由于每個人的操作會產(chǎn)生偏差，所以不能用來測量絕對彈性模量[12]。瞬時彈性成像不能提供常規(guī)的灰階圖像，所以無法準(zhǔn)確的將彈性值與解剖結(jié)構(gòu)匹配[13]。

剪切波是彈性介質(zhì)中受到周期性剪切力發(fā)生的橫波。在相互剪切作用之后，最初層恢復(fù)原始形狀，而相鄰層開始剪切，隨后剪切波進一步移動，形成了橫向剪切波的傳播[14]。在同一種介質(zhì)中，生物組織的縱向模量決定了剪切波的傳播速度，因此生物組織的彈性模量可通過測量其速度進行推算。SWE，也稱為動態(tài)彈性成像，盡管存在感興趣區(qū)域大小、形狀和深度限制[8]，但其無需依賴操作者的主動施壓，因而具有良好的重復(fù)性[15]。研究表明，SWE診斷肝纖維化準(zhǔn)確率高于TE[16]，是評估慢性乙肝、慢性丙肝患者的肝纖維化程度的重要方法[17]。此外，SWE在評估非酒精性脂肪性肝病及其他的慢性肝病也有較高的臨床應(yīng)用價值[18-19]。聯(lián)合脾臟SWE還可評估肝硬化患者門靜脈高壓的程度[20-22]。在良惡乳腺病灶鑒別方面，SWE與常規(guī)超聲聯(lián)合使用可以提高的診斷準(zhǔn)確率[23]，世界超聲醫(yī)學(xué)與生物工程聯(lián)合會于2015年發(fā)布的《超聲彈性成像臨床應(yīng)用指南》[24]中提出，通過SWE獲得相關(guān)定性及定量指標(biāo)，可以對常規(guī)超聲檢查的BI-RADS分類中的3類或4a類的乳腺病灶進行升級與降級。現(xiàn)在，這項技術(shù)越來越多地用于各種肌肉骨骼組織彈性的定性和定量，同時也是對普通肌骨二維超聲和彩色多普勒超聲的補充[25]。

2 SWE技術(shù)在肌骨領(lǐng)域的應(yīng)用及中醫(yī)領(lǐng)域的研究進展

2.1 肌肉

SWE技術(shù)可以實時監(jiān)測肌肉變化，因此利用該技術(shù)對肌肉的研究逐年增多。在面對腦出血、脊髓損傷和肌肉痙攣肢體障礙等疾病以及肌筋膜疼痛和肌肉康復(fù)鍛煉的患者時，臨床上給予的僅僅是定性和主觀評估[26]。SWE可在肌肉主動運動或被動運動時觀察肌肉彈性，無需進行有創(chuàng)的肌肉活檢或復(fù)雜的實驗室檢測，因此成為評估肌肉組織最有前景的方式[27-28]。但是，Dubois等[29]研究也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如在遭遇肌肉自主收縮、疲勞和顫抖、肌肉的脂肪浸潤以及位置改變等情況時，SWE對肌肉組織測量的數(shù)值會產(chǎn)生誤差。

研究已經(jīng)測試了正常骨骼肌舒張時和收縮時的彈性值，例如脛骨前肌（舒張時40.6 kPa、收縮時268 kPa），腓腸?。ㄊ鎻垥r16.5 kPa、收縮時225 kPa）以及比目魚肌（舒張時14.5 kPa、收縮時55 kPa）。收縮的骨骼肌彈性值明顯高于舒張狀態(tài)[26]。Wang等[30]研究顯示在舒張狀態(tài)下，老年人和年輕女性間股中間肌的楊氏模量均值沒有顯著差異，但在收縮狀態(tài)下，年輕女性的股中間肌彈性值高于老年人。Eby等[31]研究表明楊氏模量值隨著年齡增長而增加，而且女性往往高于男性。Pierre等[32]研究顯示長時間運動可影響肌肉彈性值，運動后48 h股四頭肌楊氏模量值顯著降低。肖滬生等[33]通過連續(xù)測定肱二頭肌肌腹在收縮過程中的楊氏模量值發(fā)現(xiàn)，肌肉收縮前、收縮時的均值不同，發(fā)現(xiàn)SWE技術(shù)可實時監(jiān)測肱二頭肌肌腹收縮的楊氏模量值，并表示楊氏模量的變化曲線與骨骼肌收縮的特征相符。Macdonald等[34]一項關(guān)于腰痛的研究顯示，腹橫肌有助于控制脊柱運動，而進行軀干穩(wěn)定性康復(fù)訓(xùn)練可以改善治療效果。SWE技術(shù)可以在康復(fù)訓(xùn)練期間提供實時信息反饋并可有選擇性地進行測量，而且在測量深部肌肉時有效地避免了相鄰肌肉干擾。Carpenter等[35]在比較GNE肌病患者和健康組的剪切波速度中發(fā)現(xiàn)，疾病組的平均值明顯低于正常組，橫向測量肌肉的速度明顯高于縱向測量的速度，此外，深部肌肉中的速度顯著高于淺表肌肉的速度，因此SWE可以用于評估GNE肌病的程度變化。

2.2 肌腱

在正常情況下，肌腱非常堅韌，但在變性或者損傷狀況下，其彈性值會發(fā)生不同程度的改變。肌腱病變主要指膠原結(jié)構(gòu)的變性和解體，與蛋白與含水量的變化、細胞增多、脂肪浸潤和新血管形成有關(guān)[36]。近年來，SWE技術(shù)廣泛應(yīng)用于正常及病變肌腱的成像[11]。

研究表明，正常跟腱的平均彈性值約為291 kPa，而跟腱斷裂的平均彈性值約為56 kPa。正常肌腱的彈性圖顯示肌腱是均勻的，但跟腱斷裂患者的彈性圖不均勻[37]。Rox等[38]發(fā)現(xiàn)長期運動人群（尤其是頻繁運動人群）非優(yōu)勢腿的跟腱彈性值會增加，表明SWE可用于評估運動對于運動員的影響和指導(dǎo)對康復(fù)患者治療。該研究還表示在正常肌腱中剪切波的傳播速度比在病變肌腱中快，在緊張肌腱中的傳播速度比在放松時快。此外，在正常肌腱中，沿長軸的剪切波傳播速度比短軸快。Dirrichs等[39]發(fā)現(xiàn)，病變肌腱的剪切波速度均值比正常肌腱顯著降低。超過三分之二有臨床癥狀的肌腱病患者，在常規(guī)超聲檢查中顯示正常，但是使用SWE后可以顯示出變化。SWE使肌腱病變檢出的總體敏感率從67.1%增至94.3%。除了鑒別正常和異常的肌腱，SWE還能夠評估肌腱損傷的程度。肌腱彈性值與各自的臨床癥狀密切相關(guān)：臨床癥狀越明顯，肌腱的組織彈性值越低，這表明SWE可用于監(jiān)測治療期間的疾病進展或消退。研究還發(fā)現(xiàn)SWE在三個不同的肌腱（跟腱，髕腱和伸肌總腱）中表現(xiàn)相似的情況，強調(diào)了SWE的診斷可靠性，可用于評估肌腱的完整性。Kot[40]等的研究也證明了SWE可以可靠鑒別正常和撕裂肌腱，并且可以基于肌腱彈性值降低來診斷肌腱病。另一些研究顯示當(dāng)肌腱厚度增加，受影響的肌腱會顯示出柔軟的結(jié)構(gòu)特性[41-45]。Klauser[8]的研究表示肌腱變性與纖維完整性喪失有關(guān)，導(dǎo)致肌腱軟化。Sendur[46]等的研究結(jié)果顯示，肌腱厚度和彈性值之間存在顯著相關(guān)性（r=0.429，P＜0.001），當(dāng)正常肌腱的厚度增加時，其內(nèi)部可能包含更多的致密膠原纖維。除了病理性肌腱增厚之外，這可能是使彈性值增加的原因。Zhang L等[47]一項關(guān)于跟腱撕裂手術(shù)患者的研究中發(fā)現(xiàn)，修復(fù)后的肌腱彈性與48周隨訪期間肌腱的功能結(jié)果呈正相關(guān)，表明SWE可用于監(jiān)測跟腱愈合過程的生物力學(xué)信息及評估肌腱功能。Aubry[48]使用SWE評估不同姿勢下正常跟腱的彈性，發(fā)現(xiàn)空間位置對跟腱彈性存在影響。Zhang Z J等[49]對比了13名髕腱病患者和20名無癥狀的男性運動員的髕腱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)疼痛側(cè)的關(guān)節(jié)楊氏模量值高于無癥狀側(cè)。Hsiao等[50]研究三個不同年齡組人群的健康髕腱發(fā)現(xiàn)，剪切波速度隨著年齡的增長而顯著降低，其中老年組髕腱的剪切波速度明顯低于其他年齡組，該研究說明SWE可能對評估肌腱老化有臨床意義。Kwak等[51]關(guān)于跟腱、髕腱病變的研究顯示，肌腱的彈性值下降與患者的癥狀程度相關(guān)，表明SWE可應(yīng)用于肌腱病患者的隨訪。Arda等[15]在127名健康志愿者中進行了腓腸肌、咬肌以及岡上肌腱和跟腱的實驗研究，發(fā)現(xiàn)在縱向平面中，男性的肌肉組織和跟腱的平均彈性值比女性大，但是橫向平面中跟腱的彈性值沒有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異。此外，肌肉和跟腱的彈性與年齡在統(tǒng)計學(xué)上也沒有明顯的相關(guān)性。Yoshiaki[52]一項對岡上肌撕裂患者關(guān)節(jié)鏡下肩袖修復(fù)術(shù)后的評估研究中顯示，肩袖回縮增加了關(guān)節(jié)鏡下肩袖修復(fù)的難度，較之MRI，SWE可更好地評估岡上肌肌腱的彈性值并表明其中岡上肌后深部的相關(guān)性最高，說明該技術(shù)可用于術(shù)前評估。

2.3 神經(jīng)

Kantarci[53]等的研究將18名腕管綜合征（carpal tunnel syndrome，CTS）患者和18名健康人腕管入口的正中神經(jīng)的彈性進行比較，腕管綜合征患者（66.7 kPa）顯著高于正常人（32.0 kPa）。重度組患者的彈性值（101.4 kPa）也高于輕度或中度組（55.1 kPa）。表明SWE可用于診斷腕管綜合癥。Cingoz[54]等的研究也證實了這一點，CTS患者與正常人相比，正中神經(jīng)在CTS患者中具有更高的彈性值。此外，與CTS癥狀較輕的受試者相比，具有更嚴(yán)重CTS的患者具有顯著更高的正中神經(jīng)彈性值。在另一項定量研究中，Zhang[55]的研究顯示，CTS患者的正中神經(jīng)剪切波速度（3.857m∕s）顯著高于對照組（2.542 m∕s），準(zhǔn)確率達到86.4%。Rempel[56]等的研究表明CTS患者的正中神經(jīng)增大的彈性值可能與正中神經(jīng)受壓后的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，水腫、脫髓鞘和瓦氏變性所產(chǎn)生的纖維化可能會增加神經(jīng)的彈性值。此外，如Wang[57]等所證明的，腕管壓力升高可能會增加剪切波速度，導(dǎo)致測得更高的彈性值。Andrade[58]等評估了9名健康人的90°膝關(guān)節(jié)屈曲和180°踝關(guān)節(jié)背屈對坐骨神經(jīng)的剪切波速度的影響。在這項研究中，坐骨神經(jīng)的剪切波速度在膝關(guān)節(jié)伸展期間顯著增加，但在90°膝關(guān)節(jié)屈曲時未發(fā)現(xiàn)變化。在踝關(guān)節(jié)背屈期間，坐骨神經(jīng)剪切波速度趨于逐漸減??；該研究的結(jié)果表明，在被動運動時SWE可能可以非侵入性地評估坐骨神經(jīng)的彈性特點。

2.4 SWE技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域的研究進展

SWE技術(shù)在中醫(yī)療效評價及量化中亦有探索，因該技術(shù)較CT和MRI技術(shù)具有精準(zhǔn)性、實時性和低成本等優(yōu)點，在多個領(lǐng)域取得了可觀的結(jié)果。陳曉玲[59]在一項關(guān)于慢性乙型肝炎的研究中發(fā)現(xiàn)，不同中醫(yī)證型患者的肝臟SWE值與APRI、FBI-4呈正相關(guān)，并能較好地反映出慢性乙型肝炎患者的纖維化狀況。在肌骨領(lǐng)域的研究中，徐芳[60]首次提出用超聲技術(shù)定位中醫(yī)穴位，通過SWE技術(shù)觀察15名健康人的足三里穴位針刺前后的肌張力變化，發(fā)現(xiàn)變化差異有統(tǒng)計學(xué)意義，為中醫(yī)針灸穴位“得氣”的量化提供了新方法。任亞娟等[61]運用SWE技術(shù)定量分析了在不同肌張力狀態(tài)下正常人足三里肌肉的緊張度，結(jié)果顯示臥位肌肉（松弛狀態(tài)）的肌張力明顯低于站位（緊張狀態(tài)），再次論證了針刺使穴位局部的緊張度明顯增高。郭玲等[62]關(guān)于中醫(yī)手法治療頸肩肌筋膜疼痛綜合征的研究顯示，患者治療前斜方肌彈性值較正常人及治療后彈性值高，治療后的楊氏模量值高于對照組，說明中醫(yī)手法治療的有效性，為中醫(yī)治療的療效評估提供了一種有效可行的檢測方法。王季等[63]運用SWE評估針刺治療腦中風(fēng)后肌痙攣的療效，結(jié)果顯示，針刺組的腦功能狀態(tài)指數(shù)（Cerebral State Index，CSI）值、楊氏模量均值均明顯低于對照組，CSI值與楊氏模量均值呈正相關(guān)，表明SWE可直觀顯示腦中風(fēng)后肌痙攣患者的肌肉狀態(tài)，利于醫(yī)師實時監(jiān)測患者病情并進一步提高患者的治療療效。

3 總結(jié)

SWE提供與傳統(tǒng)超聲相輔相成的診斷信息，可在圖像上再現(xiàn)肌肉、肌腱及神經(jīng)等組織的彈性情況，能發(fā)現(xiàn)一些以往不能發(fā)現(xiàn)的早期病變，對預(yù)后判斷和病情監(jiān)測起到重要的臨床作用，在診斷各種創(chuàng)傷及評估肌肉、肌腱及神經(jīng)狀況時作為傳統(tǒng)超聲的補充。此外，SWE對康復(fù)理療療效的評價、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的量化研究也有深遠的意義，是一種很有前景的肌肉骨骼系統(tǒng)的診斷方法。目前，SWE是基于將檢測目標(biāo)假設(shè)為均勻彈性介質(zhì)的而實現(xiàn)的，尚未考慮到粘彈性因素，因此換算成楊氏模量不準(zhǔn)確，同時使用不同商家的SWE設(shè)備所測得數(shù)據(jù)也有差別，但仍可顯著提高診斷準(zhǔn)確性。隨著技術(shù)的不斷成熟，相信SWE超聲彈性成像將更統(tǒng)一、更準(zhǔn)確、臨床應(yīng)用更廣泛。