超声成像测量不同姿势下腓肠肌形态的信度

职文倩，刘超然，王宁华

北京大学第一医院康复医学科，北京市100034

超声成像技术可提供肌肉结构的定量数据和运动中的图像，清晰观测骨骼肌收缩过程中的空间形态变化[1]，成为研究骨骼肌运动形态特性、评估肌肉功能、评价训练效果等非常有效的工具[2]。

腓肠肌是小腿浅层一块羽状肌，在站立、行走和跳跃等活动中提供推动性跖屈扭矩[3]，并与运动表现有较强的相关性[4]，超声可清晰识别腓肠肌不同收缩强度下的形态改变[5]。腓肠肌常因神经系统损伤[6]、骨关节系统疾病[7]等发生形态学变化，导致运动功能障碍，临床常采用牵伸、力量训练等手段提高其运动功能[8-9]。目前腓肠肌的超声测量多采取俯卧位。腓肠肌作为人体重要的姿势肌，静息状态下的肌肉结构可能限制其预测功能和评定康复训练效果的潜力，而站立位测量缺乏信度研究。

本研究采用肌骨超声测量健康青年人俯卧位和站立位腓肠肌内侧头的肌肉厚度、肌纤维长度和羽状角，评价俯卧位及站立位下超声测量腓肠肌结构参数的信度，探讨站立位与俯卧位腓肠肌内侧肌肌肉结构参数的差异。

1 对象与方法

1.1 研究对象

2017 年12 月至2018 年5 月，通过张贴海报，在北京大学第一医院招募健康成年志愿者30例，其中男性8 例，女性22 例；年龄(25.37±5.28)岁；体质量(57.07±9.13)kg；身高(166.23±5.62)cm。

纳入标准：①年龄18～40 岁；②无腰痛及肌肉、神经方面器质性疾病；③无下肢手术和外伤病史。

排除标准：①日常生活活动能力障碍，无法独立生活；②心肺功能受损，存在骨骼、肌肉或神经系统疾病；③身体疼痛或正在使用止痛药；④严重髋、膝、踝关节损伤史。

所有参与者均被告知实验内容并签署知情同意书。本研究经北京大学第一医院伦理委员会批准〔No.2018(101)〕。

1.2 方法

采用SONIMAGE®HSI 便携式B 型超声诊断仪(日本KONIKA 公司)，L18-4 超声线阵探头垂直于皮肤表面，通过耦合剂使其充分接触皮肤而不压迫软组织。分别获取受检者在俯卧位和站立位腓肠肌内侧肌超声图像。在胫骨长度(胫骨内侧髁至内踝高点或腘窝折痕至外踝高点)上30%处找到内侧腓肠肌肌腹中点，即内侧腓肠肌1/2 偏后的位置[10]。测量右侧腓肠肌内侧肌肌肉厚度、肌纤维长度和羽状角。

俯卧位：双下肢伸直，足悬于检查床外，右踝关节佩戴踝足矫形器固定脚踝至解剖中立位。站立位：右踝关节配踝足矫形器站立于地面。

A、B两名操作者均为经过2周超声技术培训的康复专业人员，分别在俯卧位和站立位下测量。操作者A 测量后再由操作者B 测量，每个姿势获取3 张超声图像，分别测量每张图片的结构参数，取均值。操作者A 间隔3 d 后，采用相同方法再次测量同一人群。测量过程中，两位操作者不知晓对方测量数据。

羽状角：根据肌束和肌筋膜的方向，分别画出肌束线和肌筋膜线，两线夹角为羽状角[11]。本研究测量肌束与深筋膜之间的羽状角(图1)。肌肉厚度：肌肉浅层筋膜与深层筋膜的垂直距离[11]。选取图片中点位置进行测量(图1)。肌纤维长度：连接浅筋膜和深筋膜之间的肌纤维总长[11](图1)。本研究中，肌纤维长度超过探头探测到的超声图片范围，缺失部分通过对可见部分肌纤维及筋膜的线性外推估计。当筋膜在图像中平行排列时，

L为肌纤维长度，h为肌肉厚度，α为羽状角[12]。

采用Microsoft Excel 2010“公式”选项计算。

图1 肠肌肌内侧肌矢状面超声图像

1.3 统计学分析

采用SPSS 21.0 统计软件进行统计学分析，采用GraphPad Prism 8.0 软件制作统计图像。计量资料以()表示。计算组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)、最小可检测变化值(minimum detectable changes,MDC)[13]和测量标准误差(standard error of measurement,SEM)[14]，SEM 实际值除以两次测试的均值，以百分比(SEM%)的形式记录。ICC ＜0.55为信度差，0.55～＜0.75 为中等，0.75～＜0.90 为好，≥0.90为优秀[13]。同一检查者不同姿势下比较进行配对t检验，相关性采用Pearson 相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

站立位及俯卧位，超声测量的3 种结构参数测试者间信度均优秀；肌肉厚度重复测量信度优秀，肌纤维长度和羽状角重复测量信度好。两种姿势下，结构参数的总体测量误差较小(SEM% ＜5.6%)，其中站立位下测试者间SEM%小于俯卧位，俯卧位下重复测量MDC更小。见表1～表4。

不同姿势下超声测量的腓肠肌内侧肌肌肉厚度、肌纤维长度和羽状角相关性良好(图2)，且均存在非常显著性差异(P＜0.01)。见表5。

表1 俯卧位测试者间信度

表2 站立位测试者间信度

表3 俯卧位重复测量信度

表4 站立位重复测量信度

表5 不同姿势下同一操作者测量腓肠肌结构参数比较

图2 站立位与俯卧位腓肠肌超声形态学测量结果的相关性

3 讨论

近年来关于超声测量腓肠肌结构的信度研究多采用俯卧位、固定关节角度位或在行走中测量，测量参数主要有肌肉厚度、肌纤维长度、羽状角、肌肉横截面积等，均证实该方法学有良好信度[1,12,15-19]。腓肠肌是人体重要的姿势肌，站立位时处于低强度收缩状态[20]，收缩状态的肌肉形态学参数与放松状态下有显著差别[21-22]；且站立位是功能训练的重要体位，验证站立位下超声测量参数的可靠性对临床应用有重要意义。

本研究显示，俯卧位及站立位下，超声测量腓肠肌内侧肌的肌肉厚度、肌纤维长度、羽状角均有较高信度，其中俯卧位下结果与König 等[12]、McMahon等[23]的研究结果基本一致。König 等[12]发现，通过用泡沫轴固定超声探头，肌肉厚度、肌纤维长度测试者间信度提高，但羽状角测试者间信度降低。McMahon等[23]的研究中，肌纤维长度重复测量信度明显高于其他相关研究，考虑与该研究中超声探头可直接获得肌纤维全长，无需进行线性推算，减少测量误差有关。Lieber 等[24]通过改进超声探头定位的准确度，将肌纤维长度的重复测量信度提高至0.99。肌纤维长度测量信度受探头位置、探头旋转、探头获得图像范围大小等因素影响，肌肉厚度测量信度受探头位置、操作时对皮肤压力大小等因素影响，而羽状角基本不受上述因素干扰，但受关节角度、测量人数等因素的影响较大[25]，测评人数越多，测试者间信度越低[12]。因此，临床可通过使用全景超声、轻泡沫固定超声探头、操作流程标准化等方式，提高超声测量腓肠肌形态学参数的信度。

本研究显示，与俯卧位相比，站立位下肌肉厚度和肌纤维长度的测试者间信度和重测信度均优于俯卧位，这可能与站立位时肌肉张力增加，减小操作时探头压力对组织形状影响有关。俯卧位下羽状角测试者间信度和重测信度优于站立位，考虑与站立位重心调整有关，肌肉收缩的微小改变都可能降低羽状角的测量信度。临床可根据实际需要选择更加合适的测量姿势。

本研究显示，俯卧位腓肠肌内侧肌形态学测量SEM%均较小，且站立位测试者间SEM%更小，提示站立位下超声测量准确性更高。俯卧位重复测量MDC%更小，提示俯卧位下测量敏感性更高，如需监测结构参数的变化，推荐在俯卧位下测量。值得注意的是，Suetta 等[26]发现，进行抗阻训练12 周后，老年术后患者肌纤维长度和肌肉厚度分别增加22%和15%；de Boer 等[27]发现，肌肉废用23 d 可导致羽状角下降7%。因此，短期内肌肉的适应性改变相对较小，使用超声测量腓肠肌内侧肌的结构参数指导临床决策时，需要将所得结果与SEM 和MDC 进行比较，谨慎得出结论。

本研究俯卧位下测量值与既往研究吻合。Narici等[22]对6 例健康青年男性腓肠肌内侧肌进行测量，肌肉厚度、肌纤维长度和羽状角分别为(2.0±0.2) cm、(5.1±0.4)cm、(17.3±2.6)°。McMahon等[23]对16例健康青年男性腓肠肌内侧肌进行测量，肌肉厚度、肌纤维长度和羽状角分别为(2.34±0.31)cm、(5.49±1.09)cm、(25.94±4.30)°，证明超声测量方法可靠和有效。本研究显示，站立位下腓肠肌羽状角较俯卧位减小，肌纤维长度和肌肉厚度较俯卧位增大。既往研究也发现[28]，肌肉等长收缩时，肌纤维长度缩短，羽状角增大，肌肉厚度增大。相关研究是在相同姿势下测量肌肉放松至最大等长收缩时肌肉结构的变化[29]，无踝关节负重改变、平衡调节等因素的影响。

羽状角站立位较小，可能的原因如下。①站立位时肌纤维受到牵拉：站立时，踝关节受重力作用发生踝背屈，为了维持立位姿势，跟腱受到持续牵拉[30-31]，使肌纤维沿跟腱方向受到牵拉[32]，造成羽状角减小。②站立位时踝关节角度变化：本实验尽管施加了等长收缩条件，但踝关节处于收缩状态时，踝关节还是不可避免地发生一定旋转[33]，而关节角度变化对羽状角的测量影响较大[34-35]，造成羽状角减小。

肌纤维长度在站立位和俯卧位下的测量差异，考虑与肌纤维受到牵拉、测量位置移位等因素有关；且肌纤维长度由公式计算而来，受羽状角和肌肉厚度测量影响较大。本研究显示，俯卧位和站立位下，腓肠肌内侧肌超声形态学结构有明显差异，有必要进一步完善站立位腓肠肌结构参数。

本研究对象仅限于健康、活跃的青年人，对于皮下脂肪含量较高或肌肉组织发生病理变化人群的测量可靠性未知，站立位超声成像在不同人群中的应用还有待进一步研究；站立位结构参数与功能的相关性，以及是否能提供更多关于训练或废用后肌肉适应性证据，值得深入研究。

综上所述，俯卧位和站立位下，腓肠肌内侧肌超声形态学测量均有良好的测试者间信度和重复测量信度，站立位下肌肉厚度和肌纤维长度的测试者间信度和重测信度均优于俯卧位，俯卧位下羽状角的测试者间信度及重测信度优于站立位。腓肠肌的超声形态学测量在两种姿势下均有较小的测量误差，站立位较俯卧位误差更小，但俯卧位较站立位更敏感。