超声弹性成像技术评估卒中后痉挛研究进展

陈淑华，靳令经，潘丽珍，宋 烨，李 园，苏俊辉

(1.同济大学医学院全科医学系，上海 200092；2.同济大学附属杨浦医院神经内科，上海 200090；3.同济大学附属同济医院神经内科，4.超声医学科，上海 200065)

卒中后痉挛(post-stroke spasticity， PSS)是患者卒中后出现的肢体运动功能障碍，可导致肢体僵硬、阵挛、疼痛、姿势异常及运动模式异常等，影响患者生活质量，增加家庭和社会经济负担[1]。PSS发生率较高，OPHEIM等[2]研究显示卒中后第3天其发生率为25%，卒中后12个月发生率为46%；KONG等[3]报道，卒中后3个月痉挛发生率为33%，6个月时为43%；COX等[4]认为临床对PSS诊断和报道均不足，PSS实际发生率可能高于上述研究结果。寻找能够客观评估PSS严重程度的方法已成为临床亟待解决的问题。

目前临床应用较多的评估PSS方法包括改良Ashworth量表(modified Ashworth scale, MAS)、肌电图及生物力学测量法等。MAS应用范围最广，操作相对简易，但仅通过感受伸屈肌运动的阻力及关节活动的范围痉挛评估，不能准确量化肌肉痉挛程度，亦不能对同组肌群不同肌肉的痉挛程度差异做出判断[5]，存在分级粗略、不能区分痉挛与挛缩、易受检查者主观因素影响等缺点。肌电图可直接反映肌肉的电生理特性，但针极肌电图为有创操作，表面肌电图检测范围有限，结果易受邻近肌肉活动的影响，临床使用受到一定限制[6]。生物力学测量法如扭矩测定法[7]等无法测定局部肌肉力学变化，亦不能识别肌肉、肌腱的力学变化。超声弹性成像(ultrasound elastography, UE)为新型超声诊断技术，通过直接测量弹性模量反映肌肉硬度，可用于定量评估PSS程度并指导治疗。本文对UE评估PSS研究进展进行综述。

1 UE基本原理和分类

UE于1991年提出，其基本原理是对组织施加1个内部(包括自身)或外部动态/静态/准静态的激励[8]，组织在弹性力学、生物力学等物理规律作用下产生位移、应变或剪切波，且在不同组织有所不同，从而间接或直接反映组织内部弹性模量等力学属性差异[9]。

UE主要有以下方式：①实时组织弹性成像(real-time tissue elastography, RTE)，操作者以手法施加一定压力，通过比较组织受压前后的位移变化得到相关压力图，根据组织弹性成像显示的不同色彩对不同组织硬度进行弹性分级，大致分为3～6级，评级越高代表组织质地越硬；因施压无法达到标准化，不同测量者之间测量结果差异较大[10]，目前已基本弃用；②剪切波弹性成像(shear wave elastography, SWE)，通过超声探头发射声脉冲在深部组织聚焦成声辐射力，推动组织产生横向剪切波，利用"马赫锥"原理计算反映组织硬度的物理量—杨氏模量[11]，亦即弹性模量，其与剪切波传播速度间的关系为：E=3ρc2(E：杨氏模量；c：剪切波速度；ρ：组织密度)，组织越硬，杨氏模量越大，通过观察健康人群肌肉，其可靠性已得到证实[12]；③声脉冲辐射力成像(acoustic radiation force impulse, ARFI)，通过超声换能器发射超声波在受检组织内部聚焦，使组织纵向压缩、横向振动而产生剪切波，利用系统采集的剪切波速度准确计算声触诊组织量化(virtual tough tissue quantification, VTQ)值，TQ值越大，组织硬度越大[13]。UE技术现已广泛用于临床诊治乳腺、甲状腺、肝脏、淋巴结、前列腺、肾脏及深静脉血栓等疾病[14-15]，但用于肌肉尚处于初级阶段。

2 UE用于PSS研究的病理生理学基础

PSS时，肌肉已发生一系列病理生理学改变。动物实验研究[16]发现痉挛性肌细胞硬度较非痉挛性肌细胞增大，痉挛性肌纤维束硬度亦明显高于非痉挛性肌纤维束；肌肉活检显示，痉挛肌肉的胶原蛋白、结缔组织明显增多，Ⅱ型纤维亦增多[17]，提示肌细胞外基质变化、肌细胞纤维类型改变、肌纤维束硬度增加是导致PSS时肌肉硬度增大的主要因素，而通过UE技术可观察肌肉硬度变化，故理论上将其用于定量评估PSS程度是可行的。

3 UE评估PSS程度及疗效

利用UE得到的弹性模量与采用MAS、改良Tardieu量表(modified Tardieu scale, MTS)、Fugl-Meyer等量表所获结果明显相关。既往研究[18-20]评估上肢肱二头肌痉挛程度，发现痉挛侧弹性模量明显高于健侧，且与MAS和MTS结果呈显著正相关(r分别为0.662和0.536)，与运动评分等卒中恢复评估量表结果呈负相关(r=-0.572)，表明弹性模量越大，肌肉硬度越大，其运动能力越差。RASOOL等[21]的研究结果与上述研究相近。LEE等[17]发现痉挛肌肉弹性模量与Fugl-Meyer评分呈正相关。KESIKBURUN等[22]报道，卒中后下肢痉挛患者腓肠肌弹性模量与MAS评分结果存在相关性。上述研究结果表明，UE可用于评估痉挛程度及疗效，且有望以客观的数值量化结果替代主观性较强的等级评价结果。

UE可区分同组肌群不同肌肉之间以及肌肉与肌腱的硬度差异。ZHAO等[23-24]对比观察PSS侧与非痉挛侧肢体肌肉、肌腱弹性模量，发现痉挛肢体肌腱弹性模量小于较非痉挛肢体，提示其硬度下降；痉挛肢体肌束弹性模量则大于非痉挛肢体，提示其硬度增加。LE SANT等[25]观察PSS患者小腿肌肉不同区域硬度差异，发现PSS患者跖屈肌(腓肠肌内侧、腓肠肌外侧及比目鱼肌)弹性模量高于健康对照者，且腓肠肌内侧最远端区域弹性模量最高，该部位硬度最大，提示下肢PSS患者跖屈肌硬度增加，且其近端与远端硬度存在差异，提示同组肌群不同肌肉在同一病理条件下产生的被动收缩程度不同。

利用UE还可评估卒中后不同时期肢体肌肉硬度差异。ZHAO等[23-24]发现PSS患者痉挛侧肢体肌肉硬度相比健侧显著增高。LIU等[26-27]观察卒中后亚急性期未伴发痉挛患者，发现其瘫痪侧肌束及肌腱硬度变化趋势与ZHAO等[23-24]所见相同，提示UE用于评估肌肉硬度可能较主观量表更为敏感。WU等[18]测量发病6个月内卒中患者肱二头肌弹性模量，发现卒中时间越长，肌肉硬度越高。以上结果提示卒中后肌肉弹性模量可能与卒中病程有关，UE可先于痉挛临床表现而发现肌肉硬度变化。利用UE技术可观察卒中后不同时期肌肉特性及硬度变化，为探索PSS发生发展过程中肌肉硬度变化提供客观依据。

此外，UE可观察PSS治疗效果。GAO等[19]研究显示，注射肉毒毒素后，肱二头肌弹性模量下降；CEYHAN BILGICI等[28]观察脑瘫患儿治疗前后肌肉弹性模量变化趋势，发现治疗后弹性模量下降，均提示利用UE能量化观察治疗前后肌肉硬度变化，有利于选择最佳治疗剂量和预估治疗效果。

4 UE的影响因素

探头方向可影响UE测量结果。剪切波与肌纤维平行时，传播速度快于与肌纤维垂直时，纵切面上肌肉剪切波速度与杨氏模量的相关性更好，结果稳定性更高[29-30]。因此，测量过程中应考虑探头方向对结果的影响。

人口学因素亦可影响UE测量结果。研究[31]发现健康人放松状态下腓肠肌弹性模量不受年龄及性别的影响，而收缩状态下男性腓肠肌弹性模量大于女性。健康儿童肌肉弹性模量与其年龄、性别、体质量无关[32]。

活动状态和关节角度亦为UE测量结果的影响因素。踝关节最大背屈时，腓肠肌弹性模量大于自然放松位[33]。GAO等[20]发现，肘关节呈0°时，肱二头肌弹性模量高于90°时；SAEKI等[34]认为踝关节背屈20°时测量腓肠肌、比目鱼肌、胫骨后肌弹性模量较0°和10°更为可靠。以上研究表明，对比弹性模量时，应限定体位和活动状态。

5 不足与展望

UE用于PSS的临床研究日渐增多，可反映不同状态下肌肉硬度变化，有助于观察痉挛发生过程及指导抗痉挛治疗。其不足之处主要在于测量结果受体位及肌肉结构参数影响，不能区分痉挛中神经和非神经因素，以及目前尚缺乏UE与神经电生理的相关性研究等，有待进一步完善。