超声剪切波成像技术在中风痉挛评估中的应用研究进展*

焦睿

南方医科大学附属深圳宝安医院康复科(广东深圳 518100)

痉挛是上位运动神经元损伤患者致残的重要原因之一，首次卒中后痉挛的患病率为20%～40%，Lundström等[1]的研究提示12个月中风幸存有痉挛者的直接费用是中风后第1年无痉挛患者的直接费用的4倍。78%直接费用与住院有关，而20%与首次中风后1年内市政服务有关。中风患者之间的巨大差异突出了对痉挛精确、个性化测量的需要。然而，高的受试者变异性和不可靠的测量技术限制了研究和治疗的进展。Platz等[2]研究了24个评估痉挛和(或)相关现象的临床量表，以及10个与痉挛有关的“主动功能”量表和3个与痉挛有关的“被动功能”量表，一些证据表明，Ashworth量表和改良Ashworth量表具有较高的相互评价信度，但并非在所有情况下都是如此。然而，对于许多量表，可靠性数据是缺失的。对于重复测试的可靠性尤其缺失。Ashworth量表和改良Ashworth量表评定痉挛程度[3]，它们提供了对被动运动阻力的半定量测量，虽然有文献支持[4]，但具有有限的内部可靠性[5]，并且不适用关节挛缩患者[6]。仅通过测量被动运动阻力的变化来评估痉挛可能还不够，因为被动运动受到许多因素的影响，其中痉挛可能只是其中之一[7]。电生理学方法为研究痉挛的病理生理机制提供了有价值的见解，但没有一种技术可以为日常临床应用提供简单可靠的痉挛评估。在过去的20年里，超声弹性成像逐渐被用来评估软组织弹性，并增加了传统灰度和多普勒超声技术所获得的信息[8]。超声剪切波成像技术(shear wave elastography，SWE)是一种新兴的技术，它通过产生一种声波射频力脉冲来提供组织固有弹性的信息，这种声波产生横向的剪切波，通过周围组织传播，并提供组织质量的生物力学信息[9]。剪切波速度在每个像素上的分布与剪切模量直接相关，剪切模量是组织弹性特性的绝对量度。剪切波图像自动与标准b模式图像匹配，以提供具有解剖特异性的定量彩色弹性体图。尽管SWE具有彻底改变骨和关节成像的潜力，但其临床应用一直受到技术和人工挑战的阻碍。在肌肉骨骼SWE成像过程中遇到的许多障碍是容易识别和可以克服的，但是在可靠地将SWE用于肌肉骨骼成像之前，技术的进步和对图像获取的更好理解是必需的。本文对SWE近几年相关研究进行综述，以期为临床带来一定的指导作用。

1 SWE机制

超声弹性成像技术(ultrasound elastography，UE)由Ophir等[10]于1991年最早提出，之后软组织的病变检测经历了从定性诊断到定量诊断的飞跃。UE物理基础为物质的弹性，弹性可以体现硬度。弹性模量又称杨氏模量(the Young modulus)，是描述固体物质抵抗形变能力的物理量，为应力与应变之比。根据胡克定律，在组织的弹性限度内，杨氏模量越大，物质硬度越大。UE就是通过对组织加压引起，根据引起形变的不同来得到诊断的结果[11]。UE技术实时灵敏，还可避免二维超声的伪像等。UE逐渐衍生出静态压力型弹性成像(static strain elastography，SE)、声脉冲辐射力弹性成像(acoustic radiation force impulse，ARFI)、瞬时弹性成像又被称作脉冲弹性成像(pulsed elastography)和SWE等。目前SWE技术已被广泛用于肝脏[12]、甲状腺[13]、乳腺[14]、前列腺[15]、血管[16-17]等相关病变的诊断。SWE基本原理为组织被压缩后产生剪切波震动，不同组织软硬不同，剪切波数值也不同，越软的组织，数值越小，计算机可以直接给出不同组织的剪切波数值，同时以图像的形式呈现在屏幕上。屏幕上蓝色代表弹性系数较大的组织，绿色代表弹性系数中等的组织，红色代表弹性系数较大的组织，弹性系数越大，硬度越小。SWE除了可检测硬度外，还可以同时提供二维超声的一些参数，比如肌纤维长度、肌肉厚度和肌肉羽状角等。

2 SWE在痉挛的研究现状

Liu等[18]研究了SWE间接测量被动肌力的可行性，他们认为如果仔细应用SWE，可以提供一种非常可靠的测量肌肉杨氏模量的工具，并可用于定量评估肌肉力量。Eby等[19]为1例42岁男性，右利手，有右中脑动脉分布缺血性梗死导致左侧痉挛性偏瘫的患者进行Fugl-Meyer评分、改良Ashworth评分和双侧肱二头肌被动伸肘时SWE测量，他们发现SWE能够检测到随着对侧肢体的伸展，僵硬度与速度相关的增加，这可能是痉挛反射的指示。他们认为，SWE能够提供一种快速、实时、定量的技术，临床医生可以很容易地进行痉挛评估。Xu等[20]进行了股四头肌研究也认为SWE测量的肌肉剪切模量(肌肉刚度指标)可以用来估计单个肌肉刚度的变化。Andonian等[21]监测了一些参加一项极限山地超级马拉松运动的运动员的股四头肌SWE，结果发现SWE和血清标志物具有一致性，SWE可能是监测肌肉僵硬的生理或病理变化的一个很有前途的工具，也可能有助于诊断和监测肌肉变化。Brandenburg等[22]使用SWE比较了13例脑瘫(CP)儿童和13名发育正常(TD)儿童被动肌肉僵硬的情况，他们测量了外侧腓肠肌肌肉在20°跖屈(PF)、10°PF、0°PF情况下的数据，结果显示CP患儿3种足位剪切模量均显著高于对照组(P<0.05)。Hatta等[23]的研究表明利用SWE进行节段测量，可以可靠、可行地定量评价三角肌的力学性能，尤其是三角肌的前部和中部。Ballyns等[24]对6名健康志愿者的肱二头肌和13例有症状的轴颈疼痛患者的上斜方肌和无症状9例(无疼痛)对照组的参与者的肌肉SWE的测量结果显示肌筋膜激活点及周围肌肉组织剪切波速度明显高于正常组织。Lee等[25]应用横波超声弹性成像技术，测量了8例偏瘫脑瘫患者腓肠肌内侧和胫前肌两侧踝关节位置的横波速度，结果显示脑瘫患者肌肉硬度越高，肢体剪切波速度越快。SWE作为一种非侵入性工具，在探讨肌肉性质改变的机制、诊断和治疗方面具有潜在的临床应用价值。同时他们[26]测量了16例脑卒中存活患者肱二头肌B超图像的回波强度，他们发现偏瘫侧的剪切波速和回波强度平均分别比非偏瘫侧的剪切波速和回波强度大69.5%和15.5%。非速发型肌肉和速发型肌肉之间的横波速度差异与回声强度、卒中后时间和Fugl-Meyer评分的差异密切相关。Eby等[27]进行了一项横断面研究，采用Fugl-Meyer量表和改良的Ashworth量表对9例脑卒中患者进行评估。研究对象在被动伸肘过程中获得了肱二头肌肌电图、关节转矩和SWE，他们的结果显示SWE显示了增强中风后骨骼肌评估的前景。Brandenburg等[28]对脑瘫患儿进行了一项前瞻性的纵向队列研究显示尽管踝关节的活动范围和痉挛程度没有明显变化，但在注射保妥适后剪切波弹性成像能够检测到脑瘫儿童腓肠肌被动肌特性的差异。Gennisson等[29]通过对10名健康的受试者肱二头肌肌电信号的定量分析，探讨了瞬时弹性成像技术测量肱二头肌硬度与肱二头肌肌电信号活性的关系，研究发现肱二头肌横向剪切模量与相应的sEMG-RMS值之间存在系统的线性关系。表明该无创技术在医学领域对经典检测方法无法触及的深层肌肉进行探索具有重要意义。Park等[30]探讨了A型肉毒杆菌毒素注射液治疗痉挛性脑瘫(CP)康复治疗后腓肠肌(GCM)内侧壁固有刚度的实时超声弹性成像(RTS)变化，研究结果提示，利用RTS结合临床量表评估肌肉硬度，可以获得更多关于BTA康复治疗后CP患者痉挛肌变化的信息。Mirbagheri等[31]对比了中风幸存者的偏瘫侧和非偏瘫侧肢体和年龄匹配的健康受试者的肢体，发现在卒中患者中，偏瘫侧固有僵硬明显大于非偏瘫侧肘部肌肉，并且随着肘部的伸展，这种差异也在增加。反射刚度随肘部角度的增加而单调增加，随位置的调节有显著差异。Akin等[32]进行了一项前瞻性研究，纳入48例慢性脑卒中患者，所有患者均在超声引导下接受肱二头肌BTA注射。在干预前和干预后4周分别进行MAS、测角测量和应变超声弹性成像(EUS)评估。结果显示受影响侧肱二头肌的应变指数较未受影响侧明显升高(P<0.01)。BTA注射后4周，MAS评分和测角结果均有明显改善(P<0.05)。干预前、干预后MAS评分与应变指数差异均有统计学意义(P<0.01)。他们认为应变EUS是评价痉挛性肌肉僵硬程度、制定治疗方案和监测治疗方式有效性的一种有前途的诊断工具。姜丽等[33]对大鼠腓肠肌的研究显示SWE可评价大鼠痉挛腓肠肌的硬度。樊留博等[34]对25例健康者和25例痉挛性偏瘫患者的研究发现超声弹性成像技术有助于评估脑卒中后痉挛性偏瘫患者痉挛下肢肌张力的变化。同时他也进行了另一项研究[35]，表明超声弹性成像可作为评价脑卒中后痉挛下肢肌张力的手段，对其预后有判断作用。不仅对肢体痉挛有评价作用，张小英等[36]的研究发现超声弹性成像还可以作为评估眼轮匝肌和咬肌的一种可选择手段。王巧缘等[37]研究表明超声弹性成像的组织弥散定量分析软件有助于痉挛患者肌肉硬度的评估，蓝色领域百分比是最重要的特征量，有望用于痉挛患者肌肉改变的评定。王季等[38]对60例脑卒中后痉挛患者的研究表明SWE可更为直观显示脑卒中后肌痉挛患者的肌肉状态，有利于医师对患者病情实时监测，值得临床作进一步推广。

虽然如此，我们使用SWE仍有一些注意事项，Rominger等[39]对猪的肌肉进行了2D-SWE测量，发现探头、探头施加的压力、肌肉方向，以及不同机器设置如频率、放置深度、感兴趣区域大小(ROI)度测量值均有影响。因此进行测量时需保持这些参数一致。Ewertsen等[40]观察了平行扫描或垂直扫描对胸锁乳突肌和斜方肌等剪切波数值，他们发现与肌纤维平行扫描时平均剪切波速明显高于垂直扫描时平均剪切波速，不同肌肉间的剪切波速度差异显著，他们认为剪切波速的变化与扫描方向有关，横波弹性成像是一种评价慢性颈痛患者肌肉硬度的方法。Ewertsen等[40]进行了SWE评价肱二头肌(BBM)硬度的差异的研究，他们结果显示肘关节不同屈曲角度分值不同，另外性别也有影响，不同深度的剪切波速相关性好，观察者间和观察者内变化的类内相关系数(ICC)值较高。他们建议SWE是一种可靠的评估BBM刚度的定量工具。杜林蔓等[41]认为超声弹性成像用于肌骨疾病相对较少，缺乏杨氏模量正常参考值的数据，需要进行更多的临床研究提供更客观，量化的指标。钟冬灵等[42]认为UE可用于脑卒中后痉挛的评定，该技术简便、安全、快速、准确，但是由于其存在时间短，实践经验较少，还需要进一步研究。

3 展望

目前定义、评估和治疗痉挛的状态需要随着临床研究的进展而改善一致性和持续验证[43]。至关重要的是要了解每种工具评估的损伤程度或功能局限性，以及它们的优点和局限性。SWE作为一种可以客观量化痉挛组织的手段，虽然目前研究有限，研究者仍有部分分歧，但其安全、有效、便捷、实时动态等优点还是为其应用提供了条件。我们认为虽然有一些不同的意见，但是由于其客观、变量连续、易于操作、无创、无辐射等优点，其作为中风后肢体痉挛的评估手段是未来可期的。更精确的动物研究和更广泛的多中心临床研究尚需开展。