剪切波弹性成像技术评估慢性心衰患者骨骼肌硬度改变的初步研究

张 曈，逯雪峰，杨华睿，童明辉

（兰州大学第二医院，甘肃 兰州 730000）

慢性心力衰竭 （Chronic heart failure，CHF）是各种心脏疾病的严重表现或晚期阶段，死亡率和再住院率居高不下，临床表现为严重的运动不耐受和早期疲劳，导致患者的生活质量降低，死亡率增加[1-2]。在CHF 的晚期阶段，以患者体质量下降、体脂减少、肌肉萎缩为特征的心脏恶病质综合征是导致患者死亡的重要原因，其中最显著的就是骨骼肌萎缩，表现为收缩功能障碍和运动能力降低[3]。

肌肉活检是诊断CHF 患者外周肌肉改变的金标准，但该方法为侵入性检查，具有创伤性且风险较大[4]。剪切波弹性成像（SWE）是一种新兴的超声诊断技术，通过产生一种声射频力脉冲来提供有关组织固有弹性的信息，被广泛应用于肝脏、乳腺和甲状腺。近年来，肌肉骨骼系统的应用也越来越多，目前主要用于量化评估单个肌肉硬度的改变[5]。

本研究旨在通过SWE 评估CHF 患者腓肠肌硬度的改变，并探索其在检测CHF 患者外周肌肉改变中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集2018 年12 月—2019 年3 月因CHF 就诊于兰州大学第二医院心内科的患者共30 例，其中男22 例，女8 例，平均年龄（62.2±11.4）岁，均符 合2018 年中华医学会心血管病学分会制定的诊断标准[6]。根据左心室射血分数（LVEF），将心衰患者分为三个亚组：LVEF ＜40%为射血分数降低的心衰（HFrEF），LVEF 40%～＜50%为射血分数中间值的心衰 （HFmrEF），LVEF≥50%为射血分数保留的心衰（HFpEF）。另选取同期门诊健康体检者30 名作为对照组，其中男20 例，女10 例，平均年龄（55.7±10.9）岁，均无CHF 病史或临床症状。两组参与者均排除患有周围动脉疾病，中枢或外周神经元性麻痹，膝关节病或髋关节病，恶性肿瘤，急性感染或严重贫血者。所有参与者均签署了知情同意书。心衰组和对照组在 性别（χ2=0.317，P=0.573）与年龄（t=1.667，P=0.101）方面的差异均无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 仪器与方法

应用法国声科Aixplorer 型彩色多普勒超声诊断仪（Supersonic Imagine，AixenProvence）进行检查，选用SL4-15 线阵探头，频率4～15 MHz。

本研究采用单盲法测量，受检者均取俯卧位，首先行常规二维超声检查，检查深度统一设置为3～4 cm，观察腓肠肌的形态、边界及内部回声特征。然后进行静息状态（双脚自然下垂，腓肠肌处于自然状态）下的SWE 检查，先将探头横切来寻找腓肠肌肌腹，再将探头旋转90°获得与肌束方向平行的纵切面，保持探头平稳，待腓肠肌外侧头显示清晰后固定探头并切换至SWE 模式，检查者不施加额外的压力，待图像稳定后冻结图像，回放，选取合格的图像（以颜色充满取样框且图像稳定为准）进行测量，感兴趣区（ROI）统一设置为直径2 mm 的圆形，测量肌肉组织的弹性模量值及剪切波速度（SWV）。在静息和伸展状态下各测量3 次，取平均值。重复以上方法进行伸展状态（双脚伸向小腿的腹侧，使踝部到达最大背曲位，以便腓肠肌产生足够的张力）下的SWE 检查，为了测量的准确性，受检者需要保持至少2 min 的足背延伸，每次测量后休息5 min 再进行下一次测量。所有受检者均由同一位专业从事肌骨超声的主治医师检查。

1.3 统计学分析

采用SPSS 23.0 统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s 表示，两组参与者之间的比较采用独立样本t 检验，多组计量资料之间的比较采用单因素方差分析。P＜0.05 表示差异有统计学意义。采用Pearson 相关系数分析心衰组患者LVEF 与腓肠肌伸展状态间的杨氏模量值及SWV 的相关性。

2 结果

2.1 腓肠肌的SWE 图像特征

在SWE 模式下，组织越硬，则SWV 越快，其杨氏模量值也越大，在图像上该区域显示为红色，反之则显示为蓝色。在静息状态，对照组与心衰组的图像没有明显差异，均表现为深蓝色，分布均匀 （图1，2），而在伸展状态，心衰组表现为蓝色夹杂着少许绿色，分布欠均匀（图3），对照组表现为蓝绿色且分布不均匀（图4）。

2.2 腓肠肌静息状态与伸展状态的杨氏模量值与SWV

静息状态时，心衰组杨氏模量值7.4～24.3 kPa，SWV 1.6～2.8 m/s，对照组杨氏模量值7.6～25.5 kPa，SWV 约1.6～2.9 m/s（图5，6），伸展状态心衰组杨氏模量值28.2～88.8 kPa，SWV 3.0～5.4 m/s，对照组杨氏模量值52.2～121.4 kPa，SWV 约4.2～7.6 m/s（图7，8）。

图1 心衰组患者在静息状态下的SWE 图像表现为均匀的深蓝色。图2 正常对照组在静息状态下的SWE 图像表现为均匀的深蓝色。图3 心衰组患者在伸展状态下的SWE 图像表现为蓝色夹杂少许绿色。图4 正常对照组在伸展状态下的SWE 图像表现为蓝绿色。Figure 1.The SWE image of patients in the heart failure group showed a uniform dark blue in the resting state.Figure 2.The SWE image of the normal control group showed a uniform dark blue in the resting state.Figure 3.The SWE images of patients in the heart failure group showed blue with a little green in the stretched state.Figure 4.The SWE images of the normal control group showed blue-green in the stretched state.

采用独立样本t 检验对两组数据进行分析，结果见表1。腓肠肌在静息状态下，两组的杨氏模量值与SWV 没有显著的差异。而当腓肠肌处于伸展状态时，对照组的杨氏模量值与SWV 均明显高于心衰组，差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.3 不同亚组间腓肠肌伸展状态下杨氏模量值与SWV 的比较

将心衰组的三个亚组在腓肠肌伸展状态时的杨氏模量值及SWV 比较发现，HFpEF 组的杨氏模量值及SWV 比其他两组高（P＜0.05），HFmrEF 组的杨氏模量值及SWV 比HFrEF 组高（P＜0.05），差异均具有统计学意义（表2）。

2.4 心衰组患者LVEF 与SWE 参数的相关性

通过Pearson 分析发现心衰组患者LVEF 与腓肠肌的杨氏模量值及SWV 呈显著正相关 （图9，10）。杨氏模量值及SWV 逐渐减小 （r=0.719，P＜0.001；r=0.744，P＜0.001）。

3 讨论

CHF 是一种影响患者整体健康的致残性疾病，心功能不全是影响CHF 患者体能表现的主要因素。在晚期阶段，CHF 患者常伴随着骨骼肌的结构和功能受损，导致肌肉疲劳和运动耐力下降[7-8]。对于老年人，心力衰竭时合并骨骼肌疾病与年龄依赖性肌萎缩的叠加可能会导致更严重的功能损害[9]。因此，CHF 患者肌肉改变的早期发现和及早治疗是非常必要的。与磁共振成像或侵入性肌肉活组织检查相比，SWE 通过杨氏模量值和SWV 来衡量肌肉组织的硬度[10]，快速且无创，具有良好可重复性，因此，我们可以通过SWE 来测量CHF 患者肌肉的硬度，以期为临床早期发现CHF 患者肌肉硬度改变提供参考[11]。

图5 静息状态下心衰组与对照组杨氏模量值的比较。图6 静息状态下心衰组与对照组SWV 的比较。Figure 5.Comparison of Yang’s modulus between heart failure group and control group under resting state.Figure 6.Comparison of SWV between heart failure group and control group under resting state.

图7 伸展状态下心衰组与对照组杨氏模量值的比较。图8 伸展状态下心衰组与对照组SWV 的比较。Figure 7.Comparison of Young’s modulus value between heart failure group and control group under stretch state.Figure 8.Comparison of SWV between heart failure group and control group under extension state.

图9 LVEF 与杨氏模量值的关系。图10 LVEF 与SWV 的关系。Figure 9.Relationship between LVEF and Young’s Modulus.Figure 10.Relationship between LVEF and SWV.

表1 两组受检者腓肠肌的杨氏模量值与SWV 的比较

表2 心衰组患者不同LVEF 的杨氏模量值与SWV 的比较

在本研究中，我们的结果显示，当腓肠肌被动拉伸时，心衰组和对照组之间的杨氏模量值和SWV存在显著差异（P＜0.05），即CHF 患者在腓肠肌伸展期间的杨氏模量值与SWV 显著低于对照组，表明CHF 患者的肌肉不能产生与健康对照者相同的力量，这可能与CHF 患者骨骼肌结构和功能的改变有关[12]，其中结构的改变包括骨骼肌萎缩，肌纤维Ⅰ型到Ⅱ型的转换，骨骼肌毛细血管氧气供应显著减少，而骨骼肌结构的改变导致骨骼肌代谢异常，如胰岛素抵抗及糖耐量异常，骨骼肌脂质沉积，骨骼肌蛋白质的合成和降解失衡，这些代谢异常加速骨骼肌的萎缩，最终导致心衰患者运动能力的改变，即肌肉抗疲劳能力下降，肌肉收缩力降低，临床表现为运动不耐受，这是心衰患者最常见的症状之一。

当我们将心衰组分为三个亚组进行比较时发现，HFrEF 组的杨氏模量值及SWV 显著降低，这可能与LVEF 显著降低有关，目前大量的组织学和代谢研究证明HFrEF 患者存在骨骼肌异常，其原因主要是心输出量显著降低，外周血液的灌注减少，VO2峰值降低等。而HFpEF 组的杨氏模量值及SWV 明显比HFrEF 高，由此我们可以假设改善心功能可以改善心衰患者骨骼肌的病变[13]。

此外，心衰组患者的LVEF 与腓肠肌的杨氏模量值及SWV 呈显著正相关，即随着心衰患者LVEF的降低，肌肉的硬度也降低，这也说明随着CHF 患者病情的加重，骨骼肌的改变也会发展和恶化。

有研究表明CHF 患者通过运动康复治疗可以改善心功能、抗炎性因子水平及外周血循环，提高神经内分泌系统活性，提高患者运动耐量，改善生活质量，降低病死率和再住院率[14]。在CHF 患者运动康复治疗期间，我们也可以通过SWE 来评估某一阶段的治疗效果，并根据SWE 的结果来制定下一步的治疗计划，为指导临床提供一种新的评估方法。

本研究存在以下的局限性：①本研究作为一项试验性研究，样本量相对较小；②没有根据心衰患者的病程分组，病程长短对患者肌肉硬度和收缩力的影响无法控制；③由于没有进行肌肉活检，我们无法确定外周肌无力的确切起因和原因。

总之，SWE 是一种简单、可靠、非侵入性且可重复性好的超声检查技术，可用于评估CHF 患者的外周肌肉硬度，从而评价肌肉收缩力，为这些患者早期进行康复训练、改善愈后提供参考依据。