剪切波弹性成像技术在肌肉评价中的应用现状

尚怡然，陈胜江

(河南科技大学临床医学院2018级，河南科技大学第一附属医院超声科，河南 洛阳 471003)

自1991年OPHIR等[1]首次提出以来，弹性成像技术成为医务工作者关注的热点之一。其中，剪切波弹性成像(SWE)是一种新型成像技术，具有无创、客观、可重复性高等优点。近年来SWE作为一种可无创评价组织硬度的新技术，广泛应用于甲状腺、乳腺、肝脏、胃肠道、淋巴结等方面[2-3]。目前有部分研究表明SWE技术在肌肉骨骼及神经方面也有较好的应用价值。本文对SWE技术在肌肉评价中的应用现状作一综述。

1 SWE原理

SWE技术可以实时测量软组织的杨氏模量值，从而定量软组织的硬度。SWE利用“马赫锥”原理，通过聚焦的超声脉冲产生的震动，施加到组织，产生的声辐射力脉冲向组织施加激励产生的横向剪切波，经编码转换成彩色图像，图像的颜色可以反映软组织的硬度，硬度高则为红色，硬度低则为蓝色，通过定量分析系统可测量组织的杨氏弹性模量(单位：kPa)，使量化软组织硬度成为可能[4]。杨氏弹性模量与剪切波关系为E=3ρc2，其中E为弹性模量，c为剪切波传播速度，ρ为组织密度[5]。与传统二维超声相比，SWE可发现疾病的早期变化，医师可以通过测值发现组织异常变化，并与正常组织区分开来，更有助于临床医师对疾病的诊断、治疗及预后的指导。

2 SWE在肌肉组织中的应用

近年来，SWE因其定量与客观的评估方式，在肌肉评估方面的应用越来越多。SWE技术可获得不同状态下某一块肌肉的硬度值，定量评估该肌肉的弹性值，可用于研究正常人群肌肉硬度的影响因素或在不同的病理因素下肌肉弹性值的变化，从而评估肌肉状态。

2.1 健康人群肌肉评估

TAS等[6]测量股直肌硬度时及秦鹍等[7]测量股四头肌的杨氏模量值时，在测试者内与测试者间都有良好的信度。KOT等[8]使用SWE评估在不同技术设置[不同的声像图采集时间、选取不同感兴趣区域(ROI)、施加不同换能器压力]下肌肉弹性值的变化，结果显示当施加不同换能器压力或选取不同大小的ROI时，股直肌的弹性值发生变化；而在不同的SWE超声图像采集时间下，股直肌的弹性值未见明显差异。上述研究表明SWE是一种具有可靠性、可重复性的测量肌肉硬度的技术，可用于骨骼肌系统疾病检查。

杨寒凝等[9]通过研究正常人腓肠肌的杨氏模量值发现，在紧张状态下，男性腓肠肌弹性模量值明显高于女性，而松弛状态下，男、女之间无差异；紧张状态下各年龄组腓肠肌杨氏模量值与年龄呈负相关，而松弛状态下各年龄组间无差异。同样，CHINO等[10]测量正常人腓肠肌的硬度时，发现放松位时男、女之间的杨氏模量值无显著差异。EBY等[11]测量成人肱二头肌屈肘90°和完全伸展时肱二头肌的杨氏模量弹性值，发现老年人(>60岁)的杨氏模量值受性别和年龄的影响，女性高于男性，且杨氏模量值的大小随着年龄的增长而增加；但体重指数(BMI)、运动频率的变化与肌肉的弹性值无关。BERKO等[12]测定儿童安静和运动后肌肉的超声弹性时发现，运动后的肌肉弹性没有明显的性别相关差异；随着BMI的增加，肱二头肌的弹性值降低。BRANDENBURG等[13]发现发育期儿童在被动拉伸过程中双侧腓肠肌的硬度与年龄、BMI无关。可以看出，性别、年龄、BMI等人口统计学指标对肌肉硬度的影响在不同研究中差别很大，这可能是因为选取的肌肉不同、每个研究纳入的人群不同和测量过程的差异等[14]。

BERKO等[12]发现运动后肱二头肌的杨氏模量值明显高于静息时肱二头肌的杨氏模量值。BRANDENBURG等[13]发现发育期儿童在被动拉伸过程中双侧腓肠肌的硬度与脚踝运动范围无关。SHINOHARA等[15]用SWE定量测得腓肠肌、比目鱼肌、胫骨前肌的杨氏模量值在放松和收缩时有明显差异，证明正常肌肉收缩时与放松状态相比，弹性模量值增加，硬度增加。KOO等[16]研究胫骨前肌杨氏模量值与踝关节-足底屈曲角度的关系，表明SWE可定量评估单个肌肉的被动拉伸反应。温朝阳等[17]的实验发现肱二头肌等长收缩时的杨氏模量值明显高于松弛状态下的杨氏模量。姜镔等[18]应用SWE测量正常人在不同臂展角度下斜方肌的杨氏模量值，结果显示随着臂展角度的增加，斜方肌的杨氏模量不断增加。以上研究表明SWE可通过测量不同状态时的肌肉硬度值来评估肌肉的收缩及舒张功能，在通常情况下肌肉在收缩状态时杨氏模量值高于放松状态下，但不同研究的结果存在差异，可能与采取的体位不完全一致或肌肉的功能状态不同有关。

2.2 病理状态下的肌肉评估

肌肉力学可受多种疾病的影响，如肌肉拉伤、扭伤、断裂[19]，SWE技术可在软组织病变早期发现传统二维超声不易发现的变化，为临床医师提供诊断新思路。

2.2.1 肌肉损伤病变

LEONG等[20]用超声波弹性成像对43名男子排球运动员的上斜方肌进行测量，结果显示被动任务中仅在肩外展0.001°时，肩袖肌腱病患者的弹性值高于健康运动员，而在任何主动运动中，肩袖肌腱病变运动员的弹性值均高于健康运动员。SWE技术可检测肌肉损伤程度并且为病变治疗及预后提供重要参考信息。LV等[21]用SWE研究家兔的肌肉挤压伤模型，发现患侧下肢弹性模量值显著高于健侧。周晓华等[22]发现杨氏模量值变化与损伤后病理变化时间点基本一致。ZHANG等[23]研究显示患有髌腱病的男性运动员的股四头肌硬度较健康对照组明显增加。SWE可实时、无创、定量提供肌肉损伤在不同阶段时的杨氏模量值变化，有望为临床诊断肌肉损伤、跟踪随访及评价治疗效果提供客观依据。

2.2.2 中枢神经系统病变

患者脑卒中后会出现不同程度肌肉痉挛，肌纤维及肌肉横截面积等也会发生改变，评估痉挛肌肉硬度，对脑卒中后肌肉痉挛患者得的治疗及预后有较高的临床意义。樊留博等[24]发现脑卒中后肌肉痉挛患者患侧与正常对照组相应一侧下肢相关肌肉的杨氏模量值比较差异较大，治疗后患侧肌肉杨氏模量值均低于治疗前。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。EBY等[25]利用SWE测量慢性脑卒中患者被动肘部伸展过程中肱二头肌的肌肉硬度，结果显示脑卒中患者的肌肉硬度值明显高于正常人。以上研究表明SWE技术在评估脑卒中后肌肉痉挛程度有很高价值。

2.2.3 肌肉骨骼系统病变

LACOURPAILLE等[26]使用SWE分别测量假性肥大型肌营养不良的病人及正常成年人的肌肉(腓肠肌、胫前肌、股外侧肌、肱二头肌、肱三头肌、小指展肌)杨氏模量值，结果显示2组长肌硬度差异有统计学意义，而2组短肌则无,表明SWE技术可量化肌肉病变所导致的肌肉变化。肌肉通过收缩牵拉身体运动，疲劳状态下肌肉硬度与非疲劳状态下有显著差异。杜丽娟等[27]发现帕金森病患者双侧肱二头肌、肱桡肌、股直肌及小腿三头肌长轴杨氏模量值均高于健康对照组，症状明显侧肱二头肌长轴杨氏模量值高于症状较轻侧。因此SWE技术可通过检测帕金森病患者较大的骨骼肌杨氏模量值,来评估帕金森病患者的肌肉状态。

3 SWE在骨骼肌其他方面的应用

随着SWE技术的不断发展，该技术逐渐应用于肌腱、韧带、神经等方面的定量测量。正常情况下肌腱较为坚韧，但由于外伤、过度使用，肌腱会产生不同程度损伤。损伤的肌腱修复后可能会出现一些问题，从而使肌腱的功能发生改变，因此，受损肌腱的早期诊断非常重要。DIRRICHS等[28]对二维超声、多普勒超声成像与SWE技术诊断肌腱病进行了比较，结果显示超声检查方法的联合应用可以提高肌腱病诊断的准确性，而二维超声和多普勒超声成像联合SWE可使肌腱病变的总体敏感性从67.1%提高到94.3%。二维超声联合SWE技术可提高诊断的准确率及敏感性，这可为疾病的早期诊断及治疗提供十分重要的依据。高金妹等[29]发现大白兔的坐骨神经受到慢性卡压后各个时间点的直径和杨氏模量值与术前正常神经的直径和杨氏模量值比较均有明显差异；卡压后神经的增粗程度与变硬程度呈正相关；神经卡压后其近端及远端直径均明显增加，但其组织学特性常规超声无法显示。大量研究[30-31]表明卡压后神经会发生纤维化，随之硬度增加，弹性产生变化。SWE技术可通过测量卡压后神经的杨氏模量值，及早发现神经组织的硬度变化，为疾病的诊断提供有力的证据。

4 展望及不足

SWE技术是目前超声领域的热门方向，与其他评估组织弹性的技术(如核磁共振弹性成像)相比，具有经济、成像快速、无创等优点，能实时、定量测量肌肉、肌腱、韧带及其他软组织的弹性，描述其生物力学特征和病理生理改变，有望为之后骨骼肌系统病变的诊断提供客观、准确信息，并且在康复治疗及随访过程中发挥重大作用。但目前采用SWE进行肌肉相关疾病研究的报道较少，肌肉组织的弹性正常参考值范围没有确立，缺少统一的标准，需要进一步通过大样本量、多中心研究，明确SWE在临床诊断中的意义。