多模态超声成像在脑卒中患者腓肠肌痉挛评估中的应用

陈明珍，姜凡，单永，洪永锋，刘学，肖洪波，陈瑞全

1.安徽医科大学第二附属医院，a.超声诊断科；b.康复科，安徽合肥市 230601；2.安徽中医药大学第一附属医院针灸康复中心一科，安徽合肥市 230031

脑卒中是高发病率和高致残率的脑血管疾病，目前已发展为全球性公共卫生问题[1]。痉挛是脑卒中后常见的运动功能障碍，表现为肌肉僵硬、肢体挛缩和运动模式异常，可导致患者残疾[2]。临床对痉挛的评估常用改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)，然而量表评定主观性强，可靠性不佳[3]。近年来，高频超声在肌骨系统应用越来越广泛：二维灰阶超声提取的肌肉厚度(muscle thickness,MT)、羽状角(pinnation angle,PA)、肌纤维长度(fascicle length,FL)等肌肉结构参数(muscle architecture parameters,MAP)，不仅能反映肌肉的形态结构信息，还可以评估力学变化[4-5]；剪切波弹性成像(shear wave elastography,SWE)通过检测声波在目标组织中的传播速度，实现对组织硬度的可视化定性和机械特性定量研究，在评估肌肉痉挛方面有较好信度[6-7]。本研究探讨多模态超声定量评估脑卒中后腓肠肌状态的价值，揭示脑卒中后腓肠肌痉挛的形态结构和生物力学变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019 年3 月至9 月在安徽医科大学第二附属医院住院接受康复治疗的脑卒中偏瘫患者44例为试验组，均符合中华医学会神经病学分会制定的脑卒中诊断标准[8]。

纳入标准：①单侧下肢运动障碍；②患侧下肢MAS 分级≥I级，健侧肌张力正常；③意识状态良好，能配合研究。

排除标准：①严重认知、言语障碍；②严重骨骼-肌肉系统疾病或畸形；③严重的重要脏器疾病；④不能做关节最大等长收缩。

剔除与脱落标准：①临床数据不完整；②采集过程中图像质量不满意。

选择同期在安徽医科大学第二附属医院健康体检者46例为对照组，无脑血管病、腿部外伤史，无手术史及严重肌肉或骨骼疾病。

两组性别、年龄无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

表1 两组一般资料比较

本研究经安徽医科大学第二附属医院伦理委员会批准〔No.PJ-YX2019-056(F2)〕，获得所有研究对象知情同意。

1.2 方法

采用Canon AplioI 900 彩色多普勒超声诊断仪(日本 佳能公 司)，PLI-1205BX 探头(4～18 MHz)和PLI-2004BX探头(8.8～24 MHz)，musculoskeletal模式。

受试者俯卧于检查床，双足伸出床沿自然下垂，裸露双侧小腿，踝关节保持中立位。嘱受试者抗阻踝跖屈显示腓肠肌轮廓，定位腓肠肌内侧头胫骨外侧髁和外踝连线中上1/3交点的肌腹处[9]，标记定位。厚涂耦合剂，避免肌纤维受压发生形变。探头垂直于皮肤置于标记处，与小腿长轴平行，获得矢状面图像。对受试者足底施压，让受试者尽力做踝关节跖屈，测量最大等长收缩状态时腓肠肌参数，为防止肌肉疲劳，嘱受试者放松。

二维灰阶超声定位，调节增益、深度等获取清晰肌纤维回声图像，冻结。感兴趣区内深层强回声腱膜与斜形走行的弱回声肌束之间的夹角为PA；深层和浅层平行强回声信号带之间的距离为MT；最长的斜行弱回声带为FL，如超出超声探测范围，用平行四边形模拟公式计算：

见图1。

图1 腓肠肌内侧头矢状面声像图

开启SWE 模式，剪切波速度(shear wave velocity,SWV)量程0.5～12 m/s，得到组织弹性图，红色图像表示硬度高，蓝色图像表示硬度低。感兴趣区内颜色充填均匀时冻结图像，Size 2 取样框，在距离皮肤层1.0 cm和1.5 cm处分别测量5个SWV[2]，取10次测量的平均值。见图2。

图2 SWE图像

更换24 MHz 高频探头，启动超微血管成像(super microvascular imaging,SMI)模式，速度标尺0.9 cm/s，调整取样框，调节彩色增益至显示清晰图像，选择血流最丰富的切面冻结，系统自动生成血流信号值，用血流像素数与取样框内总像素数的百分比表示。见图3。

图3 SMI图像

超声检查由同一位从事超声工作2年的医师完成。所有数据存盘以备脱机分析。

1.3 统计学分析

采用SPSS 25.0 统计软件处理数据。计数资料采用χ2检验；计量资料以()表示，符合正态分布的，采用独立样本t检验；不符合正态分布的，采用秩和检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

静息状态下，试验组患侧SWV 明显高于健侧和对照组(P＜0.01)。试验组患侧FL 明显缩短(P＜0.01)，MT和PA 均高于健侧(P＜0.05)。血流信号值低于对照组(P＜0.05)。见表2。

表2 两组静息状态下腓肠肌超声参数比较

最大等长收缩状态下，两组FL 均较静息状态时显著减小(P＜0.001)。见表3。

表3 两组静息与最大等长收缩状态下腓肠肌FL差值比较(mm)

3 讨论

痉挛是上运动神经元受损，导致对脊髓牵张反射调控障碍的肌张力增加[10]。痉挛性瘫痪是脑卒中后常见的并发症，脑卒中患者痉挛患病率为30%～80%[11]。脑卒中后，下肢肌肉特性存在不均匀变化[12]。

目前评定肌痉挛的方法很多。临床广泛使用的MAS以触诊为基础，存在测试误差[13]。表面肌电图通过记录神经肌肉生物电信号反映肌肉功能，但易受邻近肌肉活动的影响[14]。力学评估方法，如等速测试指标、扭矩测定等，因设备昂贵、受场地限制等，难以在临床使用，且不能识别肌肉、肌腱的力学变化[15-16]。

肌肉功能改变与其形态结构、机械特性的改变相关[17]。肌骨超声成像能从形态学和生物力学客观评价肌肉功能，不但能了解痉挛程度，还可以客观评价治疗效果。

二维灰阶超声能够区分肌组织的细微结构，MAP受牵张力矩影响，可客观评价肌张力[18-19]。Yang 等[20]发现，脑卒中患者患侧腓肠肌MT 和PA 高于健侧，FL减少，与本研究结果一致。脑卒中后肌肉痉挛，使肌纤维向心性收缩，拉伸扭矩增加，垂直于肌束膜的扭矩分量和轴向扭矩角增加。肌纤维几何排列结构与肌肉的机械力学特性相关，影响肌肉收缩功能[21]。Thielman 等[22]研究表明，PA 增大和FL 减少意味着肌纤维排列减少，运动方向上肌肉收缩力减小，运动功能下降。本研究数据与刘美快等[23]的结果不同，可能由于本组患者病程较长，肌肉结缔组织、Ⅱ型纤维增多[24]。FL 是最重要的肌肉结构参数，它与肌节数相关，是决定肌肉短缩速度和幅度的关键因素[25]。已有研究发现[26]，脑卒中后偏瘫侧肢体肌节缩短，收缩功能减退，在最大等长收缩状态下，脑卒中患者患侧FL缩短最小。

肌张力增加不仅涉及肢体运动阻力，还包括肌肉或结缔组织的物理特性[27]。Lee 等[28]认为，脑卒中后肌肉痉挛的机制可能与肌肉结构改变，如肌动蛋白连接的横桥数目减少、肌节缩短等有关。对脑瘫患者进行肌肉活检发现[29]，痉挛性肌细胞肌节比正常肌细胞短，弹性模量高。另外，脑卒中后肌肉成分改变也会导致肌肉硬度增加，相关病理基础是痉挛肌肉的细胞外基质和胶原浓度增加，结缔组织浸润[17]。

SWE是一种无创量化评估肌肉力学特性的超声成像技术，可获取组织内SWV；对SWV 进行彩色编码，实时转换为彩色弹性图，从而实现对组织硬度的可视化定性与定量研究[30]。美国食品药品监督管理局推荐使用SWV 量化评估组织弹性[31]，以避免肌纤维各向异性导致的弹性分布不均匀。SWE与临床痉挛指数正相关[32]。脑瘫、脑卒中等疾病患者，痉挛侧肌肉SWV 明显高于健侧[33-35]。本研究显示，脑卒中患侧腓肠肌SWV 高于健侧及对照组，与Le Sant 等[36]的结果一致。SWE量化单一肌肉力学特性，对肌痉挛的康复干预，尤其是协助肉毒毒素精准注射有重要价值[37]。

既往研究显示[38]，脑卒中患者腓肠肌血流减少，而彩色多普勒超声成像受敏感性限制，不能客观反映肌层低速血流，评价存在偏差。SMI 是一种新的多普勒技术，具有较高分辨率，可以清晰显示和定量分析直径＜0.1 mm 血管中的血流分布特点。与彩色多普勒超声成像比较，SMI 能区分探头移动造成的伪像与真正的血流信息，高敏感、高分辨率显示微细低速血流[39]，在肝脏、骨骼肌、乳腺等均有较好应用[40-41]。本研究显示，采用SMI评价脑卒中患者患侧腓肠肌内血流，可以定量获得患侧腓肠肌内血管密度，准确评估脑卒中后肌肉血供减少程度。

多模态超声成像具有操作简便、客观精确、安全无创等优点，但也有不足之处。当受试者肌肉出现损伤、出血、钙化，若操作者训练不足，对超声探头压力控制不稳定，可能会影响超声成像结果。以后将采用表面肌电图保证测量时肌肉处于最大等长收缩状态。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。