剪切波弹性成像技术评估距腓前韧带急性损伤的应用价值

焦玉婷 赵超超 孙 芳 胡建棣 杨 智

滨州医学院附属医院超声医学科 山东 滨州 256603

距腓前韧带(anterior talofibular ligament，ATFL)损伤是踝关节内翻扭伤中最常见的韧带损伤[1]。常规超声现已广泛用于踝关节损伤的诊断，但对韧带损伤后修复程度难以做出量化。剪切波弹性成像(shear wave elastography，SWE)技术是用杨氏模量或剪切波速度定量评估组织弹性，既往有研究[2-3]证明SWE可评估跟腱不同病理状态，且能对其断裂及其修复状态进行评估，弥补了传统超声无法量化的空白。Hotfiel等[4]研究表明，中立位时声波辐射脉冲(acoustic radiation force impulse,ARFI)成像评估ATFL的力学性能信度及价值高。但是在跖屈内翻位时常规超声检查更容易发现撕裂。目前尚无两种体位的弹性对比研究，且对ATFL损伤后的硬度研究较少。本研究旨在研究正常与急性损伤时ATFL的组织力学特性，为进一步评估损伤修复提供技术可行性支持。

1 资料与方法

1.1 研究对象 正常组为21名踝关节健康志愿者，其中男性11名，女性10名，AOFAS评分及CAIT均满分，无踝关节损伤史，关节活动度及踝关节稳定性好。排除下肢手术史，下肢急性或慢性劳损者。损伤组为38名ATFL单侧损伤患者，男、女性各19名。纳入标准为：有外伤史，就诊时间在3 d内；为闭合性损伤；所有损伤均由手术或MR证实。排除标准为：踝关节损伤史；关节韧带退行性变、神经病变、关节炎等全身疾病。本研究经我院医学伦理委员会批准，所有受试者均知情同意。正常组与损伤组的年龄、身高、体质量、体质量指数(Body Mass Index,BMI)均无显著差异(表1)。

表1 两组一般情况的比较

1.2 仪器与方法

1.2.1 常规超声检查及弹性数据采集 使用Canon公司生产的Aplio i900超声诊断仪，i18LX5线阵探头，频率18 MHz，配备SWE功能。在室温为20～25 ℃的条件下采集。SWE条件下选取MSK条件，严格垂直于皮肤并取ATFL纵轴切面，同时显示ATFL距骨与腓骨附着处，调节ROI为2 mm，用剪切波速度(shear wave velocities，SWVs)评估弹性信息，计算各测量值的平均值和标准差。受试者取坐位，脚平置于检查床上，正常组行中立位及跖屈内翻位扫察(图1)。首先对ATFL行纵切和横切检查，排除韧带异常的情况。每个距腓前韧带的SWVs分别从3个部位测量：L1为距腓前韧带的中心位置；L2为距腓骨附着处5 mm处；L3为距距骨附着处5 mm处。每个部位测量3次并计算平均值。损伤组行跖屈内翻位检查，测量位置为韧带纹理模糊不清处。对SWE条件下无信号(图2)的ATFL行压迫式弹性成像(compression elastography,SE)检查。SE数据采集使用HITACHI公司生产的Ascendus超声诊断仪，L75 18-5线阵探头，配备弹性成像功能。体位与切面与SWE条件下保持一致，使用导声垫做对比，测量ATFL与导声垫的硬度比值，每个韧带测量3次取平均值。

1.2.2 临床功能评估 采用美国骨科足踝协会评分(ankle hindfoot score，AOFAS)及Cumberland踝关节不稳定评价问卷(cumberland ankle instability tool，CAIT)。AOFAS由美国足踝骨科协会制定，结合了疼痛和功能的主观评分和基于物理检查的客观评分[4]。CAIT是用于评价和量化功能性踝关节不稳定程度的问卷，具备可靠性和有效性研究数据[5]。

a. 中立位；b.跖屈内翻位。

图2 跖屈内翻位时部分ATFL在SWE条件下无信号填充

2 结果

2.1 SWE检查结果

2.1.1 正常组 42个ATFL在不同体位(中立位及跖屈内翻位)行SWE检查，中立位均有信号充填；跖屈内翻位30个显示硬度高的红色(图3)，12个无信号填充(图2)。不同体位下SWVs值具有显著差异(L1、L2、L3处t=10.809，10.114，10.803，P均<0.01)，3个检查位置的SWVs值比较，跖屈内翻位均显著高于中立位(P均<0.01)。而在同一体位3个位置的SWVs值差异无统计学意义(表2)。不同性别SWVs(中立位t=0.326，P=0.056，跖屈内翻位t=1.630，P=0.063)及双侧踝关节SWVs(中立位t=1.092，P=0.281，跖屈内翻位t=0.650，P=0.521)无统计学差异。压迫式弹性成像检查发现：12个ATFL中部的硬度比值(中立位vs跖屈内翻位：3.6±1.2vs14.7±9.1，Z=-4.157，P<0.01)差异有统计学意义(见表3)。

表2 距腓前韧带3个部位、不同体位的SWVs比较

表3 两种成像方式ATFL不同体位的硬度比较

A.中立位SWVs，L1：2.25m/s。L2：2.28m/s。L3：2.14m/s；B. 跖屈内翻位SWVs：L1，5.69m/s；L2，4.46m/s；L3，6.14m/s。

2.1.2 损伤组 38个ATFL跖屈内翻位行超声检查，损伤韧带表现为增厚、回声减低，损伤韧带内见血流信号，韧带处SWE条件下均有信号充填，损伤处的SWVs为(3.4±1.1)m/s(图4)。损伤组ATFL与正常组中立位ATFL的SWVs比较有显著差异(t=-4.693，P<0.01)，损伤组与正常跖屈位ATFL的SWVs比较有显著差异(t=5.794，P<0.01)(图5)。

A. 损伤韧带表现为增厚、回声减低，损伤韧带内见血流信号；B. ATFL损伤处SWVs：2.59 m/s。

图5 正常与损伤距腓前韧带的SWVs比较(m/s)

2.2ICC检验结果 SWE条件下评估中立位和跖屈内翻位的SWVs值可重复性好(ICC均>0.75，P<0.01)，且ATFL的弹性测量可重复性中部(ICC=0.934)较腓骨附着处(ICC=0.757)及距骨附着处(ICC=0.750)高。

3 讨论

ATFL是踝关节最薄弱的韧带，近三分之二的踝关节外侧扭伤与ATFL的单独损伤有关[6]。本研究探讨了正常与急性损伤时ATFL的弹性特征，为临床ATFL急性损伤诊断与后期恢复情况评估提供参考值，先前未见此类研究。

目前，临床医生通常使用压迫试验及前抽屉试验诊断急性踝关节损伤和慢性踝关节不稳[7]，但疼痛和肿胀可能降低临床试验的敏感性和准确性[1]。应力X线片是最常用的影像学检查方法，由于肌肉具有收缩力而存在假阴性误差，研究表明，应力X线摄影检查中，仅有11%的患者距骨倾斜超过15°，而利用高频超声行压迫或抽屉试验，可直观显示韧带及周围组织形态学信息，减少漏诊率[8]。Cho等[7]发现，ATFL在放松和紧张状态下可以显示出不同的超声表现，但未对其弹性情况做出描述。SWE在肌骨方面已被用于测量健康人群肌肉、肌腱等可收缩结缔组织的硬度[9]。Chiu等[10]研究表明SWE评估跟腱在静态及拉伸状态下硬度有变化，且具有较高的可靠性。我们对ATFL中立位及跖屈内翻位的硬度做了研究，表明其中立位与跖屈内翻位的SWVs值有显著差异，在跖屈位时剪切波速度明显增大，硬度增加，表明ATFL在松弛与绷紧时硬度差异大。吴觉红等[11]研究发现，其在中立位和最大外旋位时的杨氏模量有很大差异，原因可能是韧带有丰富的III型胶原，使韧带具有柔韧性，在韧带被拉伸时，弹性模量增加[12]。除此之外，通过左右两侧ATFL对比发现，正常人双侧距腓前韧带SWVs无明显差异，这说明，踝关节损伤检查时，健侧ATFL可提供有效的力学信息进行对比，以提高诊断率。

跖屈内翻位检查时发现，SWE条件下，12个ATFL浅方软组织完全充填，但韧带显示为无信号区。Bouchet等[13]研究表明，2D-SWE中，无信号区的出现可能与一下几个因素有关：当剪切波通过时，由于回声太低，设备无法检测到而表现为信号空洞区。例如，液体或粘液区域；当组织太硬时，即使具有超快的帧频，也不可能跟踪剪切波的传播，因此，SWE无弹性值信号。我们认为跖屈位时ATFL处于紧张状态，其硬度值超过SWVs量程而表现为无信号区域，而损伤的ATFL因液性渗出或断裂导致张力减小，因此硬度减小，韧带处充填较好。压迫式弹性成像虽只提供半定量数据，但对肌骨方面已有大量研究，例如掌指关节处屈肌腱比脂肪更硬，而有炎症的跟腱比正常跟腱更软[14]。我们对无信号的ATFL实施压迫式弹性成像，结果表明：距腓前韧带与导声垫的硬度比值为(3.6±1.2)vs(14.7±9.1)，与设想一致。因此，我们认为SWE条件下，若出现跖屈位时ATFL浅方有信号而韧带及其后方信号缺失，说明ATFL剪切波速度与周围组织差异太大或超过SWE的量程(12 m/s)。

通过正常韧带中立位、跖屈内翻位与异常韧带的硬度值对比，本研究发现，在跖屈内翻位时ATFL弹性差异更大。损伤韧带的比跖屈内翻位正常韧带更软。原因可能包括两个方面： ATFL急性损伤时，断裂的韧带张力减小；周围液性渗出或脂肪组织嵌顿，其硬度值减小。因为踝关节急性损伤时，韧带回声杂乱或滑膜增厚等因素，导致灰阶超声下难以鉴别是否发生断裂，但力学信息可通过SWE获得，这对辅助诊断距腓前韧带急性撕裂有很大的临床意义。因此，灰阶图像难以鉴别是否有韧带撕裂时，SWE条件下双侧对比观察，若发现患侧ATFL剪切波速度明显减小，则高度提示距腓前韧带损伤，测量韧带弹性时，建议踝关节保持跖屈内翻位。通过对比正常跖屈位的韧带与损伤韧带的SWE图像发现，有12个正常ATFL区域无信号充填，但损伤ATFL均有信号充填。本研究认为，跖屈位时，若将AWE量程调整至最大时，ATFL周围组织填充好而ATFL均无信号填充，说明ATFL处于绷紧状态，韧带完整。

本研究也存在一定的局限性：本研究SWE采用Aplio i900超声诊断仪进行成像，对不同机器不同条件下的ATFL硬度还需进一步探索；本研究为病例对照研究，研究的样本量较小，对损伤的距腓前韧带弹性特征进行总体评估，不同程度撕裂的弹性特征还需进一步研究。

综上所述，SWE在评估ATFL的力学信息方面可靠性高，对判断ATFL是否发生急性损伤有较高的参考价值，可作为诊断ATFL损伤的重要辅助方法，为临床诊断距腓前韧带是否损伤及评估损伤韧带的恢复情况提供量化力学数据。