剪切波超声弹性成像测量正常人内侧副韧带弹性模量的初步研究

廖龙,李宗原,李月,谢明锐,余庆龙,许瀚,石波

(1.成都医学院,四川 成都 610500;2.电子科技大学医学院附属绵阳医院,绵阳市中心医院骨科,四川 绵阳 621000;3.四川省绵阳市中心医院超声科,四川 绵阳 621000)

内侧副韧带(medial collateral ligament,MCL)是维持膝关节稳定性中最重要的韧带之一[1]。目前针对内侧副韧带检查的主要手段是MRI[2]。但因其价格高、检查时等待时间较长、判读主观性和不能客观量化评价等缺点,有部分患者不愿意接受,造成临床诊疗困难[3]。超声弹性成像技术最早于1991年由Ophir等首次提出并报道[4],它有费用低、重复性好、无创、耗时短和无辐射等优点,为骨肌疾病的诊断带来了崭新思路[5]。目前,SWE技术已经成功运用于乳腺肿瘤的良恶性判断[4]、甲状腺结节性质的评估[6]和跟腱弹性[7]的评价等,但将其应用于MCL的弹性模量测量鲜有文献报道。本研究共测量了74条MCL,旨在探索剪切波超声弹性成像(shear wave elastography,SWE)用于测量MCL弹性模量(kPa)的临床价值,并尝试建立正常人MCL弹性模量的参考集,以供鉴别病理状态下的MCL,从而为临床诊断提供参考,现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准:(1)膝关节正常的健康人群;(2)身体质量指数18～25 kg/m2。排除标准:(1)皮下致密脂肪组织无法显示探查到MCL;(2)膝关节外伤史、手术史、注射史;(3)膝关节相关疾病,如骨关节炎、类风湿关节炎、严重的骨质疏松;(4)膝关节畸形,如内翻或外翻等;(5)存在慢性全身疾病。该研究得到了绵阳市中心医院医学伦理委员会的批准(S20230209-01),所有志愿者签署了知情同意书。

共纳入37名志愿者,男20名,女17名;年龄20～45岁,平均(33.11±7.48)岁。均接受双侧膝关节检查,共74条MCL。男性组与女性组的年龄、身高、身体质量指数等基线资料差异无统计学意义,有均衡可比性(P>0.05,见表1)。

表1 男性组与女性组基线资料比较

1.2 检查方法 均由同一名工作经验丰富的超声医师采用彩色多普勒超声诊断仪和SL15-4线阵探进行检查,分别获取双侧膝关节MCL 3个节段的二维声像图、SWE以及MCL各节段的厚度值与弹性值。MCL 3个节段定义为:近段(pMCL)指从内侧半月板到股骨附着的区域,中段(mMCL)指内侧半月板区域,远段(dMCL)指从内侧半月板到胫骨附着点区域[8](见图1)。

图1 膝关节处于0 °时MCL的普通B超图像 图2 膝关节处于0 °时MCL的SWE成像

志愿者处于平卧于超声检查床上,完全暴露双下肢且不受束缚或压迫。以测量尺确定膝关节屈曲角度。(1)志愿者伸膝0 °、处于中立位。涂抹耦合剂,首先在二维灰阶超声图上明确MCL的位置,测量MCL 3个节段的厚度(见图1)。然后启动SWE模式,待图像充盈稳定后,冻结并保存图像(见图2);启动测量工具Q-Box,将感兴趣区(region of interest,ROI)分别放置于MCL近、中和远段的不同区域,每个节段测量3次,记录每次计算机自动计算得出ROI内杨氏模量的最大值、最小值和平均值,最终得到每一节段的平均值。另一侧测量方法同上。(2)志愿者屈膝90 °,测量方法同上。为保证测量结果的可靠性,检查过程中保持探头刚好贴住膝关节内侧MCL所在皮肤表面,避免施加任何压力。

1.3 统计学方法 使用SPSS 27.0软件进行统计分析。采用Kolmogorov-Smirnov检验对数据进行正态性检验,采用t检验分析性别对MCL硬度和厚度的影响,用单因素方差分析组内3个MCL节段弹性模量和厚度的差异,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

在屈膝0 °时,男性与女性的各个MCL节段的弹性模量与厚度分别比较,差异均无统计学意义(P>0.05,见表1);在屈膝90 °时,男性与女性的各个MCL节段的弹性模量与厚度分别比较,差异均无统计学意义(P>0.05,见表2)。在固定的膝关节屈曲角度下,组内同侧MCL近、中和远段的弹性模量与厚度比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。组内同一节段MCL在屈膝0 °或90 °时的弹性模量和厚度进行比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。分别于屈膝0 °或90 °时,同一志愿者左侧和右侧MCL近、中和远段的平均弹性模量和厚度分别进行比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。

表2 屈膝0 °时MCL3个节段的弹性模量和厚度比较

表3 屈膝90 °时MCL3个节段的弹性模量和厚度比较

3 讨 论

目前,用于探查MCL损伤的手段局限于MRI,能清晰地分辨膝部的解剖结构及空间层次关系,但在矢状切面中膝关节MCL的位置太靠内侧而不易被观察。关节镜检查可在医师直视操作下明确诊断,但是一种侵入性检查,且关节镜下术野范围局限[1-2]。故膝关节软组织损伤的临床评估需要一种新的检查方法。

SWE检查有无创、无辐射、健康安全、方便价廉的优点,可实现短期内多次重复检查,很有潜力成为MCL相关疾病的一种新的诊断方法[9]。MCL损伤最常见的是经外力直接损伤,如运动员的剧烈拉伸等。MCL也经常受到膝骨关节炎等其他膝关节病变的影响[10],提示骨关节炎病变可能不仅限于骨质改变,也可能伴随着膝关节周围软组织的病变。SWE有助于对骨关节炎的理解。此外,膝骨关节炎患者经保守治疗无效后,需行全膝置换术或单髁置换术,为了保证假体固定牢固及位置准确,减少并发症,这两种手术对于膝关节周围软组织的平衡要求非常高,但是目前主要的判断方法仅限于主刀医生通过术中测厚器的手柄拉力来主观判断,缺乏客观的评价标准[11-13],SWE技术对MCL进行量化评估,可以反应软组织张力,为解决上述困境提供了可靠思路。SWE也可用于膝关节置换术后疗效评估。

本研究对招募的37名志愿者74条MCL的弹性模量与厚度值进行统计学分析,发现无论男性或女性,在固定屈膝角度下3个MCL节段的弹性模量与厚度均值差异无统计学意义,在固定角度下的女性和男性3个MCL节段的弹性模量与厚度值分别对应比较,差异无统计学意义,男性或女性的同一MCL节段的弹性模量与厚度值在不同屈膝角度,差异无统计学意义。但是3个MCL节段的弹性均值存在一定的规律,即由近段到远段的弹性值逐渐增大,3个节段的厚度也有类似趋势,但差异无统计学意义,这可能与本研究样本量较小有关。

此外,在测量正常人内侧副韧带的超声弹性值基础上,制作团队曾用同样的测量方法检查了6例经MRI检测明确有MCL损伤的患者,该6例患者的损伤均位于近段。经χ2检验与选取的正常6例近段弹性值比较,损伤组的近段杨氏模量降低,平均(43.32±9.47)kPa,差异有统计学意义(P<0.05)。MCL损伤后韧带弹性值下降,主要考虑以下两方面:(1)韧带损伤时产生大量炎性细胞伴新生血管形成,炎性反应、充血及水肿可能会削弱胶原蛋白的交联作用,使胶原蛋白的活性减弱,从而导致MCL弹性下降;(2)弹性蛋白之间的缠绕方式可能因受损而改变使韧带对压力的承受降低,也可导致弹性值下降。对于造成受伤后MCL弹性值下降更为准确的机制,以及受伤严重程度是否和弹性值下降程度有相关性,还有待进一步探索。

本研究把MCL分成近、中和远段3个节段,每一条MCL均获得3个弹性值,综合评价MCL的弹性。此外测量了屈膝0 °、90 °的MCL弹性值,更加全面地反映不同膝关节活动状态下的MCL弹性状态。由于本研究第一次将SWE用于MCL检查,缺少相关经验,可能造成测量上的误差。

综上所述,SWE是一项可靠、价廉、操作性强的用于量化评估MCL弹性模量值的新方法,可作为评估组织力学特征的新手段,成为传统MCL检查方法的有力补充[14-15]。