超聲彈性成像在肌肉骨骼系統中的應用

杜 丹綜述，鄭元義審校（1.重慶醫科大學超聲影像學研究所400010；2.重慶醫科大學附屬第二醫院超聲科400010）

超聲彈性成像（UE）是超聲成像的一種補充，能提供常規超聲無法提供的組織彈性信息，其與疾病的生物學特性緊密相關。UE在許多領域里顯示出其優越性，在肌肉骨骼領域得到了快速發展。本文將對UE的基本原理及其在肌肉骨骼系統中的應用予以綜述。

1 UE技術的原理及分類

UE的基本原理是通過不同方式刺激組織產生一個響應[1-2]，例如對位移、應變、速度等的分布產生一定改變，將激勵前后組織反射的回波信號進行分析，轉化為彩色編碼圖像，并定性或定量地描述組織彈性。根據誘導組織響應和觀測組織彈性的方式不同，UE的常用技術主要有以下幾類。

1.1 壓迫性彈性成像（RTE） RTE又稱靜態壓力型彈性成像（SE），是目前最常用的UE技術[1-3]。它通過操作者手動施加壓力，比較施力前后組織的位移（應變），并給出彈性模量分布的定性圖（彈性圖）。該彈性圖為彩色編碼，常疊加在灰階B超圖像上。通過計算目標區域和參照組織的彈性比，可得到組織的相對應變率。RTE有許多潛在的缺點，如施加在組織上壓力的可變性。因此，必須進行足夠的壓縮/解壓循環以獲得彈性評估。RTE還受到“蛋殼效應”的影響，目標區域邊界較硬的物質不能變形，限制了內部應變的確定。

1.2 剪切波彈性成像（SWE） SWE通過由換能器產生的聚焦超聲脈沖對組織施加振動，在組織內產生垂直于聲脈沖的剪切波[1-2]。SWE比應變UE的重現性更高，但它主要的局限性在于深度衰減，因此不能評估非常深的組織。同時，為了產生剪切波，需要足夠的組織深度，難以評估非常淺的結構，這可以通過在部分患者身上使用凝膠墊來補償。由于流體中不產生剪切波，因此SWE不能分析囊性結構。

1.3 聲脈沖輻射力彈性成像（ARFI） ARFI是由超聲探頭對感興趣區域（ROI）組織產生短時間、高強度的聚焦聲輻射力脈沖，推動組織局部產生應力，組織發生縱向應變，同時產生橫向傳導的剪切波，使用儀器分別采集這2種信息進行成像，即為聲輻射力成像技術和聲輻射力定量技術[3-4]。前者的彈性圖類似于SE的形式，但較徒手按壓的SE更客觀；后者測得的剪切波速度（SWV）與組織硬度呈正相關，一般SWV越大，組織越硬。但ARFI觀測的ROI范圍和量程較小，并且產生脈沖需較大功率，產熱過多。

1.4 瞬態彈性成像（TE） TE由一個單一的低頻激發脈沖產生剪切波[1]，不能提供B超圖像，且僅通過A超來測量剪切波速度和楊氏模量。這種類型的UE常用于肝臟檢查，目前在肌肉骨骼系統中尚無研究。

2 UE的具體應用

在臨床實踐中，肌肉骨骼系統疾病往往通過觸診評估，但這僅為主觀方式。UE可以觀察軟組織結構的彈性圖像，并定量評估肌肉骨骼組織退化、損傷和愈合相關的機械性能信息。

2.1 肌腱 檢查正常跟腱，發現肌腱的近端比中間和遠端更堅硬。不同性別、年齡的跟腱比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。此外，觀察者之間測量的重復性與測量時姿勢和部位有關[5]。CHEN等[6]使用SWE發現撕裂的跟腱平均剪切模量值低于正常跟腱。UE也常用于評估其他肌腱。AHN等[7]通過RTE檢查發現，肱骨外側髁炎患者伸肌總腱肌腱的平均應變率明顯低于無癥狀肌腱。WU等[8]定量分析跖筋膜的UE表現，將紅色像素強度的減少視為組織變軟。結果顯示，健康志愿者足的紅色像素強度（146.9±9.1）明顯高于單側足底筋膜炎的癥狀足（127.1±7.4）和雙側足底筋膜炎（129.4±7.5）。肌腱、筋膜的病變往往是由于機械過載引起肌腱或筋膜微小撕裂，從而導致了內部結構的破壞（如纖維變性，黏液樣物質增加），使得硬度減低，并且損傷后微血管的缺乏可加劇肌腱或筋膜的脆弱。以上病變的研究結果與病理學改變一致。

除了獲得肌腱病變的診斷以外，UE還可以評估疾病的嚴重程度和治療效果。KOCYIGIT等[9]在研究中發現，肱骨外側髁炎患者伸肌總腱內側部分的應變比、癥狀持續時間與夜間疼痛顯著相關，但與其他臨床參數之間沒有顯著關系。在臨床實踐中，夜間疼痛被認為是疾病較嚴重的表現，癥狀持續時間也與病情明顯相關。KIM等[10]對注射膠原蛋白的足底筋膜炎患者隨訪觀察發現，75%的患足視覺模擬評分（VAS評分）顯著改善。足底筋膜的平均應變比從（0.71±0.24）顯著增加至（1.66±0.72）。而二維超聲表現治療前后無明顯變化。

2.2 肌肉 肌肉收縮引導身體運動，硬度是反映肌肉活動和功能狀態的重要指標。SWE已經被用于評估正常肌肉。溫朝陽等[11]使用SWE發現，肱二頭肌緊張狀態下的楊氏模量值（123.658±31.392）大于松弛狀態（45.658±13.479）。AKAGI等[12]也通過 SWE 測得肱三頭肌的阻力運動前后所有區域的硬度均顯著增加，且不同區域的硬度不同。有研究發現，男性和女性肱二頭肌硬度差異明顯[13]；GAO等[14]進一步研究發現，縱切掃查時男女之間差異顯著，橫切面掃查時而男女之間均差異無統計學意義。性別的差異可能與肌肉纖維水平有關。而縱橫切面的差異可能是由于肌肉的各向異性有關。故使用UE來評估骨骼肌肉時，確保評估之前的肌肉收縮或放松狀態很有必要，否則會影響研究的重復性。肌肉也受到各向異性的影響，所以當評估不同的肌肉時，探針的方向必須保持在同一個平面上，縱橫切面檢查相結合或許能為疾病的診斷提供更多的診斷信息。

UE也常用于肌肉疾病的評估。YASAR等[15]研究發現，中風患者痙攣肌肉的彈性指數和應變比均顯著高于健康對照組。杜麗娟等[16]研究發現，帕金森病患者雙側肱二頭肌、肱橈肌、股直肌及小腿三頭肌長軸楊氏模量均高于健康人；患者組癥狀明顯側的肱二頭肌長軸楊氏模量高于癥狀較輕側；雙側其余肌肉長軸楊氏模量差異無統計學意義（P＞0.05），這可能與帕金森病患者肌張力異常具有選擇性有關。LEE等[17]使用RTE檢查發現，先天性肌肉斜頸的嬰兒其肌肉彈性評分明顯高于對照組。先天性肌肉斜頸的病因仍不確定，但組織學研究發現其肌肉萎縮和纖維化，故可引起肌肉硬度增加。2.3 神經腕管綜合征（CTS） CTS是最常見的神經受壓病變。ORMAN等[18]通過RTE檢查發現，CTS患者正中神經的應變比低于對照組。這也與SWE研究相關[19-23]。2.4 皮膚及軟組織 有關皮膚UE的資料較少。XIANG等[24]首次通過SWE測量了皮膚橫向和縱向切面的彈性模量值，結果顯示，手指和前臂對稱部分皮膚的彈性模量值比較差異無統計學意義（P＞0.05）。除了中指、前臂、前胸和腹部的橫縱切面彈性模量值之比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。觀察組間和觀察組內重復性較好，表明UE可用于評估健康的皮膚彈性，但UE在皮膚方面研究較少，尚需要進一步的研究來證實其可靠性。2.5 肌肉骨骼軟組織腫瘤 在肌肉骨骼軟組織腫瘤中，UE已被用于前瞻性評估病變的良惡性。RTE顯示惡性病變組一般比良性組更硬[22]，但某些患者病理診斷與彈性不一致，可能是由于病理發生變化，如鈣化和纖維化增加了軟組織腫瘤的硬度，而出血、壞死和囊變減少了惡性腫瘤的硬度。PARK等[23]的研究中也發現惡性腫瘤比表皮樣腫瘤或其他良性軟組織腫瘤顯示更高的彈性評分，但表皮樣腫瘤與其他良性腫瘤的彈性評分比較差異無統計學意義（P＞0.05）。這可能與軟組織腫瘤來源、特征的多樣性有關。因此，僅根據軟組織UE表現不能明確腫瘤類型，須結合灰階超聲來鑒別診斷[24]。2.6 關節組織 關節組織UE受骨骼干擾較大，但在關節周圍組織的檢查中仍有較大的應用價值，TANG等[25]通過SWE測值發現痛風性關節炎（GA）患者關節病變組織的彈性模量值均顯著高于非GA者。而高回聲、稍高回聲GA亞組的彈性模量值顯著高于低回聲GA亞組和非GA組。尿酸鹽沉積物是痛風性關節炎的病變基礎，高回聲GA亞組較低回聲GA亞組中關節腔內尿酸鹽晶狀體沉積更多，甚至存在某些正在成型的小痛風石，而非GA組關節腔內沒有尿酸鹽沉積。GA彈性的改變可能與尿酸鹽晶狀體沉積密切相關。腱鞘巨細胞瘤是關節周圍滑膜組織增生所致，郭穩等[26]采用RTE發現B超對腱鞘巨細胞瘤診斷的準確度為74.5%，B超與UE聯合可將準確度提升至92.2%。此外，向醒等[27]將核磁共振成像（MRI）檢出且有滑膜增生和關節積液的患者予以彈性分級，結果發現膝關節積液的彈性分級低于滑膜，證實UE可有助于鑒別膝關節積液與增生滑膜。

3 小結與展望

UE是繼彩色多普勒超聲以后超聲領域的重要技術突破，它與其他評估組織彈性的技術（例如磁共振彈性）比較，具有成本低、檢查時間短、臨床實用性廣泛等優點。然而，目前研究認為UE仍然存在技術問題，如存在圖像偽像或觀察者依賴因素限制了UE的重復性[28]。鑒于上述爭議，有研究嘗試評估其可靠性[29]，但尚需更多的大樣本、多中心研究進一步證實。此外，建議運營商規范條件參數，醫生們總結UE適應證，例如應著重關注哪些在常規超聲中不易發現而UE有改變的疾病。雖然UE在肌肉骨骼系統應用存在一定的局限性，但隨著UE設備的不斷改進和應用經驗的不斷積累，相信UE未來將在臨床工作中發揮更加重要的作用。