剪切波彈性成像技術量化評估肌腱肌肉彈性模量的信度

秦鹍，馮亞男，李亞鵬，沈素紅，劉春龍，張志杰

1.廣州中醫藥大學針灸康復臨床醫學院，廣東廣州市510000；2.河南省洛陽正骨醫院，河南省骨科醫院，河南洛陽市471000

肌骨超聲作為一項重要的技術，長期以來用于肌肉骨骼疾病的診斷。除了計算機斷層掃描和磁共振成像等成像方法外，超聲檢查對肌肉和肌腱損傷的診斷和追蹤也很重要，因為它可以進行靜態和動態評估。肌骨超聲還有許多限制，如急性出血性浸潤、水腫以及肌肉和肌腱慢性損傷導致的細微異常，很難用灰階超聲發現。同樣，肌肉和肌腱晚期的退行性變和形態學變化可以在超聲圖像上顯示出來。此外，灰階超聲難以評估肌肉和肌腱的生物力學性能。

剪切波彈性成像(shear wave elastography,SWE)技術是一種新興的成像方法，能測量正常和異常組織的硬度。利用SWE測量組織的彈性模量，可評估其硬度等組織的力學性能[1]。與灰階超聲不同，SWE能發現疾病早期組織內的變化，醫生能夠通過剪切波速值的改變發現異常變化，并區分正常和異常組織[2]。肌肉和肌腱的力學性能受許多疾病的影響，如肌腱炎、肌肉拉傷、扭傷、肌腱和肌肉斷裂[3-5]。此外，肌肉和肌腱力學性能的變化可以提供肌肉和肌腱的硬度、張力的直接信息和相關節段的平衡/穩定性的間接信息[6-7]。

本研究采用SWE測量髕腱和股四頭肌硬度的同一檢查者和不同檢查者的重測信度。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年10月至11月，本院醫務人員和實習生20例，均為健康男性，年齡(23.1±2.8)歲，身高(171.5±4.3)cm，體質量(66.0±10.3)kg。數據收集在本院超聲醫學科完成。

納入標準：①過去48 h內的無劇烈運動或飲酒；②下肢無手術外傷；③無骨關節炎、痛風和類風濕性關節炎；④自愿參加本研究并簽署知情同意書。

排除標準：①有髕腱炎；②下肢肌肉運動損傷。

本研究已通過廣州中醫藥大學研究倫理委員會的審批，并獲得書面知情同意。

1.2 方法

1.2.1 儀器

采用Aixplorer實時剪切波彈性成像超聲診斷儀(法國SUPERSONIC IMAGING公司)，使用50 mm的L4-15線性陣列超聲探頭，頻率為4～15 MHz，超聲機器設定肌肉-骨骼模式，測量范圍0～300 kPa。

1.2.2 檢測方法

應用SWE技術測量髕腱和伸膝肌彈性模量，具體方法采用本團隊已發表論文中的方法[5]。在測試前，受試者休息5 min，以確保在休息狀態下測量股四頭肌和髕腱的彈性模量。房間溫度25℃。受試者仰臥位，髖關節無內外旋，膝關節屈曲30°(應用膝關節支具固定)。定位：髕腱，髕尖至脛骨結節結合處；股直肌，沿股骨長軸，髕上15 cm；股外側肌，髕上10 cm，股骨長軸18°；股內側肌，髕上3 cm，股骨長軸內偏55°。

由2名有經驗的超聲檢查者分別對20例受試者測量，對髕腱和伸膝肌進行灰階超聲和彈性成像。使用足量凝膠確保探頭與皮膚的良好接觸。測量髕腱和伸膝肌彈性模量時，首先進行常規二維超聲檢查，檢查深度統一設置為3～4 cm，沿腱體和肌肉縱切面方向檢查髕腱和伸膝?。粏訌椥猿上衲Ｊ?，測量髕腱和伸膝肌縱切面彈性模量值。啟動彈性成像模式時，方形感興趣區統一設置成系統生成的最大值(13.5×12.5 mm)；啟動定量分析系統Q-box測量彈性模量時，髕腱Q-box直徑根據肌腱厚度而定，肌肉Q-box直徑根據肌肉厚度而定。系統自動計算出Q-box區域內髕腱和肌肉的平均彈性模量值、最大彈性模量值和最小彈性模量值(kPa)，選擇平均彈性模量值進行統計。見圖1～圖4。

圖1 髕腱硬度(Q-box測量)

圖2 股外側肌硬度(Q-box測量)

圖3 股直肌硬度(Q-box測量)

圖4 股內側肌硬度(Q-box測量)

1.2.3 數據收集

每塊肌肉及肌腱內的Q-box區域檢測彈性模量值3次，取均值用于統計，感興趣區選定在同一位置。檢查者A測量完后檢查者B再測量，測量后各自處理數據。檢查者1測量兩次，間隔時間為5 d。所得數據輸入統計表進行分析。

1.3 統計學分析

應用SPSS 22.0統計軟件對所得數據進行統計學分析，計量資料以(xˉ±s)表示。應用等級相關系數(inter-class correlation coefficient,ICC)作為信度指標分別對髕腱和伸膝肌硬度進行分析；重復性測試信度等級劃分：ICC＜0.55為差；0.55～0.75為中等；0.75～0.90為好；＞0.90為優秀。

2 結果

測量髕腱時，檢查者內ICC=0.79，檢查者間ICC=0.79；測量股直肌時，檢查者內ICC=0.71，檢查者間ICC=0.73；測量股外側肌時，檢查者內ICC=0.84，檢查者間ICC=0.74；測量股內側肌時，檢查者內ICC=0.95，檢查者間ICC=0.94。見表1和表2。

表1 同一測試者兩次測試結果(kPa)

表2 不同測試者測試結果(kPa)

3 討論

本研究表明，應用剪切波超聲彈性成像技術量化評估髕腱和股四頭肌力學特性，在測試者內與測試者間都有良好的信度。

剪切彈性成像技術是一種無創、便捷的量化評估肌肉肌腱力學特性的工具，該系統通過發射聲輻射脈沖對組織施加激勵，其核心專利技術采用“馬赫錐”原理，可在組織中產生足夠強度的剪切波；通過超高速成像技術探測剪切波，使探測剪切波速度的精確度達到1 mm/s；以彩色編碼技術實時顯示組織彈性圖；通過系統的定量分析系統Q-BOXTM測量組織的彈性模量值。彈性模量與剪切波關系為E=3ρc2，其中E為彈性模量，c為剪切波傳播速度，ρ為組織密度[12]。

與本結果類似的研究有，Tas等[15]測量髕腱硬度，發現檢查者內的信度為優秀(ICC=0.91～0.92)，同一檢查者隔天信度為好(ICC=0.81～0.83)，檢查者間信度為好(ICC=0.71)；測量股直肌硬度，檢查者內的信度為優秀(ICC=0.93～0.94)，同一檢查者隔天信度為好(ICC=0.81～0.91)，檢查者間信度為優秀(ICC=0.95)。

與本結果不同的研究如下。Lacourpaille等[8]研究9組肌肉(腓腸肌、脛前肌、股外側肌、股直肌、肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌、拇短收肌和小指展肌)，信度為一般到優秀(ICC=0.42～0.95)。Hirayama等[9]報道，腹橫肌SWE的檢查者內信度為一般到優秀(ICC=0.59～0.86)；檢查者間的信度為一般到良好(ICC=0.56～0.57)。Cortez等[10]測量比目魚肌和脛骨前肌，檢查者內(ICC=0.42～0.70)和檢查者間(ICC=0.69～0.73)的信度相當。Peltz等[11]發現髕腱(ICC=0.57)、跟腱(ICC=0.42)、股四頭肌腱(ICC=0.75)和指屈肌腱(ICC=0.73)的信度為一般到良好。

本研究結果與文獻報道不同的原因可能包括以下幾方面。①性別因素，文獻報道的研究對象多包括男性和女性，女性月經周期對軟組織的硬度有影響，而本研究受試者均為男性，可能是影響信度的重要原因[13]。②不同的測量日程安排，多數研究測量間隔時間為1～4周，而本研究為5 d。③測量部位，本研究髕腱的硬度測量是選擇距離髕尖5 mm全層測量，伸膝肌的硬度測量是在預設好的感興趣區內計算的；對于肌肉能選用較大的區域測量，可降低誤差，從而獲得更高的信度值。④測試者和受試者的主觀因素，比如探頭位置和壓力的變化；測量過程中受試者并不能完全放松等不可控的情況。

綜上所述，彈性剪切波超聲成像技術是一種可靠、可重復的測量髕腱和股四頭肌硬度的技術，定量超聲彈性成像技術可用于骨骼肌系統疾病檢查，并能提供軟組織病變的相關信息。