超聲成像測量不同姿勢下腓腸肌形態的信度

職文倩，劉超然，王寧華

北京大學第一醫院康復醫學科，北京市100034

超聲成像技術可提供肌肉結構的定量數據和運動中的圖像，清晰觀測骨骼肌收縮過程中的空間形態變化[1]，成為研究骨骼肌運動形態特性、評估肌肉功能、評價訓練效果等非常有效的工具[2]。

腓腸肌是小腿淺層一塊羽狀肌，在站立、行走和跳躍等活動中提供推動性跖屈扭矩[3]，并與運動表現有較強的相關性[4]，超聲可清晰識別腓腸肌不同收縮強度下的形態改變[5]。腓腸肌常因神經系統損傷[6]、骨關節系統疾病[7]等發生形態學變化，導致運動功能障礙，臨床常采用牽伸、力量訓練等手段提高其運動功能[8-9]。目前腓腸肌的超聲測量多采取俯臥位。腓腸肌作為人體重要的姿勢肌，靜息狀態下的肌肉結構可能限制其預測功能和評定康復訓練效果的潛力，而站立位測量缺乏信度研究。

本研究采用肌骨超聲測量健康青年人俯臥位和站立位腓腸肌內側頭的肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角，評價俯臥位及站立位下超聲測量腓腸肌結構參數的信度，探討站立位與俯臥位腓腸肌內側肌肌肉結構參數的差異。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2017 年12 月至2018 年5 月，通過張貼海報，在北京大學第一醫院招募健康成年志愿者30例，其中男性8 例，女性22 例；年齡(25.37±5.28)歲；體質量(57.07±9.13)kg；身高(166.23±5.62)cm。

納入標準：①年齡18～40 歲；②無腰痛及肌肉、神經方面器質性疾??；③無下肢手術和外傷病史。

排除標準：①日常生活活動能力障礙，無法獨立生活；②心肺功能受損，存在骨骼、肌肉或神經系統疾??；③身體疼痛或正在使用止痛藥；④嚴重髖、膝、踝關節損傷史。

所有參與者均被告知實驗內容并簽署知情同意書。本研究經北京大學第一醫院倫理委員會批準〔No.2018(101)〕。

1.2 方法

采用SONIMAGE?HSI 便攜式B 型超聲診斷儀(日本KONIKA 公司)，L18-4 超聲線陣探頭垂直于皮膚表面，通過耦合劑使其充分接觸皮膚而不壓迫軟組織。分別獲取受檢者在俯臥位和站立位腓腸肌內側肌超聲圖像。在脛骨長度(脛骨內側髁至內踝高點或腘窩折痕至外踝高點)上30%處找到內側腓腸肌肌腹中點，即內側腓腸肌1/2 偏后的位置[10]。測量右側腓腸肌內側肌肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角。

俯臥位：雙下肢伸直，足懸于檢查床外，右踝關節佩戴踝足矯形器固定腳踝至解剖中立位。站立位：右踝關節配踝足矯形器站立于地面。

A、B兩名操作者均為經過2周超聲技術培訓的康復專業人員，分別在俯臥位和站立位下測量。操作者A 測量后再由操作者B 測量，每個姿勢獲取3 張超聲圖像，分別測量每張圖片的結構參數，取均值。操作者A 間隔3 d 后，采用相同方法再次測量同一人群。測量過程中，兩位操作者不知曉對方測量數據。

羽狀角：根據肌束和肌筋膜的方向，分別畫出肌束線和肌筋膜線，兩線夾角為羽狀角[11]。本研究測量肌束與深筋膜之間的羽狀角(圖1)。肌肉厚度：肌肉淺層筋膜與深層筋膜的垂直距離[11]。選取圖片中點位置進行測量(圖1)。肌纖維長度：連接淺筋膜和深筋膜之間的肌纖維總長[11](圖1)。本研究中，肌纖維長度超過探頭探測到的超聲圖片范圍，缺失部分通過對可見部分肌纖維及筋膜的線性外推估計。當筋膜在圖像中平行排列時，

L為肌纖維長度，h為肌肉厚度，α為羽狀角[12]。

采用Microsoft Excel 2010“公式”選項計算。

圖1 腸肌肌內側肌矢狀面超聲圖像

1.3 統計學分析

采用SPSS 21.0 統計軟件進行統計學分析，采用GraphPad Prism 8.0 軟件制作統計圖像。計量資料以()表示。計算組內相關系數(intra-class correlation coefficient,ICC)、最小可檢測變化值(minimum detectable changes,MDC)[13]和測量標準誤差(standard error of measurement,SEM)[14]，SEM 實際值除以兩次測試的均值，以百分比(SEM%)的形式記錄。ICC ＜0.55為信度差，0.55～＜0.75 為中等，0.75～＜0.90 為好，≥0.90為優秀[13]。同一檢查者不同姿勢下比較進行配對t檢驗，相關性采用Pearson 相關分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

站立位及俯臥位，超聲測量的3 種結構參數測試者間信度均優秀；肌肉厚度重復測量信度優秀，肌纖維長度和羽狀角重復測量信度好。兩種姿勢下，結構參數的總體測量誤差較小(SEM% ＜5.6%)，其中站立位下測試者間SEM%小于俯臥位，俯臥位下重復測量MDC更小。見表1～表4。

不同姿勢下超聲測量的腓腸肌內側肌肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角相關性良好(圖2)，且均存在非常顯著性差異(P＜0.01)。見表5。

表1 俯臥位測試者間信度

表2 站立位測試者間信度

表3 俯臥位重復測量信度

表4 站立位重復測量信度

表5 不同姿勢下同一操作者測量腓腸肌結構參數比較

圖2 站立位與俯臥位腓腸肌超聲形態學測量結果的相關性

3 討論

近年來關于超聲測量腓腸肌結構的信度研究多采用俯臥位、固定關節角度位或在行走中測量，測量參數主要有肌肉厚度、肌纖維長度、羽狀角、肌肉橫截面積等，均證實該方法學有良好信度[1,12,15-19]。腓腸肌是人體重要的姿勢肌，站立位時處于低強度收縮狀態[20]，收縮狀態的肌肉形態學參數與放松狀態下有顯著差別[21-22]；且站立位是功能訓練的重要體位，驗證站立位下超聲測量參數的可靠性對臨床應用有重要意義。

本研究顯示，俯臥位及站立位下，超聲測量腓腸肌內側肌的肌肉厚度、肌纖維長度、羽狀角均有較高信度，其中俯臥位下結果與K?nig 等[12]、McMahon等[23]的研究結果基本一致。K?nig 等[12]發現，通過用泡沫軸固定超聲探頭，肌肉厚度、肌纖維長度測試者間信度提高，但羽狀角測試者間信度降低。McMahon等[23]的研究中，肌纖維長度重復測量信度明顯高于其他相關研究，考慮與該研究中超聲探頭可直接獲得肌纖維全長，無需進行線性推算，減少測量誤差有關。Lieber 等[24]通過改進超聲探頭定位的準確度，將肌纖維長度的重復測量信度提高至0.99。肌纖維長度測量信度受探頭位置、探頭旋轉、探頭獲得圖像范圍大小等因素影響，肌肉厚度測量信度受探頭位置、操作時對皮膚壓力大小等因素影響，而羽狀角基本不受上述因素干擾，但受關節角度、測量人數等因素的影響較大[25]，測評人數越多，測試者間信度越低[12]。因此，臨床可通過使用全景超聲、輕泡沫固定超聲探頭、操作流程標準化等方式，提高超聲測量腓腸肌形態學參數的信度。

本研究顯示，與俯臥位相比，站立位下肌肉厚度和肌纖維長度的測試者間信度和重測信度均優于俯臥位，這可能與站立位時肌肉張力增加，減小操作時探頭壓力對組織形狀影響有關。俯臥位下羽狀角測試者間信度和重測信度優于站立位，考慮與站立位重心調整有關，肌肉收縮的微小改變都可能降低羽狀角的測量信度。臨床可根據實際需要選擇更加合適的測量姿勢。

本研究顯示，俯臥位腓腸肌內側肌形態學測量SEM%均較小，且站立位測試者間SEM%更小，提示站立位下超聲測量準確性更高。俯臥位重復測量MDC%更小，提示俯臥位下測量敏感性更高，如需監測結構參數的變化，推薦在俯臥位下測量。值得注意的是，Suetta 等[26]發現，進行抗阻訓練12 周后，老年術后患者肌纖維長度和肌肉厚度分別增加22%和15%；de Boer 等[27]發現，肌肉廢用23 d 可導致羽狀角下降7%。因此，短期內肌肉的適應性改變相對較小，使用超聲測量腓腸肌內側肌的結構參數指導臨床決策時，需要將所得結果與SEM 和MDC 進行比較，謹慎得出結論。

本研究俯臥位下測量值與既往研究吻合。Narici等[22]對6 例健康青年男性腓腸肌內側肌進行測量，肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角分別為(2.0±0.2) cm、(5.1±0.4)cm、(17.3±2.6)°。McMahon等[23]對16例健康青年男性腓腸肌內側肌進行測量，肌肉厚度、肌纖維長度和羽狀角分別為(2.34±0.31)cm、(5.49±1.09)cm、(25.94±4.30)°，證明超聲測量方法可靠和有效。本研究顯示，站立位下腓腸肌羽狀角較俯臥位減小，肌纖維長度和肌肉厚度較俯臥位增大。既往研究也發現[28]，肌肉等長收縮時，肌纖維長度縮短，羽狀角增大，肌肉厚度增大。相關研究是在相同姿勢下測量肌肉放松至最大等長收縮時肌肉結構的變化[29]，無踝關節負重改變、平衡調節等因素的影響。

羽狀角站立位較小，可能的原因如下。①站立位時肌纖維受到牽拉：站立時，踝關節受重力作用發生踝背屈，為了維持立位姿勢，跟腱受到持續牽拉[30-31]，使肌纖維沿跟腱方向受到牽拉[32]，造成羽狀角減小。②站立位時踝關節角度變化：本實驗盡管施加了等長收縮條件，但踝關節處于收縮狀態時，踝關節還是不可避免地發生一定旋轉[33]，而關節角度變化對羽狀角的測量影響較大[34-35]，造成羽狀角減小。

肌纖維長度在站立位和俯臥位下的測量差異，考慮與肌纖維受到牽拉、測量位置移位等因素有關；且肌纖維長度由公式計算而來，受羽狀角和肌肉厚度測量影響較大。本研究顯示，俯臥位和站立位下，腓腸肌內側肌超聲形態學結構有明顯差異，有必要進一步完善站立位腓腸肌結構參數。

本研究對象僅限于健康、活躍的青年人，對于皮下脂肪含量較高或肌肉組織發生病理變化人群的測量可靠性未知，站立位超聲成像在不同人群中的應用還有待進一步研究；站立位結構參數與功能的相關性，以及是否能提供更多關于訓練或廢用后肌肉適應性證據，值得深入研究。

綜上所述，俯臥位和站立位下，腓腸肌內側肌超聲形態學測量均有良好的測試者間信度和重復測量信度，站立位下肌肉厚度和肌纖維長度的測試者間信度和重測信度均優于俯臥位，俯臥位下羽狀角的測試者間信度及重測信度優于站立位。腓腸肌的超聲形態學測量在兩種姿勢下均有較小的測量誤差，站立位較俯臥位誤差更小，但俯臥位較站立位更敏感。