超聲多模態聯合技術評估膝骨性關節炎兔股直肌病變的應用探析

劉晶 林巧璇 宮玉榕

[摘要] 目的 探析利用超聲多模態聯合技術觀察膝骨性關節炎（KOA）兔股直肌形態學、血液灌注、組織硬度改變，為KOA骨骼肌慢性損傷的評估提供方法和客觀依據。 方法 將16只新西蘭大白兔采用隨機數字表法分為正常組和模型組，每組各8只。正常組常規飼養，模型組采用改良Videman法建立KOA兔模型。造模6周后，在髕上2 cm股直肌處，采用飛利浦EPIQ107超聲機測量KOA兔股直肌的肌肉羽狀角、肌肉厚度、肌肉周長和肌肉橫截面積評估股直肌形態學;采用ACUSON S2000超聲機進行造影成像，分析比較達峰時間、渡越時間評估股直肌血流灌注情況;采用Vivid E80超聲機進行應變彈性成像，測量股直肌彈性應變率比值評估股直肌組織硬度。結果 與正常組比較，模型組在肌肉厚度、橫截面積、肌肉周長、羽狀角方面均明顯變小，超聲彈性應變率比值明顯增大，達峰時間、渡越時間均明顯縮短，差異均有高度統計學意義（均P < 0.01）。 結論 超聲多模態技術聯合，優勢互補，可從形態學、血液灌注、組織硬度改變等方面客觀評估KOA兔股直肌病變情況，值得臨床推廣運用。

[關鍵詞] 超聲多模態;高頻超聲;超聲造影;超聲彈性成像;膝骨性關節炎

[中圖分類號] R445.1? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）03（a）-0147-05

[Abstract] Objective To provide a method and objective basis for the evaluation of chronic injury of skeletal muscles of knee osteoarthritis （KOA）， the morphological， blood perfusion and tissue hardness changes of rectus femoris muscle in rabbits with KOA were observed by using ultrasound multimodal combined technique. Methods Sixteen New Zealand white rabbits were divided into the normal group and the model group by random number table method， with 8 rabbits in each group. The normal group was fed routinely. The modified Videman method was used to construct the KOA rabbit model in the model group. After 6 weeks of modeling， 2 cm above the iliac at the rectus femoris， the muscle pennation angle， muscle thickness， perimeter and cross-sectional area of KOA rabbit femoral rectus muscle were measured using a Philips EPIQ107 ultrasound machine to evaluate the morphology of rectus femoris; ACUSON S2000 ultrasound machine was used for imaging， and peak time and transit time were analyzed and compared to evaluate the perfusion of rectus femoris; Vivid E80 ultrasound machine was used for strain elastography， and elastic strain rate ratio of rectus femoris was measured to evaluate tissue hardness of rectus femoris. Results Compared with the normal group， muscle thickness， cross-sectional area， perimeter and pennation angle in the model group were significantly decreased， the ratio of ultrasonic elastic strain rate was significantly increased， and the peak time and transit time were significantly shortened in the model group， the differences were highly statistically significant （all P < 0.01）. Conclusion Ultrasonic multimodal combined technique， complements each other's advantages， it can objectively evaluate the condition of KOA rabbit femoral rectus muscle from the aspects of morphology， blood perfusion， and tissue hardness change， which is worthy of clinical application.

[Key words] Ultrasonic multimode; High frequency ultrasound; Contrast ultrasound; Ultrasound elastography; Knee osteoarthritis

膝骨性關節炎（knee osteoarthritis，KOA）是最常見慢性骨關節病，我國中老年人群中癥狀性KOA患病率為8.1%[1]，已成為全球第四大致殘性疾病[2]。隨著我國人口老齡化加速，KOA發病率也呈上升趨勢，嚴重影響我國居民身心健康與生活質量。筆者所在團隊在前期文獻梳理中基于經筋體系筋骨平衡理論闡明了KOA“橫絡痹阻，氣血失和、筋骨失衡”的病機特點以及“筋和則骨正，橫絡解結，調筋以治骨”的治療思想。并創立針刀“解結法”，即采用針刀對KOA筋骨失衡模式下膝部足三陽、足三陰經筋常見筋結點進行松解，調暢經筋氣血、調節經筋力平衡，恢復筋骨平衡，達到“筋柔骨正，調筋治骨”的目的[3]。因此，精準評估肌肉、韌帶病灶點具有重要的臨床意義。然而目前肌肉、韌帶病灶點位置、范圍、性質評價還局限于以觸診為主要依據，無法客觀定位、定性，影響臨床療效。筆者所在團隊前期已經在超聲可視化引導針刀治療上進行了探索研究[4-6]，在超聲評估肌肉、韌帶病灶點方面積累了豐富經驗，提出超聲多模態聯合技術評估KOA骨骼肌病灶點的構想。本研究開展與KOA發病密切相關的股直肌作為研究對象的動物實驗進行驗證，證實超聲多模態聯合技術能夠從股直肌形態學、血液灌注、組織硬度等方面客觀評價股直肌病變情況，現報道如下：

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組

6月齡健康雄性新西蘭大白兔16只，體重（2.0±0.5）kg，訂購于上海松聯實驗動物責任有限公司[生產許可證號碼：SCXK（滬）2017-0008]，委托福建省中醫藥研究院實驗動物中心[SYXK（閩）2016-0005]代購并飼養。實驗動物單籠喂養，飼養房溫度20～25℃，濕度30%～60%。利用隨機數字表法將實驗動物均分為正常組、模型組，每組8只。動物處理方法按照中華人民共和國科技部頒發的《關于善待實驗動物的指導性意見》執行，并經福建中醫藥大學醫學倫理委員會審定。

1.2 主要儀器和試劑

1.2.1 儀器? 飛利浦EPIQ107超聲機，配備5～18 MHz高頻探頭;ACUSON S2000超聲機，配備低機械指數（0.06～0.10）的造影諧波成像軟件;Vivid E80超聲機，配備彈性成像分析軟件。

1.2.2試劑? 聲諾維（SonoVue，注射用六氟化硫微泡），注射劑，59 mg六氟化硫/支，注冊證號：BH20080059，生產廠家：Bracco Imaging B.V.;耦合劑，山東嘉百通生物科技有限公司。

1.3 造模方法及模型評價

正常組常規飼養，不予造模。模型組采用改良Videman法造模，參照Videman法[7]將兔子俯臥于固定架上，操作者牽拉實驗兔的左下肢，使之完全伸直（膝關節伸直180°，踝關節60°背曲），將脫脂棉包繞在膝關節周圍，然后以膝關節髕骨為中心，髕上2 cm到髕下3 cm的位置放置高分子石膏托（事先按照該長度將3層厚度的高分子石膏置于膝前側以膝關節髕骨為中心，髕上2 cm到髕下3 cm的位置，塑型備用），再用高分子繃帶從上到下由大腿根部向趾尖進行螺旋式纏繞1層。待高分子樹脂繃帶定型后，纏繞防啃咬繃帶從趾端向腹股溝進行套裹。行股骨內外側髁處軟骨組織標本蘇木精-伊紅（HE）染色光鏡觀察，檢測造模是否成功。

1.4 超聲檢測

腹腔注射10%水合氯醛溶液（3 mL/kg）麻醉實驗兔。左下肢剃毛，在髕上2 cm股直肌正中處用記號筆標記。將實驗兔仰臥位，膝部墊軟枕保持膝關節稍屈曲。高頻超聲檢查，使用EPIQ7超聲診斷儀器，選取肌肉骨骼超聲模式，運用高頻線陣探頭（5～18 MHz）在髕上2 cm股直肌正中處進行短軸和長軸成像，反復測量3次。超聲造影檢查，使用ACUSON S2000超聲機，選取造影模式，運用高頻線陣探頭（8～12 MHz）探頭在髕上2 cm股直肌正中處長軸成像，然后通過耳緣靜脈注入1 mL造影劑，記錄120 s造影圖像。超聲彈性成像，運用高頻線陣探頭（8～12 MHz）探頭在髕上2 cm股直肌正中處長軸成像，當出現清晰圖像后，選取彈性成像模式，進行彈性成像，反復測量3次。

1.5 觀察指標

1.5.1 超聲形態學指標? ①羽狀角：在高頻超聲長軸圖像中根據股直肌肌束的排列方向和深層肌腱膜的方向可以畫出肌束線和深層肌腱膜線，兩線的夾角即為羽狀角，測量羽狀角大小。見圖1A。②肌肉厚度：在高頻超聲長軸圖像中測量股直肌淺筋膜與深筋膜的的距離。見圖1B。③肌肉周長和橫截面積：在高頻超聲短軸圖像中測量股直肌周長和橫斷面積。見圖1C。

1.5.2 超聲組織硬度質變? 采用超聲彈性成像分析軟件分析彈性成像圖，以股直肌中心位置與皮下組織的應變值比值作為股直肌的彈性應變率比值。見圖1D。

1.5.3 超聲血流灌注指標? 采用超聲造影圖像分析軟件分析120 s造影圖像的增強時間-強度曲線（time interensity curve，TIC），得出達峰時間、渡越時間。見圖1E。

1.6 統計學方法

采用SPSS 22.0對所得數據進行統計學分析，計量資料采用均數±標準差（x±s）表示，采用兩獨立樣本t檢驗。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組股直肌超聲形態學結果比較

與正常組比較，模型組在肌肉厚度、橫截面積、肌肉周長、羽狀角方面均存在不同程度縮小，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。見表1。

2.2 兩組股直肌超聲彈性成像組織硬度比較

與正常組比較，模型組股直肌超聲彈性應變率比值明顯增大，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。見表2。

2.3 兩組股直肌超聲造影血流灌注結果比較

與正常組比較，模型組股直肌造影達峰時間、渡越時間均明顯縮短，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。見表3。

3 討論

現代醫學認為KOA發病主要與生物化學因素及生物力學因素有關，是在生物學和力學因素共同作用下導致的軟骨細胞、細胞外基質、軟骨下骨三者降解和合成正常耦聯失衡的結果[8-9]。近年來骨骼肌機能下降造成的膝關節力平衡失調是導致KOA疼痛及功能障礙的重要原因，現已獲得廣泛共識[10-11]。研究表明異常姿勢、外傷等均可引起膝關節骨骼肌慢性損傷[8-9]。當肌肉協調功能下降，會導致膝關節生物力學失衡，在膝關節失衡情況下，肌肉韌帶會出現嚴重代償作用，為適應膝關節多個平面的運動負荷，通過肌肉收縮力及韌帶的力臂變化來維持膝關節的動態穩定性，促使膝關節對不同部位的負荷重新分配[12]。當失代償時，就會出現嚴重的畸形，如內側關節間隙變窄，股脛角度增大，將加重關節軟骨與半月板之間的磨損，引起膝關節退變[13]。從中醫角度來看，《素問·五臟生成》曰：“諸筋者，皆屬于節。”膝為筋之府，足三陽經筋和足三陰經筋循行結聚于膝關節。《靈樞·經脈》曰：“骨為干，脈為營，筋為剛，肉為墻。”骨作為樹干支撐起人體結構，筋肉作為“節”提供動力和支撐。《素問·痿論》曰“宗筋主束骨而利機關也”，足三陽經筋和足三陰經筋能約束骨骼，以利于關節屈伸，保持膝關節正常運動功能。《靈樞·刺節真邪》曰：“一經上實下虛而不通者，此必有橫絡盛加于大經之上，令之不通。”當外邪客居，臟腑氣衰，邪氣盤踞關節，筋骨失養，關節僵硬變形無法維持力線，膝關節筋骨力平衡失調。因應力集中膝關節受力情況發生改變，出現“筋結”等病理性產物。而經筋失衡與骨損傷變互為因果，當筋骨失衡未達到調整，關節運動紊亂模式沒有得到糾正，惡性循環而發為KOA，出現膝關節疼痛、功能障礙。綜上，現代醫學和中醫理論均認為“筋骨失衡，以筋為先”是KOA的主要發病機制。因此，根據KOA“筋骨失衡”的失衡模式，精準評估肌肉、韌帶病灶點具有重要的臨床意義。

肌電圖、CT、磁共振成像，超聲影像技術均運用于肌肉、韌帶病變的評估，但肌電圖、CT、磁共振成像都有一定局限性。肌電信號與肌音信號是通過生物電信號改變來評價肌肉功能，無法直觀、精準地辨別病灶點所處位置、范圍等情況，并且肌電信號與肌音信號容易受到周圍干擾因素影響，從而影響對骨骼肌評估[14]。X線、CT檢查是通過射線穿透組織強弱能力來反映骨骼相關疾病，但其在肌肉等軟組織分辨率上仍存在著不足[15]。磁共振成像技術具有觀察軟組織最佳分辨率、無輻射等優點，但不能夠動態軟組織成像以及對血流信號、肌肉彈性等進行判斷，且設備及檢查費用昂貴[16]。而超聲影像技術可對皮下脂肪、肌肉、韌帶、神經、血管、骨等組織均有較好分辨力，能清晰顯示局部軟組織解剖層次和其動態影像，且具有可對比性、無輻射等優點[17-19]。研究表明高頻超聲可以測量肌肉羽狀角、肌肉厚度、肌肉周長和肌肉橫截面積，評價肌肉的形態功能變化[20]。超聲造影通過比對達峰時間、渡越時間，能有效定量骨骼肌的微循環變化[21]。超聲彈性成像通過彈性應變率測量評估病灶區彈性變化[22]。基于此，本研究提出超聲多模態聯合技術評價KOA經筋病灶點的構想，即通過超聲多模態聯合，循膝部常見經筋病灶點處的肌肉、韌帶、滑囊、軟骨等軟組織進行探查，從形態學、血流信號、組織硬度等方面評價，從而實現膝骨性關節炎肌肉、韌帶病變的精準客觀評估。

本研究結果顯示，與正常組比較，模型組在肌肉厚度、橫截面積、肌肉周長、羽狀角方面均明顯變小，超聲彈性應變率比值明顯增大，達峰時間、渡越時間均明顯縮短，差異均有高度統計學意義（P < 0.01）。這與KOA的骨骼肌慢性損傷病理相關研究相一致[12-13]。骨骼肌慢性損傷后的愈合過程主要有炎癥、再生和纖維化三個階段，結局是肌纖維走向紊亂，肌纖維束萎縮伴纖維化，肌間隙炎性細胞浸潤，影響骨骼肌功能。肌纖維走向紊亂，肌纖維萎縮，則肌肉寬度、周長和橫截面均變小;肌纖維束纖維化則硬度增加;炎性細胞浸潤，毛細血管擴張，則血流灌注充盈。

綜上所述，超聲多模態技術聯合，優勢互補，可評估肌肉等軟組織形態學、血液灌注、組織硬度改變，為KOA肌肉等軟組織的病變的評估提供客觀依據。本研究存在樣本量有限，缺乏臨床數據等不足。后續研究會進一步設計動物和臨床實驗研究，規范檢測流程，制定KOA分級診斷的量化評定標準，為KOA精準分級診斷及治療奠定基礎。

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（收稿日期：2019-09-19? 本文編輯：顧家毓）