多模態超聲成像在腦卒中患者腓腸肌痙攣評估中的應用

陳明珍，姜凡，單永，洪永鋒，劉學，肖洪波，陳瑞全

1.安徽醫科大學第二附屬醫院，a.超聲診斷科；b.康復科，安徽合肥市 230601；2.安徽中醫藥大學第一附屬醫院針灸康復中心一科，安徽合肥市 230031

腦卒中是高發病率和高致殘率的腦血管疾病，目前已發展為全球性公共衛生問題[1]。痙攣是腦卒中后常見的運動功能障礙，表現為肌肉僵硬、肢體攣縮和運動模式異常，可導致患者殘疾[2]。臨床對痙攣的評估常用改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)，然而量表評定主觀性強，可靠性不佳[3]。近年來，高頻超聲在肌骨系統應用越來越廣泛：二維灰階超聲提取的肌肉厚度(muscle thickness,MT)、羽狀角(pinnation angle,PA)、肌纖維長度(fascicle length,FL)等肌肉結構參數(muscle architecture parameters,MAP)，不僅能反映肌肉的形態結構信息，還可以評估力學變化[4-5]；剪切波彈性成像(shear wave elastography,SWE)通過檢測聲波在目標組織中的傳播速度，實現對組織硬度的可視化定性和機械特性定量研究，在評估肌肉痙攣方面有較好信度[6-7]。本研究探討多模態超聲定量評估腦卒中后腓腸肌狀態的價值，揭示腦卒中后腓腸肌痙攣的形態結構和生物力學變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019 年3 月至9 月在安徽醫科大學第二附屬醫院住院接受康復治療的腦卒中偏癱患者44例為試驗組，均符合中華醫學會神經病學分會制定的腦卒中診斷標準[8]。

納入標準：①單側下肢運動障礙；②患側下肢MAS 分級≥I級，健側肌張力正常；③意識狀態良好，能配合研究。

排除標準：①嚴重認知、言語障礙；②嚴重骨骼-肌肉系統疾病或畸形；③嚴重的重要臟器疾病；④不能做關節最大等長收縮。

剔除與脫落標準：①臨床數據不完整；②采集過程中圖像質量不滿意。

選擇同期在安徽醫科大學第二附屬醫院健康體檢者46例為對照組，無腦血管病、腿部外傷史，無手術史及嚴重肌肉或骨骼疾病。

兩組性別、年齡無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經安徽醫科大學第二附屬醫院倫理委員會批準〔No.PJ-YX2019-056(F2)〕，獲得所有研究對象知情同意。

1.2 方法

采用Canon AplioI 900 彩色多普勒超聲診斷儀(日本 佳能公 司)，PLI-1205BX 探頭(4～18 MHz)和PLI-2004BX探頭(8.8～24 MHz)，musculoskeletal模式。

受試者俯臥于檢查床，雙足伸出床沿自然下垂，裸露雙側小腿，踝關節保持中立位。囑受試者抗阻踝跖屈顯示腓腸肌輪廓，定位腓腸肌內側頭脛骨外側髁和外踝連線中上1/3交點的肌腹處[9]，標記定位。厚涂耦合劑，避免肌纖維受壓發生形變。探頭垂直于皮膚置于標記處，與小腿長軸平行，獲得矢狀面圖像。對受試者足底施壓，讓受試者盡力做踝關節跖屈，測量最大等長收縮狀態時腓腸肌參數，為防止肌肉疲勞，囑受試者放松。

二維灰階超聲定位，調節增益、深度等獲取清晰肌纖維回聲圖像，凍結。感興趣區內深層強回聲腱膜與斜形走行的弱回聲肌束之間的夾角為PA；深層和淺層平行強回聲信號帶之間的距離為MT；最長的斜行弱回聲帶為FL，如超出超聲探測范圍，用平行四邊形模擬公式計算：

見圖1。

圖1 腓腸肌內側頭矢狀面聲像圖

開啟SWE 模式，剪切波速度(shear wave velocity,SWV)量程0.5～12 m/s，得到組織彈性圖，紅色圖像表示硬度高，藍色圖像表示硬度低。感興趣區內顏色充填均勻時凍結圖像，Size 2 取樣框，在距離皮膚層1.0 cm和1.5 cm處分別測量5個SWV[2]，取10次測量的平均值。見圖2。

圖2 SWE圖像

更換24 MHz 高頻探頭，啟動超微血管成像(super microvascular imaging,SMI)模式，速度標尺0.9 cm/s，調整取樣框，調節彩色增益至顯示清晰圖像，選擇血流最豐富的切面凍結，系統自動生成血流信號值，用血流像素數與取樣框內總像素數的百分比表示。見圖3。

圖3 SMI圖像

超聲檢查由同一位從事超聲工作2年的醫師完成。所有數據存盤以備脫機分析。

1.3 統計學分析

采用SPSS 25.0 統計軟件處理數據。計數資料采用χ2檢驗；計量資料以()表示，符合正態分布的，采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布的，采用秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

靜息狀態下，試驗組患側SWV 明顯高于健側和對照組(P＜0.01)。試驗組患側FL 明顯縮短(P＜0.01)，MT和PA 均高于健側(P＜0.05)。血流信號值低于對照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組靜息狀態下腓腸肌超聲參數比較

最大等長收縮狀態下，兩組FL 均較靜息狀態時顯著減小(P＜0.001)。見表3。

表3 兩組靜息與最大等長收縮狀態下腓腸肌FL差值比較(mm)

3 討論

痙攣是上運動神經元受損，導致對脊髓牽張反射調控障礙的肌張力增加[10]。痙攣性癱瘓是腦卒中后常見的并發癥，腦卒中患者痙攣患病率為30%～80%[11]。腦卒中后，下肢肌肉特性存在不均勻變化[12]。

目前評定肌痙攣的方法很多。臨床廣泛使用的MAS以觸診為基礎，存在測試誤差[13]。表面肌電圖通過記錄神經肌肉生物電信號反映肌肉功能，但易受鄰近肌肉活動的影響[14]。力學評估方法，如等速測試指標、扭矩測定等，因設備昂貴、受場地限制等，難以在臨床使用，且不能識別肌肉、肌腱的力學變化[15-16]。

肌肉功能改變與其形態結構、機械特性的改變相關[17]。肌骨超聲成像能從形態學和生物力學客觀評價肌肉功能，不但能了解痙攣程度，還可以客觀評價治療效果。

二維灰階超聲能夠區分肌組織的細微結構，MAP受牽張力矩影響，可客觀評價肌張力[18-19]。Yang 等[20]發現，腦卒中患者患側腓腸肌MT 和PA 高于健側，FL減少，與本研究結果一致。腦卒中后肌肉痙攣，使肌纖維向心性收縮，拉伸扭矩增加，垂直于肌束膜的扭矩分量和軸向扭矩角增加。肌纖維幾何排列結構與肌肉的機械力學特性相關，影響肌肉收縮功能[21]。Thielman 等[22]研究表明，PA 增大和FL 減少意味著肌纖維排列減少，運動方向上肌肉收縮力減小，運動功能下降。本研究數據與劉美快等[23]的結果不同，可能由于本組患者病程較長，肌肉結締組織、Ⅱ型纖維增多[24]。FL 是最重要的肌肉結構參數，它與肌節數相關，是決定肌肉短縮速度和幅度的關鍵因素[25]。已有研究發現[26]，腦卒中后偏癱側肢體肌節縮短，收縮功能減退，在最大等長收縮狀態下，腦卒中患者患側FL縮短最小。

肌張力增加不僅涉及肢體運動阻力，還包括肌肉或結締組織的物理特性[27]。Lee 等[28]認為，腦卒中后肌肉痙攣的機制可能與肌肉結構改變，如肌動蛋白連接的橫橋數目減少、肌節縮短等有關。對腦癱患者進行肌肉活檢發現[29]，痙攣性肌細胞肌節比正常肌細胞短，彈性模量高。另外，腦卒中后肌肉成分改變也會導致肌肉硬度增加，相關病理基礎是痙攣肌肉的細胞外基質和膠原濃度增加，結締組織浸潤[17]。

SWE是一種無創量化評估肌肉力學特性的超聲成像技術，可獲取組織內SWV；對SWV 進行彩色編碼，實時轉換為彩色彈性圖，從而實現對組織硬度的可視化定性與定量研究[30]。美國食品藥品監督管理局推薦使用SWV 量化評估組織彈性[31]，以避免肌纖維各向異性導致的彈性分布不均勻。SWE與臨床痙攣指數正相關[32]。腦癱、腦卒中等疾病患者，痙攣側肌肉SWV 明顯高于健側[33-35]。本研究顯示，腦卒中患側腓腸肌SWV 高于健側及對照組，與Le Sant 等[36]的結果一致。SWE量化單一肌肉力學特性，對肌痙攣的康復干預，尤其是協助肉毒毒素精準注射有重要價值[37]。

既往研究顯示[38]，腦卒中患者腓腸肌血流減少，而彩色多普勒超聲成像受敏感性限制，不能客觀反映肌層低速血流，評價存在偏差。SMI 是一種新的多普勒技術，具有較高分辨率，可以清晰顯示和定量分析直徑＜0.1 mm 血管中的血流分布特點。與彩色多普勒超聲成像比較，SMI 能區分探頭移動造成的偽像與真正的血流信息，高敏感、高分辨率顯示微細低速血流[39]，在肝臟、骨骼肌、乳腺等均有較好應用[40-41]。本研究顯示，采用SMI評價腦卒中患者患側腓腸肌內血流，可以定量獲得患側腓腸肌內血管密度，準確評估腦卒中后肌肉血供減少程度。

多模態超聲成像具有操作簡便、客觀精確、安全無創等優點，但也有不足之處。當受試者肌肉出現損傷、出血、鈣化，若操作者訓練不足，對超聲探頭壓力控制不穩定，可能會影響超聲成像結果。以后將采用表面肌電圖保證測量時肌肉處于最大等長收縮狀態。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。