膝骨關節炎常見經筋病灶點剪切波彈性模量研究＊

閆 鑫，潘晶晶，陳 菲，修 宇，王延珍，李 珩，周 明，張文鵬，何志玲，張書昊，崔 峰，吳金鵬＊＊

（1.淄博市中心醫院 山東 淄博 255000；2.天津中醫藥大學健康科學與工程學院 天津 301617；3.中國醫學科學院生物醫學工程研究所 天津 300192）

膝骨關節炎（Knee osteoarthritis，KOA）是以膝關節軟骨退變及骨質增生為特征的慢性關節疾病，好發于中老年人，其癥狀往往進展緩慢，隨著時間推移逐漸出現膝關節疼痛、腫脹、僵硬、畸形等癥狀，嚴重影響患者生活質量[1]。我國65歲以上KOA患病人群數量已居世界第2[2]，約1.2億人深受KOA困擾，且發病率逐年上升，給社會及家庭帶來了巨大壓力和沉重負擔。

目前臨床常用X線、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）等對KOA進行輔助診斷。X線主要關注患者的骨性改變，可以對病人骨皮、骨小梁、髓質及鈣化狀況進行清晰顯示，但無法充分顯示軟組織腫脹、半月板受損等情況，不利于醫師觀察[3]。MRI具有全方位、分辨率高、成像清晰、無創等優勢，可以通過多平面對膝關節內部結構及周圍組織（主要包括關節軟骨、韌帶、半月板、滑膜、肌腱等）進行展示，有助于醫師及時發現膝關節細微病變[4]，但MRI無法檢測軟組織的生物力學特性。剪切波彈性成像（Shear wave elastography，SWE）是近年來超聲領域快速發展起來的一種新興技術，通過外部振源向組織引入剪切波[5]，對軟組織的硬度進行測量與評估，具有直觀、客觀、實時、安全無創、便捷等優勢，目前已廣泛應用于肝纖維化、甲狀腺、乳腺、動脈血管斑塊等與硬度特征聯系緊密的診斷領域。

中醫經筋觸診是以經筋病灶點為診察對象，通過醫生觸覺判斷不同部位病灶點的硬度特征完成疾病診斷。但這一診斷方法千百年來長期以醫生觸覺體驗為依據，用粗略描述和形狀比喻表達硬度的程度和范圍，具有明顯的主觀性和經驗性，成為研究和總結經筋臨床經驗的關鍵瓶頸。SWE技術對于組織硬度特征的診斷優勢及多領域應用經驗為經筋病灶點的客觀化診斷提供了技術依據。為探索SWE技術應用于中醫經筋觸診客觀化的可行性，本研究以KOA為對象，選擇中醫臨床共識度高的經筋病灶點作為研究對象，采用SWE完成硬度特征研究，以期為中醫經筋觸診提供客觀依據，并從經筋病變角度探索KOA診斷新思路。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2020年11月14日-2021年1月18日，在淄博市中心醫院中醫科、疼痛科、骨傷科、頸肩腰腿疼科門診確診為KOA的患者41例作為觀察組，其中男性10例，女性31例，最小年齡41歲，最大年齡70歲，平均年齡（59.95±7.45）歲；身高最高 1.76 m，最矮 1.5 m，平均（1.63±0.66）m；體質量最大 95 kg，最小 50 kg，平均（69.13±11.07）kg；病程最長 20年，最短 0.5年，平均（4.87±4.74）年；X線影像分級Ⅰ級11例、Ⅱ級13例、Ⅲ級10例、Ⅳ級7例。同時選擇40名健康志愿者作為正常對照組，其中男性17例，女性23例，最小年齡35歲，最大年齡70歲，平均年齡（48.15±9.57）歲；身高最高1.8 m，最矮1.5 m，平均（1.66±0.71）m；體質量最大92.5 kg，最小50 kg，平均（65.83±9.91）kg。本研究方案經山東省淄博市中心醫院倫理委員會批準（202011006），在試驗開始前，所有受試者都充分了解設備安全性、受試者權利、研究目的以及試驗步驟，并簽署了知情同意書。

1.2 診斷標準

根據美國風濕病協會1995年修訂的膝骨關節炎診斷標準[6]：①近1月內膝關節反復出現疼痛；②X線片（站立位）示關節間隙狹窄、軟骨下骨硬化和（或）囊性變、關節邊緣骨贅形成；③滑液分析為典型的骨關節炎表現；④年齡≥40歲；⑤發病期間晨僵≤30 min；⑥關節活動時出現骨的摩擦音。具有上述的①和②，或者①，③，⑤和⑥項者，或者①，④，⑤和⑥項者，可以診斷為膝骨關節炎。

依據《骨關節炎診療指南》（2018年版）[7]中Kellgren-Lawrence影像分級，拍攝膝關節伸直位的正位片，雙側膝關節疼痛者拍攝嚴重的一側，由同一名高年資放射科醫生讀片觀察有無骨贅、關節間隙是否變窄、有無硬化性改變，是否明顯畸形，按K-L標準將KOA患者X線分級：①0級正常；②Ⅰ級可能有骨贅，關節間隙可疑變窄；③Ⅱ級有明顯骨贅，關節間隙可疑變窄；④Ⅲ級中等量骨贅，關節間隙變窄較明確，有硬化性改變；⑤Ⅳ級大量骨贅，關節間隙明顯變窄，嚴重硬化性病變及明顯畸形。

1.3 納入標準

KOA觀察組：①符合前述KOA的診斷標準；②年齡35-70歲；③精神無異常，能準確進行語言交流；④近半月內未用其他方式、藥物治療KOA者；⑤自愿試驗，有良好的依從性，并同意參加本試驗研究。

正常對照組：①健康志愿者無膝關節損傷、疼痛、炎癥史；②年齡35-70歲；③自愿試驗，有良好的依從性，并同意參加本試驗研究。

1.4 排除標準

排除標準：①非原發性膝骨關節炎，如痛風性關節炎、血友病性關節炎等；②合并心腦血管、肝、腎和造血系統等嚴重原發性疾病，精神病患者；③婦女妊娠及哺乳期；④接受過膝關節手術者；⑤下肢皮膚破損、潰爛、局部感染等不適應進行超聲檢查患者；⑥長期從事職業運動或重體力勞動；⑦合并下肢血管病變史。⑧因其他原因不能配合完成數據采集者。

1.5 檢測方法

1.5.1 觸診檢查及測試部位標記

根據文獻研究和兩輪專家問卷統計結果[8]，篩選出足陽明經筋的髕內下、髕外下，足少陽經筋的成腓間、陽陵泉次，足太陽經筋的委中次、合陽內，足三陰經筋的陰陵上、髎膝間8個臨床常見病灶點進行研究。由2名對經筋病灶點有豐富觸診經驗的經筋醫師對被檢者膝關節采用手觸診察法，根據膝關節各經筋線循行次序探查，在觀察組體表標記出這8個經筋病灶點；正常對照組由經筋醫師在相應筋結點位置處進行標記。經筋病灶點解剖位置見表1。

1.5.2 剪切波彈性超聲檢查

（1）儀器

采用法國聲科影像公司（Supersonic Imagine）的剪切波彈性成像超聲診斷儀AixPlorer，L4-15線陣探頭，頻率為4-15 MHz，超聲條件設定為肌骨超聲（Musculoskeletal ultrasound，MSKUS）模式，測量范圍0-800 kPa。

表1 KOA常見經筋病灶點解剖定位表

圖1 觀察組與正常對照組比較箱式圖

（2）檢測方法

受試者采取仰臥位和俯臥位，仰臥位時在被測試患側的腘窩處放置支撐墊。測試前休息5 min，自然呼吸，使下肢在整個檢測期間保持放松狀態。由一名有豐富經驗的超聲醫師依據肌骨超聲檢查規范[9]，對標記點行超聲檢查。在二維超聲引導下進入彈性成像模式（SWE），設定取樣框大小為2 cm×1 cm，探頭與肌腱纖維走行一致，聲束平面與肌腱、韌帶表面垂直，排除各向異性，靜置5 s待圖像穩定充滿時凍結保存，超聲醫師根據經驗在凍結圖像中的合適位置放置一個直徑為2 mm的定量分析取樣框Q-box確定病灶區，系統自動計算出每個Q-box的彈性模量均值（Mean）,每個標記點位置重復測量3次，取均值作統計分析，對經筋病灶點與正常筋結點的彈性模量值進行比較。試驗過程中使用導聲墊或大量耦合劑使探頭與所測部位充分貼合，緩沖外界探頭對所測部位施加的壓力。

1.6 統計學方法

將采集的各類數據錄入Excel表，使用SPSS 23.0進行統計分析，正態分布計量資料以平均值±標準差（）表示，非正態分布數據用中位數和四分位間距[M(Q)]表示。符合正態分布和方差齊性的兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗，不符合則采用非參數檢驗；符合正態分布和方差齊性的多組間比較采用單因素方差分析，不符合則采用非參數檢驗。計數資料采用百分數表示。以P＜0.05為差異有統計學意義。采用Spearman檢驗對觀察組的彈性模量值和X線分級進行相關性分析（相關系數是衡量兩個變量之間關系密切程度和方向的統計量。相關系數r取值范圍：（-1）-（+1）。r的絕對值大小，表示關聯程度的大小；符號“+”或“-”：表示正相關或負相關。一般說來，對r進行假設檢驗，且有統計學意義時，|r|＞0.7，則表示兩個變量高度相關；0.4＜|r|≤0.7，則表示兩個變量之間中度相關；0.2＜|r|≤0.4時，則兩個變量低度相關）。

2 結果

2.1 KOA觀察組與正常對照組彈性模量值

圖1顯示，觀察組8個經筋病灶點的彈性模量值較正常對照組均明顯增大，且差異具有統計學意義（P＜0.05），其中陽陵次的彈性模量值與正常對照組相比，增幅最為明顯；從圖2可以看出，X線不同分級組8個經筋病灶點的彈性模量值較正常對照組均明顯增大，且差異具有統計學意義（P＜0.05）；同時還可以看出，X線Ⅰ級組的彈性模量值就已經明顯大于正常對照組，且差異具有統計學意義（P＜0.05）。圖3為對照組與觀察組X線不同分級組8個經筋病病灶點的剪切波彈性成像圖，可以看出對照組Q-box取樣框內的超聲圖像均為藍色，X線Ⅰ級組為藍黃相間，X線Ⅱ級組開始出現紅色，X線Ⅲ級組為紅黃相間，X線Ⅳ級組均為紅色。

2.2 觀察組內X線不同分級組的彈性模量值比較

圖2 觀察組內X線不同分級組與正常對照組比較箱式圖

圖3 不同分組8個經筋病灶點的剪切波彈性成像圖

表2 不同X線分級組的彈性模量值比較()或[M(Q)]

表2 不同X線分級組的彈性模量值比較()或[M(Q)]

注：*表示P＜0.05。

彈性模量值P髕內下髕外下成腓間陽陵次髎膝間陰陵上委中次合陽內0.005*0.002*0.175 0.007*0.237 0.767 0.042*0.363Ⅰ級69.73(26.23)89.23(74.94)155.90(83.13)197.55±109.50 139.07(156.53)156.75±66.24 54.83(49.90)67.43(103.07)II級147.87(136.56)185.87(97.1)152.17(140.54)208.94±96.44 121.63(92.2)164.08±62.87 33.67(39.34)69.40(81.66)III級123.43(140.27)149.73(112.2)117.30(116.06)249.76±126.73 202.5(78.47)191.12±114.69 77.8(134.5)75.17(256.63)IV級155.70(123.87)153.37(125.34)371.93(463.63)392.99±148.72 162.23(91.1)164.59±52.33 67.81(387.2)122.7(230.6)χ2/F 12.947 14.801 4.961 4.727 4.235 0.381 11.062 3.193

圖4 X線分級與經筋病灶點彈性模量值的線性擬合圖

對8個經筋病灶點或筋結點X線Ⅰ級組、Ⅱ級組、Ⅲ級組、Ⅳ級組間的彈性模量值進行比較，結果顯示，髕內下Ⅰ級組的彈性模量值低于Ⅱ級組和Ⅳ級組；髕外下Ⅰ級組的彈性模量值低于Ⅱ級組；陽陵次Ⅰ級組、Ⅱ級組和Ⅲ級組的彈性模量值低于Ⅳ級組；委中次II級組的彈性模量值低于Ⅲ級組，差異有統計學意義（P＜0.05）（見表2）。

2.3 觀察組內X線分級與經筋病灶點彈性模量值的相關性分析

KOA患者X線分級與髕內下（r=0.417，P=0.007）、成腓間（r=0.431，P=0.005）、陽陵次（r=0.465，P=0.002）與委中次（r=0.426，P=0.005）的彈性模量值均呈明顯正相關，而髕外下、髎膝間、陰陵上與合陽內的彈性模量值與X線分級相關性不明顯（見圖4）。

3 討論

傳統中醫認為，膝關節周圍的軟組織肌肉、韌帶、滑膜、神經、血管等隸屬“筋”的范疇，KOA存在著“筋痹”到“骨痹”的轉變過程[10]，與現代臨床醫學主要關注骨性病變不同，中醫尤其是經筋領域專家學者更關注筋類軟組織損傷。薛立功[11]認為肌腱、韌帶、肌肉、骨的結合點受到牽拉力或收縮力最大的軟組織應力點是筋結點，而膝關節是人體最復雜、負重最大的關節[12]，再加上彈跳、長期負重或肥胖等因素，使得其周圍的筋結點出現反復損傷和自我修復，就會逐漸形成粘連、結節、條索，即形成經筋病灶點[12]。中醫觸診依靠對經筋病灶點的主觀感覺對KOA做出診斷，但是缺少客觀指標，不能令人信服。X線是目前臨床中診斷KOA的首選方法，主要關注KOA患者的骨性改變，但在實際臨床中應用中卻發現部分患者膝骨關節炎癥較為顯著，但其X線檢查結果卻并不明顯；部分患者X線檢查結果非常明顯，但其膝骨關節炎癥卻不是十分典型[13]。國外也有文獻報道，X線檢查結果與患者癥狀嚴重程度相關性較弱[14]。而磁共振成像MRI作為KOA診斷的另一種常用檢查手段，檢查效果雖好，但其價格昂貴，且用時較長，很難在基層推廣應用，在疾病的篩查應用中受到一定限制。肌骨超聲則是利用常規超聲設備的高頻探頭對人肌肉、骨骼及關節等部位進行檢查的超聲檢查方法，可對關節肌腱、肌肉進行動態、實時的觀察，對韌帶、半月板、滑膜及關節積液等組織液均具有較好的顯影效果[15]，且價格較低，可以作為KOA診斷的輔助檢查手段。但傳統肌骨超聲無法檢測膝關節附近軟組織的生物力學特性，而SWE可以定量評估軟組織的硬度特征，能夠彌補肌骨超聲的不足。本次研究通過SWE量化經筋病灶點的硬度特征，旨在為KOA的臨床診斷提供新思路。

本研究以正常人群和KOA患者為研究對象，首次采用SWE觀察KOA患者經筋病灶點和正常人對應位置筋結點的硬度值差異。結果顯示與正常對照組的筋結點比較，KOA觀察組及組內X線不同分級組經筋病灶點的彈性模量值均增大（P＜0.05），提示KOA患者經筋病灶點的硬度大于正常人。Wu等[16]使用SWE對50名健康志愿者膝關節附近的軟組織開展硬度特征研究，選取的檢測部位與本次研究大致相同，且結果與本次研究中正常對照組筋結點的彈性模量值相近，證明SWE可以用來評價正常人膝關節附近軟組織的生物力學特性。鄭乙等[17]探索了實時SWE在評價膝關節炎患者股四頭肌生物力學性能改變中的價值，結果顯示，觀察組治療前的肌肉彈性模量均值均低于對照組，且具有統計學意義，表明SWE可用于定量評估KOA患者肌肉的硬度特征。既往研究證明了SWE可以用于評價正常人和KOA患者軟組織的生物力學性能。而本次研究，在此基礎上對傳統中醫觸診經驗總結的經筋病灶點和筋結點的生物力學特性進行評價。結果發現，SWE可以直接且客觀檢測出KOA患者經筋病灶點與正常人筋結點存在明顯的硬度差異，實現了對經筋病灶點與筋結點的明確區分，為中醫觸診提供客觀化依據。

本次研究同時發現，在KOA早期，即X線Ⅰ級組患者的經筋病灶點的硬度就已經明顯增大（P＜0.05），提示KOA患者可能在骨性病變之前就已經發生軟組織病變。《素問·痿論》曰：“宗筋主束骨而利機關也。”古人認為筋的作用主要在于約束骨骼，以利于關節屈伸活動，保持人體正常的運動功能。雖然筋病不一定及骨，但骨病卻必定及筋[16]。現代中醫認為，在KOA發展過程中存在皮-肉-筋-骨的病機演變，筋痹是KOA發生發展過程中的必經階段，骨痹是筋痹發展過程的延伸和最終表現形式[8]。謝兵等[18]對多個動物實驗結果總結表明，“筋不束骨”的方法可以有效制備膝骨關節炎模型，其病理過程均為先出現軟組織病變而后出現骨性改變。薛立功[11]認為當軟組織有炎性病灶時，會在損傷部位出現大量滲出物形成纖維素，過多的纖維素機化形成黏連，不斷循環產生硬結、瘢痕，最后形成經筋病灶點。謝占清等[19]的觀點與薛立功相似，認為瘢痕組織質地變硬、形狀不規則分布、粘連攣縮對周圍組織的卡壓作用符合經筋病灶點特點，經筋病灶點的解剖實質就是瘢痕組織。以上動物實驗和理論研究提示，KOA患者可能在尚未出現骨性改變時，便已經存在因炎癥形成的經筋病灶點。而本次研究結果驗證了之前的研究結論，KOA早期患者在骨性改變之前便存在軟組織病變。此外，以往的研究使用常規檢查手段（X線、MRI、肌骨超聲）無法檢測到軟組織形態改變之前生物力學特性的變化，而SWE可以直接且客觀的顯示KOA早期患者軟組織硬度的變化，這為KOA的早期診斷提供了新思路。

本次研究還探索了X線不同分級組經筋病灶點彈性模量值的組間差異以及X線分級與經筋病灶點彈性模量值的相關性，結果顯示，髕內下、髕外下、陽陵次、委中次的彈性模量值組間差異有統計學意義（P＜0.05），并且髕內下、成腓間、陽陵次、委中次的彈性模量值與X線分級呈明顯正相關，髕外下、髎膝間、陰陵上與合陽內的彈性模量值與X線分級相關性不明顯，提示本研究中KOA患者軟組織損傷程度與骨性病變嚴重程度存在一定關系，但兩者之間并不存在顯著相關性。該結論與經筋臨床的觸診經驗高度吻合，初步證實了SWE技術應用于經筋觸診客觀化的可行性，也為中醫從經筋角度診斷、研究骨性疾病提供了新思路。張茜等[20]通過血流分級將36名膝關節滑膜炎患者分為4組，使用SWE觀察患者滑膜的彈性模量值，探索兩者相關性，其結果與本次研究接近，血流0級組與1、2、3級組間差異有統計學意義，血流組間1、2、3級差異無統計學意義。王挺等[21]通過二維超聲及超聲彈性成像技術對類風濕關節炎患者的股四頭肌肌腱進行評估，結果發現超聲彈性成像技術通過測量肌腱彈性獲得的診斷結果與二維超聲診斷結果具有較好的一致性。Yurda???k等[22]則是應用SWE觀察了77名髕骨肌腱病變患者，并與MRI結果做比較，結果表明SWE評價髕骨肌腱病變的結果與MRI的臨床評分一致。以上不同的研究結果均表明，SWE可以作為一種非侵入性且定量的成像方法用于評價軟組織病變，并且其檢測結果與現有各類診斷標準存在一定相關性，但今后仍需要做更多的研究來探討SWE在軟組織病變中與現有診斷標準的相關性及其潛在作用和應用價值。

本次研究納入KOA患者僅41例，相對于選取的8個病灶點，樣本量相對較小，今后類似研究應擴大樣本量或精簡需要檢測的病灶點數量；由于臨床中確診為KOA且X線分級為0級的就診患者太少，所以本次研究未能觀察到單純軟組織病變的KOA患者經筋病灶點的彈性模量值，后續研究若為探索建立新的KOA診斷標準，建議納入更多的此類患者。

綜上所述，SWE可以直觀且定量地觀察正常人筋結點與KOA患者經筋病灶點的硬度差異，可作為除X線之外的補充檢查手段，并能為中醫觸診提供客觀依據；X線I級組患者經筋病灶點便與正常人筋結點的硬度存在顯著差異，為KOA的早期診斷提供新思路；KOA患者X線分級與經筋病灶點硬度存在一定相關性，但仍需做進一步的研究。