剪切波彈性成像在肌肉、肌腱、周圍神經病變生物力學定量評估中的應用進展

劉博姬，徐輝雄

1. 同濟大學附屬第十人民醫院超聲醫學科，上海 200072；

2. 復旦大學附屬中山醫院超聲科，上海 200032

生物力學是生物學、力學和醫學結合的交叉學科，通過應用力學原理和方法對生物體中的力學問題進行定量研究。疾病中組織發生病變，可引起生物力學特征改變。因此，定量評估生物力學特征，能夠幫助診斷疾病和評估治療效果。剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）安全無創、操作簡便，且能夠實時動態地反映組織內生物力學信息，并進行定量測量，已廣泛應用于臨床。本文就SWE在肌肉、肌腱、周圍神經病變的生物力學特征定量的應用進展進行述評。

1 SWE基本原理及分類

SWE基本原理是基于對組織所受應力后變形程度或組織內剪切波速度的測量［1］，獲取組織楊氏模量值（單位：kPa）或剪切波速度值（單位：m/s），定量反映組織生物力學特性。SWE包括瞬時彈性成像（transient elastography，TE）、點式剪切波彈性成像（point shear wave elastography，p-SWE）、二維剪切波彈性成像（two-dimension shear wave elastography，2D-SWE）和三維剪切波彈性成像（threedimension shear wave elastography，3D-SWE），目前使用最廣泛的是2D-SWE。2D-SWE能夠實時動態操作，生成彈性圖像，并定量測量楊氏模量或剪切波速度。

2 SWE在肌肉疾病中的應用

SWE可以通過肌肉拉伸、放松或負荷的不同狀態來觀察和測量其硬度變化，反映正常肌肉組織學結構和生物學特性。另外，臨床上許多疾病可累及肌肉組織，造成肌肉組織生物力學特征改變。目前臨床上用于肌肉檢查的手段如觸診、肌電圖、肌張力測試儀等，存在操作復雜、主觀依賴性高等缺陷，而SWE能夠實時動態、定量測量，并且能針對特定的肌肉或肌肉群進行掃查和測量。

2.1 SWE在正常人群肌肉生物力學特征評估中的應用

多項研究［2-3］結果顯示，剪切波在收縮狀態的肌肉中傳播速度高于放松狀態的肌肉。Ward等［4］研究發現，肌肉在松弛狀態下其肌肉解剖橫截面積越小，楊氏模量值增加的幅度越大，且與增加的被動肌力呈正相關。Hirata等［5］的研究結果表明，人體小腿三頭肌松弛狀態下的踝關節角度各不相同，SWE可以確定肌肉松弛狀態下的關節角度，能更好地幫助判斷肌肉是處于松弛還是緊張狀態。Wang等［6］的研究發現，在主動力和被動力的產生過程中，主動收縮時，黏度與彈性之比幾乎保持不變，而在被動力增加時則顯著降低，表明SWE可以區分主動力和被動力。

2.2 肌肉損傷性疾病

肌肉損傷會導致肌肉硬度發生改變，通過硬度測量可以幫助診斷。Lv等［7］對兔子大腿肌肉進行加壓損傷，發現受傷區域肌肉組織的硬度均顯著高于周邊組織，原因可能是損傷后肌肉內炎性反應伴滲出引起組織變硬。鄭乙等［8］研究SWE在評價膝關節炎患者股四頭肌生物力學特征改變中的價值，結果顯示實驗組治療前的肌肉楊氏模量均值均低于對照組（P＜0.05），說明SWE可用于定量評估膝關節炎患者肌肉生物力學性能，這為膝骨關節炎的診斷及療效評定提供了新的依據。

2.3 肌肉退行性病變

肌肉的結構功能會隨年齡增長發生變化，SWE可以觀察測量隨著年齡變化肌肉硬度的變化［9-10］。Hsiao等［9］的研究結果表明，老年人肌肉楊氏模量值減低，可能與膠原纖維減少和組織化生缺失有關。Du等［11］應用SWE測量帕金森病癥狀顯著患者、帕金森病無自覺癥狀患者和健康受試者的肱二頭肌楊氏模量值，前兩組患者楊氏模量值顯著高于健康受試者，差異均有統計學意義（P＜0.05），提示SWE可為帕金森病的早期診斷提供客觀依據。

2.4 治療效果評價

SWE可以通過比較治療前后肌肉硬度的變化，達到評估治療效果的目的。Gao等［12］應用SWE評估骨療手法治療后腰大肌的硬度變化，結果顯示，骨療手法治療后，腰大肌的平均剪切波速度較前顯著降低。Yoshida等［13］應用SWE動態觀察腓腸肌肌肉損傷患者愈合過程中的硬度值變化，結果顯示，受傷一側肌肉瘢痕處的硬度值在愈合8～12周時明顯高于4周時的硬度。此外，Alfuraih等［14］研究了巨細胞動脈炎患者口服大劑量糖皮質激素治療前后肌肉硬度變化，發現患者在前6個月內近端腿部肌肉硬度明顯降低，SWE可以通過評估治療前后肌肉硬度變化來反映治療效果，然而目前仍需大樣本研究進一步驗證。

3 SWE在肌腱疾病中的應用

SWE可準確定位、實時觀察并行雙側對比掃查，近年來已應用于檢查肌腱正常及異常的患者。肌腱的緊張程度與其彈性測值密切相關，同時，肌腱內部結構復雜，SWE在實際掃查過程中無法時刻保持聲束與肌纖維走行完全垂直，從而出現各向異性偽像，因此需要在肌腱不同切面和功能狀態下分別評估其彈性值。研究［15］結果表明，剪切波在健康肌腱中的傳播速度大于病變肌腱，在收縮狀態時傳播速度大于放松狀態。

3.1 在正常肌腱生物力學特征評估中的應用

Arda等［16］對127名健康志愿者的跟腱進行了橫斷面和縱斷面的SWE掃查，結果顯示，男性跟腱平均楊氏模量值在縱斷面上高于女性，而在橫斷面上差異無統計學意義，同時發現測量群體中跟腱的楊氏模量值與年齡無相關性。亦有研究［17］建議跟腱SWE掃查應使用多個體位（靜臥位、跖屈位、背屈位），不同體位下其硬度值差異性較大。Aubry等［18］的研究結果表明，踝關節在背屈位下，健康跟腱縱斷面剪切波速度為7.03 m/s，橫斷面為4.76 m/s，各向異性系數為0.33；而在伸展位上，健康跟腱縱斷面剪切波速度為15.55 m/s，橫斷面為5.29 m/s，各向異性系數為0.66，背屈位和伸展位上測量的數據差異有統計學意義。

3.2 肌腱損傷或退行性變

肌腱在正常狀態下是一種相對較硬的組織，在發生損傷或退行性變時，肌腱的硬度出現不同程度的改變。Chen等［19］的研究發現，健康跟腱的平均楊氏模量約為291 kPa（范圍為261～300 kPa），顯著高于跟腱斷裂時的平均楊氏模量（56 kPa，范圍為3～228 kPa）。Zhang等［20］的研究表明，修復術后跟腱平均楊氏模量及功能評分與術前比較差異均有統計學意義。修復術后跟腱的楊氏模量值與肌腱功能顯著相關，表明SWE可用于評估跟腱愈合過程的生物力學信息，并預測肌腱功能狀態。

3.3 岡上肌肌腱及髕骨肌腱病變

岡上肌肌腱病變是導致肩關節疼痛和活動受限的常見病因。Rosskopf等［21］對岡上肌肌腱病變患者和健康志愿者進行SWE掃查，結果顯示，健康志愿者岡上肌肌腱的剪切波速度明顯高于岡上肌肌腱病變患者。Vasishta等［22］的研究發現，岡上肌肌腱楊氏模量值隨著肌腱病變程度加重而減低。Yurdai?k等［23］應用SWE檢測髕骨肌腱病變，結果表明，SWE評價髕骨肌腱病變的結果與磁共振成像的臨床評分一致，SWE可以作為一種安全有效的成像方法用于檢測髕骨肌腱病變，但仍需更多研究來探討SWE在肌腱病變中的潛在作用和應用價值。

4 SWE在周圍神經病變中的應用

SWE通過對周圍神經的生物力學特征進行定量測量，可為周圍神經病變的診斷和療效評估提供幫助。周圍神經的生物力學特征與病變及功能改變相關，而SWE可以通過獲取硬度值以及動態觀察硬度值變化來反映其生物力學特征的變化，以達到定量評估周圍神經病變的目的［24］。

4.1 糖尿病周圍神經病變

糖尿病可改變周圍神經的微結構，引起糖尿病周圍神經病變，是糖尿病患者的常見并發癥之一。He等［25］研究結果表明，糖尿病周圍神經病變患者的正中神經和脛神經剪切波速度均顯著高于健康志愿者。穆晶晶等［26］應用SWE分別對糖尿病合并周圍神經病變患者、糖尿病不合并周圍神經病變患者和健康志愿者的腓腸神經進行了評估，結果發現，糖尿病周圍神經病變患者腓腸神經的楊氏模量值顯著高于另外兩組，當取截斷值為51.65 kPa時，SWE診斷糖尿病周圍神經病變的靈敏度、特異度和曲線下面積分別為86.9%、89.7%和0.925。上述研究結果為SWE幫助早期診斷糖尿病周圍神經病變提供了依據。

4.2 腕管綜合征

腕管綜合征是最常見的神經卡壓性疾病。當腕管長期受壓，正中神經外膜增厚，瘢痕增生、神經纖維變性發生水腫或纖維化，導致神經硬度值增加。而SWE可動態實時獲取彈性值，客觀反映組織的病理生理學狀態。Kantarci等［27］使用SWE測量腕管入口處正中神經的硬度，結果發現，腕管綜合征患者的正中神經硬度明顯高于對照組（P＜0.05），且當正中神經楊氏模量值＞40.4 kPa時可高度懷疑腕管綜合征，診斷腕管綜合征的靈敏度、特異度分別為93.3%、88.9%。由此可知，SWE評估正中神經硬度用于腕管綜合征的診斷具有較高的可行性及較好的臨床應用價值。

4.3 視神經病變

此外，亦有學者將SWE用于視神經病變的評估。?ahan等［28］應用SWE測量偏頭痛患者和健康志愿者視神經的硬度，結果發現，偏頭痛患者視神經的硬度顯著高于健康志愿者（P＜0.05），且偏頭痛患者視神經的楊氏模量值與病程呈正相關（r=0.496，P＜0.01）。此外，還有相關研究［29-31］發現，白塞病患者、青光眼患者及子癇前期患者的視神經楊氏模量值均顯著高于健康志愿者。以上研究就SWE作為一種評估視神經病變的手段進行了驗證，但目前研究樣本量較小，需進一步對其可靠性及有效性進行探討。

5 SWE不足與小結

隨著臨床需求的不斷擴大，SWE的應用也在不斷擴展，然而SWE使用仍存在一些局限性，例如如何獲取高質量的SWE圖像、操作者主觀性、組織間各向異性的影響等。解決方案：一是要規范操作。SWE操作過程中應避免操作者人為造成的影響，避免探頭加壓，觀察有無加壓偽像，同時囑咐患者配合，觀察不同的狀態或體位。二是要注意圖像識別。操作者應經過多次培訓，對于不同疾病或狀態的SWE圖像有較好的識別能力，包括判斷是否為合格圖像、感興趣區的判定等。三是要考慮各向異性的影響。各向異性是肌骨超聲中常見的偽像，SWE掃查時應盡量保證探頭平面與肌纖維平行，保證測量數值的可信度［32-33］。

目前SWE用于肌肉、肌腱、周圍神經病變的研究樣本量較小，難免存在偏倚或誤差。并且，此類功能性疾病缺乏診斷金標準作為參考，SWE的應用價值需要進一步驗證。另外，肌骨軟組織大多位置表淺，不可避免地受到外力等因素干擾，影響彈性測值。最后，SWE反映的是組織硬度，當病變組織內部處于鈣化、纖維化、出血或壞死等病理狀態時，則會導致部分病變無法根據現有的標準進行評估，導致假陽性或假陰性結果的產生。

綜上所述，SWE在定量評估肌肉、肌腱、周圍神經病變生物力學特征時具有較好的應用前景，可以作為診斷疾病和評估治療效果的輔助手段，但需要減少或避免上述各類因素的影響，同時需要前瞻性、大樣本、多中心的研究進一步驗證。