剪切波彈性成像技術在膝關節半月板中的應用進展

葉 然，熊華花，楊俊興，邱建文

（1.廣州中醫藥大學深圳醫院（福田）體檢科，廣東 518034；2.廣州醫科大學 研究生院，廣東 510182；3.深圳市第二人民醫院 超聲科，廣東 518025；4.廣州中醫藥大學深圳醫院（福田）骨傷科，廣東 518034）

1 半月板的解剖、成分及功能

半月板是覆蓋在脛骨內側和外側平臺上的兩個新月形纖維軟骨，內側半月板呈“C”形，外側半月板呈“O”形。半月板主要由水（65%～70%）、膠原纖維（20%～25%）和蛋白多糖（＜1%）組成［1］。90%的膠原纖維是I型膠原纖維，環形排列的膠原纖維主要用于對抗外界負荷所帶來的張力，而放射狀排列的膠原纖維則主要為半月板提供縱向強度，避免發生縱行撕裂［2］。 膠原纖維之間分布著大量親水性的蛋白多糖，可以將水分子吸納入半月板組織中，有利于半月板內的液體儲存［3］。

半月板的主要功能包括填充關節間隙，擴大股骨髁與脛骨之間的關節面，將軸向負荷產生的力大面積地傳遞到關節軟骨和關節表面下，吸收沖擊，分散壓力，起到減震和緩沖的作用。同時可以在運動中防止膝關節過度伸展、過度彎曲和過度旋轉，以及防止股骨向前滑動，起到維持關節穩定的作用。還具有調節關節滑液的分布，起到關節潤滑的作用［1］。

2 半月板的常規影像學檢查

隨著老齡化人口的加劇及體育運動事業的開展，半月板退行性變和外傷性損傷正成為臨床常見的骨關節疾病。近年來的研究表明，半月板的損傷會加速膝關節軟骨病變，最終進展為膝骨性關節炎［4-6］。因此，半月板病變的早期準確診斷和積極干預治療具有重要的臨床價值。

目前診斷半月板損傷的金標準是關節鏡檢查，但其是一種侵入性檢查，多用于半月板確診損傷后的治療。磁共振成像（MRI）是診斷半月板損傷的首選且無創的檢查技術，有較高的信噪比、對比度噪聲比、空間分辨率和對比度分辨率［7］。然而，它不允許動態評估，容易產生運動偽影，而且價格昂貴，不能用于有禁忌癥的患者。

利用高分辨率超聲研究膝骨關節的形態學變化，已成為近年來的研究熱點［8］。然而有研究指出，高頻超聲對半月板損傷的檢出準確度明顯低于MRI［9］。

3 SW E的基本原理

剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）技術是通過探頭發射聚焦超聲波束，即聲輻射力脈沖序列，對目標組織施加激勵，使組織中產生橫向剪切波，高幀頻成像技術不僅可以檢測出組織中合成的剪切波，還可以定量測量其剪切波速度，然后將剪切波速度進行彩色編碼并疊加在二維灰階圖像上，從而得到彩色彈性圖譜。同時，該剪切波速度可以用來計算組織彈性，得到相應的楊氏模量值。組織的硬度越高，剪切波在組織中的傳播速度越快，相應的楊氏模量值就越大。由于不同組織或同一組織在不同病理時期的剪切波傳播速度不同，彈性模量值也不同，因此可以反映組織的病理變化程度［10-11］。該技術不依賴外力，具有安全性、有效性、準確性和可重復性等優點，因而被國內外眾多專家學者用來評估組織的彈性特征。

4 SW E在半月板檢測中的應用研究

SWE被廣泛運用于評估乳腺和甲狀腺腫物［12-13］，以及肝硬化［14］。在肌肉骨骼系統中，SWE也可以用于評估肌肉、肌腱和韌帶的彈性特性［15］，但對軟骨的研究極少。安秀艷等（2021）［16］利用SWE技術來評估早期膝關節骨性關節炎患者的關節軟骨，選取20例健康成人和20例早期膝骨關節炎患者作為研究對象，進行常規及SWE檢查，測量了髁間區和內側髁軟骨的厚度以及對應部位的楊氏模量。結果顯示，相同部位的軟骨厚度在試驗組和觀察組之間沒有差異；而同樣部位軟骨的楊氏模量，試驗組明顯大于對照組，具有統計學差異。該研究顯示，早期膝骨關節炎患者在其軟骨厚度還沒有發生明顯改變時，其彈性模量值已顯著高于對照組，說明軟骨的硬度增加，產生形變的能力下降，軟骨容易受到磨損，與組織病理學的改變相符合。該研究提示，SWE對于軟骨的早期退變有一定的檢測能力。

Bedewi等（2020）［17］使用SWE技術評估健康成人的內側半月板前角，選取17名24-30歲健康人群（1名男性，16名女性）作為研究對象，由兩名操作者分別對左右側共34個膝關節的內側半月板前角進行楊氏模量測量，分析彈性模量與身高、體重、BMI和性別、年齡的關系。結果顯示，右側的內側半月板前角楊氏模量為24.86±6.35kPa，其彈性模量值與高度呈顯著負相關，與體重、BMI和性別、年齡無顯著關系。左側的內側半月板前角楊氏模量為23.86±4.49kPa，其彈性模量值與年齡呈顯著負相關、與BM I呈顯著正相關，與身高、體重和性別無顯著關系。觀察者內部的可靠性系數為0.87，兩名觀察者之間的組間可靠性系數為0.78。盡管該研究的樣本量較少，而且存在明顯的性別和年齡偏倚，其數據的可靠性和有效性尚待進一步證實，但是其初步的研究結果提示，SWE可能是一種潛在的研究半月板硬度的工具。

周霞（2019）［18］將SWE與MRI結合應用于內側半月板前角退行性變的患者。試驗納入20例MRI異常的患者共23個半月板，以及30例MRI正常的共60個半月板。結果顯示，半月板退變組的彈性值比對照組增高，以楊氏模量30.20 kPa為界，診斷半月板退行性變的敏感性和特異性分別為82.6%和76.7%。對照組的內側半月板彈性值在左右側之間無統計學差別，并且與性別、年齡以及BMI均無統計學意義的相關性。其研究結果提示，SWE可以用來評估半月板的彈性特征，有助于超聲對半月板退行性變提供附加診斷信息。

Gurun等（2021）［19］同樣以MRI作為參考標準，研究SWE在半月板退變分級中的診斷效率。這項研究包括了50名需要進行雙側膝關節MRI檢查的患者。由兩名操作者分別對所有患者雙側膝關節的內側及外側半月板進行SWE測量。之后所有患者接受雙側膝關節MRI檢查，采用Lotysch等的MRI分級系統，對患者進行分組。結果同樣顯示，半月板的彈性模量值與MRI退變等級之間存在著顯著正相關，且與年齡之間也存在顯著的統計學正相關性，而與性別、身高、BM I和腳部使用偏好之間沒有顯著差異。此項研究還觀察到，內側半月板的硬度值要顯著高于外側。對于半月板的SWE測量，兩名觀察者內部的平均組內相關系數（intraclass correlation coefficient，ICC）＞0.89，兩名觀察者之間的平均組內相關系數＞0.92，顯示出可靠的可重復性。

Park等（2020）［20］則以病理組織學為標準，利用SWE研究半月板的變性。在該研究中，使用SWE評估13名因原發性骨關節炎伴內翻畸形而接受全膝關節置換術患者的15個內側半月板和15個外側半月板。他們先在手術前進行體內測量，再將手術后獲得的半月板放入特制的模具中進行體外測量。他們觀察到，隨著組織學變性的增加，無論在體內還是體外測得的彈性模量值均呈顯著增加，表明半月板的病理組織學和彈性模量之間存在著統計學意義上的顯著關系。同期還招募了5名健康志愿者，結果顯示，無論在患者組還是在對照組，內側半月板的楊氏模量值均明顯大于外側半月板，具有統計學差異。認為可能與內外側半月板的解剖結構密切相關，因此內側半月板比外側半月板更容易出現退化和撕裂。由于樣本量較小，他們沒有發現年齡與半月板硬度之間的相關性，但是其研究結果提示，SWE可以作為一種評估半月板變性的無創的診斷工具，值得進一步開展前瞻性的研究。

5 半月板修復術后的療效觀察

半月板損傷的治療，早期通常采用半月板全切除術或部分切除術。這種方法對于患者術后早期的功能恢復較好，但會導致軟骨損傷并加速骨關節炎的發生［21］。近年來，保留半月板結構和功能的關節鏡輔助下的半月板修復手術，已經取代半月板部分或全切術，成為治療半月板損傷的最佳選擇，并取得了較好的短期臨床效果。

膝關節功能評分量表是評估膝關節損傷和臨床療效的測評工具，臨床上普遍使用Lysholm量表評分（Lysholm knee score scale，LKSS［22］）和國際膝關節文獻協會（International Knee Documentation Committee，IKDC［23］）的膝關節功能評分量表對膝關節功能進行評價。上述評分表均為自我評估表，基于患者對治療前后的主觀感受來做出評判。然而，醫生對療效的評價通常與患者對癥狀的主觀感受是不一致的，如果患者對治療感覺不滿意，評分可能就不高。因此，在療效評價中缺乏客觀準確的量化指標。

雖然MRI在鑒別半月板變性和撕裂方面具有較高的靈敏性和特異性，但是在半月板修復愈合狀態的準確率只有77.6%［24］，難以準確評估半月板手術后的愈合情況，給臨床診斷帶來困擾。

馬寧等（2020）［25］利用體外構建的仿生組織工程軟骨修復羊膝關節軟骨損傷，通過組織學染色、點壓力學分析、超聲彈性成像檢查來評價修復效果，探討超聲彈性成像方法評估再生軟骨質量的可行性。他們先對雄性山羊的股骨髁負重區軟骨進行造模，然后將體外構建好的仿生組織工程軟骨植入造模后的軟骨缺損區進行修復。在術后3個月和6個月分別進行超聲彈性成像，然后取材進行大體評分、病理染色、糖胺多糖含量測定和力學檢測分析。結果顯示，6個月組的修復效果明顯優于其他各組，更接近于正常軟骨組織。超聲彈性成像檢查與對應取材后的標本從大體形態、點壓力學測試結果對比基本一致，認為超聲彈性成像可以作為術后移植物監測的檢查手段。

6 小結與展望

到目前為止，SWE技術應用于半月板的研究樣本量極少，難免存在抽樣誤差及選擇偏倚，研究尚處于初步探索階段，缺乏系統性。隨著自體軟骨細胞移植、間充質干細胞和生長因子的治療以及仿生組織工程技術等前沿醫學的快速興起，半月板的修復與再生正顯示出積極可觀的進展，半月板損傷后的成功治愈或將成為可能。因而迫切需要一種既簡單快捷又準確可靠的檢查手段，對半月板進行無創的影像學評估。

SWE是一種新型的超聲檢測技術，可以在靜息狀態下無需施加外力而實時測量軟組織的彈性值，能準確評估活體組織及其病變的彈性特征，有較高的臨床應用價值。未來隨著對半月板彈性成像大樣本量數據的采集，以及操作指南和診斷標準的制定，相信SWE技術在半月板損傷的診斷和療效監測中將具有廣闊的應用前景。