多模態超聲技術評估肌肉萎縮的應用進展

賀曉林, 楊德斌, 王迎春

肌肉萎縮是以進行性骨骼肌細胞退化為主要臨床表現,發病范圍較廣,多繼發于腫瘤惡病質、慢性心力衰竭、糖尿病等全身系統性疾病,也可為失神經后或特發性。隨著全球人口老齡化,老年肌萎縮患者數量逐漸增多,發病率逐年上升[1]。由于肌肉功能狀態下降將帶來各種社會問題,發生運動障礙、跌倒、骨折甚至死亡的風險明顯增加,給患者個人及社會帶來沉重負擔[2]。肌肉萎縮多以治療原發病、增強肌肉鍛煉及外源性補充神經肌肉營養性因子等支持手段為主,多數萎縮肌肉經營養健康干預可取得較好的臨床療效[3],肌肉萎縮早期診斷及評估是指導臨床治療干預的前提,因此對于肌萎縮早期診斷至關重要。

組織活檢是評估肌肉萎縮的金標準,用來觀察肌纖維局部組織結構的微小變化,但該有創性檢查并不適合所有患者[4]。MRI通過各序列的成像模式,信號強度變化進而敏感又客觀地描述肌肉水腫、萎縮及代謝改變,同時MRI可提供多角度、多層面的整體圖像,有利于臨床醫師直觀理解病變位置、范圍,但MRI具有一定的局限性,檢查時間長、費用高,難以進行病情進展及治療效果的對比觀察[4],植入金屬器械的患者則限制了該技術的運用。超聲和MRI均可反映肌萎縮與發病時間的相關性以及肌萎縮發展的嚴重程度,但MRI則更為敏感[5],且能區分病變是否為神經源性或肌源性,相對于諸如面部或其它表淺肌群形態觀察,超聲和MRI均可測量肌肉厚度,能及時、定量分析肌肉萎縮情況。肌電圖在臨床中應用較廣,其原理是用電子設備記錄肌肉在靜止或收縮時的生物電信號,可對患者的神經、肌肉方面的功能進行檢查,增加對其興奮傳導的作用,進而達到評估周圍神經、神經元、神經肌肉接頭及肌肉自身的功能狀態的目的,并可用來量化評估神經驅動肌肉的過程[6],但該檢查需患者良好的配合且為有創檢查。然而,上述評估肌萎縮的方法要么有創,要么昂貴,從而限制了臨床廣泛運用,隨著超聲技術的發展,超聲對軟組織的精細分辨率可以和MRI媲美。

肌肉質量評估是評價肌萎縮最重要的因素,使用新興和有廣泛應用前景的超聲技術,如彈性成像、超聲造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)等,可對肌肉的不同特征質量,包括肌肉彈性、微循環灌注,在休息和體力活動等狀態下的肌肉內脂肪組織含量進行評估測量[7];并且基于超聲技術便捷、實時、動態等優勢[8],有利于超聲技術在肌肉骨骼疾病的診斷中廣泛運用。

高頻超聲是評估肌肉萎縮的有效手段

回聲強度、厚度是判斷肌肉萎縮較為可靠的指標(圖1),并可通過雙側對比觀察肌肉回聲強度、厚度、橫截面積及羽狀角等指標評估肌萎縮程度。肌萎縮時回聲強度增高、厚度變薄,反映了肌肉功能和質量的下降[9]。吳優等[10]分析了周圍性面癱患者面部表情肌厚度、回聲強度及肌纖維改變,結果顯示回聲強度高于健康人群,肌厚度小于健康人群,肌纖維不良改變與面肌萎縮無明顯相關性;肌肉橫截面積指短軸觀垂直于肌纖維方向上的肌肉最大截面積,肌肉處于萎縮狀態時,超聲顯示其面積減小,短棒狀回聲斑信號增多,網絡樣回聲連續性消失,萎縮程度也與發病年齡呈正相關[11];羽狀角是指肌纖維方向與腱膜或肌腱在收縮力量方向上的夾角,隨著角度增大,收縮力量就越大。羽狀角度的大小可用于評價肌肉功能改變,已經被證實與肌肉的最大收縮力和運動范圍有關[7]。劉晶等[12]觀察膝關節炎患者股直肌超聲形態變化,并與健側膝關節進行對照,結果顯示觀察組萎縮的股直肌羽狀角、肌肉厚度及橫截面積均明顯小于健康組;肌纖維長度不僅可用于評價肌肉的內在形態結構,并對評價肌肉功能具有一定意義,肌肉萎縮時,肌纖維長度變短。Nelson等[13]觀察了腦卒中患者肱二頭肌、長頭肌以及肱三頭肌內側頭肌的肌肉纖維長度,研究顯示上述肌肉肌纖維長度較正常人群縮短,且縮短程度與腦卒中的嚴重程度相關。

圖1 正常小腿肌肉群二維超聲圖像,其中腓腸肌外側頭(GL)、腓腸肌內側頭(GM)、比目魚肌(SOL)橫切面顯示肌肉為低回聲、層次清晰,排列整齊。圖2 腓腸肌內側頭(GM)剪切波彈性成像,顯示肌紋理呈線狀,T1、T2為感興趣區。

大量研究證實,高頻超聲技術是評估肌肉質量與功能的有效工具,可動態評價肌肉萎縮患者的治療效果。然而,現階段就高頻超聲肌肉萎縮診斷方面尚沒有出臺診斷指南及專家共識,缺乏廣泛認可的標準。

彈性成像在評估肌肉萎縮中肌肉硬度的應用

超聲彈性成像技術主要分為應變力彈性成像(strain elastography,SE)和剪切波彈性成像(shear wave elastography,SWE)。SE是利用準靜態手法,如手動、探頭壓迫或心臟、呼吸運動等誘發組織形變,然后通過測量組織形變程度進行成像,顯示感興趣區內應變的分布,其對淺表肌群評估可行性高,但對于深部肌肉器官的成像受到很大限制;同時,此檢查方法由于操作者每次施加的壓力不同難以保證結果的一致性[14]。

SWE原理是通過探頭發射聲輻射力脈沖在組織不同深度上連續聚焦對組織施加激勵從而產生橫向剪切波,以彩色編碼技術實時顯示組織的彈性圖,并通過測量剪切波速度(shear wave velocity,SWV)及楊氏模量定量評價組織硬度[3],SWE可以在二維灰階超聲引導下顯示組織彈性的彩色編碼圖像,系統自動計算相應區域的彈性模量值(圖2)。SWE被認為是一種簡單方便的技術,可以直接獲得組織的彈性模量,反映組織的硬度。它具有不需要操作者施加壓力、實時二維成像引導、定量檢測、測量結果不受操作者影響以及良好的可重復性等優點[15]。正常情況下,腓腸肌在松弛狀態下的楊氏模量約16.5 kPa,在收縮狀態下約225.4 kPa;比目魚肌在松弛狀態下的楊氏模量約14.5 kPa,在收縮狀態下約55 kPa。目前SWE越來越多地用于評估肌肉組織,通過測量組織剪切波速度來量化彈性特征,定量評估肌萎縮的程度及肌張力,避免了手觸診法評估肌肉組織硬度的主觀性[16]。岡上肌肌腱撕裂后,岡上肌表現為肌肉萎縮、脂肪浸潤從而失去彈性。Rosskopf等[17]應用SWE技術與MRI光譜測量技術(采用Goutallier評分法)對22例健康人群與44例岡上肌肌腱撕裂患者進行對比分析,結果顯示SWV與肌肉萎縮程度有關,SWV隨著肌肉脂肪浸潤的不同階段而變化。岡上肌肌腱的剪切波速度在脂肪浸潤的早期(Goutallier 0～Ⅲ期)隨著脂肪含量的增加而降低,而在后期(Goutallier Ⅳ期)隨著脂肪萎縮而升高。Maslarska等[18]比較了健康人群與慢性心臟病患者在靜息時前臂屈肌和腓腸肌的肌肉僵硬程度,結果顯示慢性心臟病組SWV顯著降低。郭憶等[19]運用SWE評估了51例腦卒中后伴發單側下肢運動障礙患者的小腿三頭肌(腓腸肌內、外側頭及比目魚肌)彈性特征,結果顯示患側小腿三頭肌SWV明顯較健側增高,硬度明顯增加,牽拉后雙側小腿三頭肌SWV明顯增快。以上研究充分證明了SWE對肌肉硬度的評估是有效、可靠的,但SWV并不是穩定不變的,會隨著探頭聲束的方向與肌纖維排列的角度變化而發生變化,當剪切波與肌纖維兩者之間處于平行狀態時,達到最快的傳播速度。

SWE已廣泛應用于肝臟、甲狀腺、乳腺、前列腺、腎臟和血管病變的診斷,SWE在骨骼肌機械特性的評估中有很好的應用前景,但目前國內外尚缺少使用超聲和SWE評估診斷肌萎縮的相關指南和共識,且在臨床評估與其他檢查方法的比較、在眾多測量參數中如何進行選擇以及SWE變化與肌肉萎縮程度之間的相關性等方面還有待進一步研究。

超聲造影在評估肌肉萎縮微循環灌注中的運用

肌肉萎縮與循環因素密切相關,微循環受損、肌肉內血流減少和一氧化氮生成減少被認為是肌萎縮出現和進展的因素[3],CEUS應用靜脈微泡來評估組織微循環灌注。Mitchell等[20]使用CEUS檢查了14例年輕和22例老年健康男性進食刺激(必需氨基酸)后股四頭肌微循環的反應,結果顯示老年男性微循環受損,表現為肌肉質量、蛋白質合成代謝和葡萄糖代謝減少。Hildebrandt等[21]評估了11例年輕和15例中年健康男性膝關節收縮股外側肌和股中間肌血流的影響。在膝關節收縮過程中,青年組的微血管血流量和微血管流速明顯高于中年組。此外,年輕組在運動2 min后血容量和血流量顯著增加,而中年組減少,可能是由于肌肉微循環反應受損所致。Fischer等[22]對67例肩袖撕裂患者岡上肌修復術后進行CEUS隨訪,平均隨訪時間38.0個月,結果顯示肩袖修復后岡上肌灌注受損,與對側健康肩膀相比灌注減少,灌注不足與功能障礙之間存在較強的相關性(rs=0.644,P<0.001)。CEUS也已經被證明能夠在動脈期(靜脈注射后0～30 s)顯示與周圍肌肉區域相比具有低增強的輪廓分明、界限分明的灌注受損區域。CEUS可以更好地評估肌肉質量特征,并區分危重患者與健康對照者的肌肉異常。此外,CEUS的使用也可使其他輕微肌肉損傷的超聲檢測成為可能[23]。

超聲是評估骨骼肌質量可靠且有效的成像工具,以上結果表明CEUS可評估因老化引起的肌肉萎縮的微循環灌注,但盡管CEUS是很有應用前景的成像方式,但它的臨床應用目前仍然受限[24]。關于CEUS在肌萎縮研究中數量有限,且幾乎所有研究樣本量偏小。

展望

新興的肌骨超聲檢查技術,如高頻超聲、SWE、CEUS是評估肌肉萎縮可靠、有效的手段,包括肌肉質量、組織彈性、靜息和刺激后肌肉的微循環灌注變化以及肌肉內肌間脂肪含量等指標,具有其他影像學技術無法替代的優勢。相信隨著超聲技術的發展、研究的深入,多模態超聲技術的聯合,超聲技術在評估肌萎縮、療效判定及隨訪方面具有廣闊的應用前景。