劉博姬，徐輝雄

1. 同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，上海 200072；

2. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院超聲科，上海 200032

生物力學(xué)是生物學(xué)、力學(xué)和醫(yī)學(xué)結(jié)合的交叉學(xué)科，通過應(yīng)用力學(xué)原理和方法對生物體中的力學(xué)問題進行定量研究。疾病中組織發(fā)生病變，可引起生物力學(xué)特征改變。因此，定量評估生物力學(xué)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(chuàng)、操作簡便，且能夠?qū)崟r動態(tài)地反映組織內(nèi)生物力學(xué)信息，并進行定量測量，已廣泛應(yīng)用于臨床。本文就SWE在肌肉、肌腱、周圍神經(jīng)病變的生物力學(xué)特征定量的應(yīng)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(yīng)力后變形程度或組織內(nèi)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(xué)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?qū)崟r動態(tài)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(yīng)用

SWE可以通過肌肉拉伸、放松或負荷的不同狀態(tài)來觀察和測量其硬度變化，反映正常肌肉組織學(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)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(xué)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(fù)雜、主觀依賴性高等缺陷，而SWE能夠?qū)崟r動態(tài)、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(xué)特征評估中的應(yīng)用

多項研究［2-3］結(jié)果顯示，剪切波在收縮狀態(tài)的肌肉中傳播速度高于放松狀態(tài)的肌肉。Ward等［4］研究發(fā)現(xiàn)，肌肉在松弛狀態(tài)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(guān)。Hirata等［5］的研究結(jié)果表明，人體小腿三頭肌松弛狀態(tài)下的踝關(guān)節(jié)角度各不相同，SWE可以確定肌肉松弛狀態(tài)下的關(guān)節(jié)角度，能更好地幫助判斷肌肉是處于松弛還是緊張狀態(tài)。Wang等［6］的研究發(fā)現(xiàn)，在主動力和被動力的產(chǎn)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(qū)分主動力和被動力。

2.2 肌肉損傷性疾病

肌肉損傷會導(dǎo)致肌肉硬度發(fā)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(fā)現(xiàn)受傷區(qū)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(nèi)炎性反應(yīng)伴滲出引起組織變硬。鄭乙等［8］研究SWE在評價膝關(guān)節(jié)炎患者股四頭肌生物力學(xué)特征改變中的價值，結(jié)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(guān)節(jié)炎患者肌肉生物力學(xué)性能，這為膝骨關(guān)節(jié)炎的診斷及療效評定提供了新的依據(jù)。

2.3 肌肉退行性病變

肌肉的結(jié)構(gòu)功能會隨年齡增長發(fā)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(jié)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(guān)。Du等［11］應(yīng)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(tǒng)計學(xué)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(jù)。

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(yīng)用SWE評估骨療手法治療后腰大肌的硬度變化，結(jié)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(yīng)用SWE動態(tài)觀察腓腸肌肌肉損傷患者愈合過程中的硬度值變化，結(jié)果顯示，受傷一側(cè)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(zhì)激素治療前后肌肉硬度變化，發(fā)現(xiàn)患者在前6個月內(nèi)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(yīng)用

SWE可準(zhǔn)確定位、實時觀察并行雙側(cè)對比掃查，近年來已應(yīng)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(guān)，同時，肌腱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)各向異性偽像，因此需要在肌腱不同切面和功能狀態(tài)下分別評估其彈性值。研究［15］結(jié)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(tài)時傳播速度大于放松狀態(tài)。

3.1 在正常肌腱生物力學(xué)特征評估中的應(yīng)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(jié)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(tǒng)計學(xué)意義，同時發(fā)現(xiàn)測量群體中跟腱的楊氏模量值與年齡無相關(guān)性。亦有研究［17］建議跟腱SWE掃查應(yīng)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(jié)果表明，踝關(guān)節(jié)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(shù)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(shù)為0.66，背屈位和伸展位上測量的數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.2 肌腱損傷或退行性變

肌腱在正常狀態(tài)下是一種相對較硬的組織，在發(fā)生損傷或退行性變時，肌腱的硬度出現(xiàn)不同程度的改變。Chen等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，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(fù)術(shù)后跟腱平均楊氏模量及功能評分與術(shù)前比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。修復(fù)術(shù)后跟腱的楊氏模量值與肌腱功能顯著相關(guān)，表明SWE可用于評估跟腱愈合過程的生物力學(xué)信息，并預(yù)測肌腱功能狀態(tài)。

3.3 岡上肌肌腱及髕骨肌腱病變

岡上肌肌腱病變是導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)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(jié)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(fā)現(xiàn)，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(yīng)用SWE檢測髕骨肌腱病變，結(jié)果表明，SWE評價髕骨肌腱病變的結(jié)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(yīng)用價值。

4 SWE在周圍神經(jīng)病變中的應(yīng)用

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

4.1 糖尿病周圍神經(jīng)病變

糖尿病可改變周圍神經(jīng)的微結(jié)構(gòu)，引起糖尿病周圍神經(jīng)病變，是糖尿病患者的常見并發(fā)癥之一。He等［25］研究結(jié)果表明，糖尿病周圍神經(jīng)病變患者的正中神經(jīng)和脛神經(jīng)剪切波速度均顯著高于健康志愿者。穆晶晶等［26］應(yīng)用SWE分別對糖尿病合并周圍神經(jīng)病變患者、糖尿病不合并周圍神經(jīng)病變患者和健康志愿者的腓腸神經(jīng)進行了評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖尿病周圍神經(jīng)病變患者腓腸神經(jīng)的楊氏模量值顯著高于另外兩組，當(dāng)取截斷值為51.65 kPa時，SWE診斷糖尿病周圍神經(jīng)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(jié)果為SWE幫助早期診斷糖尿病周圍神經(jīng)病變提供了依據(jù)。

4.2 腕管綜合征

腕管綜合征是最常見的神經(jīng)卡壓性疾病。當(dāng)腕管長期受壓，正中神經(jīng)外膜增厚，瘢痕增生、神經(jīng)纖維變性發(fā)生水腫或纖維化，導(dǎo)致神經(jīng)硬度值增加。而SWE可動態(tài)實時獲取彈性值，客觀反映組織的病理生理學(xué)狀態(tài)。Kantarci等［27］使用SWE測量腕管入口處正中神經(jīng)的硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腕管綜合征患者的正中神經(jīng)硬度明顯高于對照組（P＜0.05），且當(dāng)正中神經(jīng)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(jīng)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(yīng)用價值。

4.3 視神經(jīng)病變

此外，亦有學(xué)者將SWE用于視神經(jīng)病變的評估。?ahan等［28］應(yīng)用SWE測量偏頭痛患者和健康志愿者視神經(jīng)的硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，偏頭痛患者視神經(jīng)的硬度顯著高于健康志愿者（P＜0.05），且偏頭痛患者視神經(jīng)的楊氏模量值與病程呈正相關(guān)（r=0.496，P＜0.01）。此外，還有相關(guān)研究［29-31］發(fā)現(xiàn)，白塞病患者、青光眼患者及子癇前期患者的視神經(jīng)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(jīng)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(jié)

隨著臨床需求的不斷擴大，SWE的應(yīng)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(zhì)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(guī)范操作。SWE操作過程中應(yīng)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(tài)或體位。二是要注意圖像識別。操作者應(yīng)經(jīng)過多次培訓(xùn)，對于不同疾病或狀態(tài)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(qū)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(yīng)盡量保證探頭平面與肌纖維平行，保證測量數(shù)值的可信度［32-33］。

目前SWE用于肌肉、肌腱、周圍神經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)作為參考，SWE的應(yīng)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(dāng)病變組織內(nèi)部處于鈣化、纖維化、出血或壞死等病理狀態(tài)時，則會導(dǎo)致部分病變無法根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)進行評估，導(dǎo)致假陽性或假陰性結(jié)果的產(chǎn)生。

綜上所述，SWE在定量評估肌肉、肌腱、周圍神經(jīng)病變生物力學(xué)特征時具有較好的應(yīng)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。