剪切波彈性成像技術(shù)量化評估肌腱肌肉彈性模量的信度

秦鹍，馮亞男，李亞鵬，沈素紅，劉春龍，張志杰

1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)針灸康復(fù)臨床醫(yī)學(xué)院，廣東廣州市510000；2.河南省洛陽正骨醫(yī)院，河南省骨科醫(yī)院，河南洛陽市471000

肌骨超聲作為一項重要的技術(shù)，長期以來用于肌肉骨骼疾病的診斷。除了計算機(jī)斷層掃描和磁共振成像等成像方法外，超聲檢查對肌肉和肌腱損傷的診斷和追蹤也很重要，因為它可以進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)評估。肌骨超聲還有許多限制，如急性出血性浸潤、水腫以及肌肉和肌腱慢性損傷導(dǎo)致的細(xì)微異常，很難用灰階超聲發(fā)現(xiàn)。同樣，肌肉和肌腱晚期的退行性變和形態(tài)學(xué)變化可以在超聲圖像上顯示出來。此外，灰階超聲難以評估肌肉和肌腱的生物力學(xué)性能。

剪切波彈性成像(shear wave elastography,SWE)技術(shù)是一種新興的成像方法，能測量正常和異常組織的硬度。利用SWE測量組織的彈性模量，可評估其硬度等組織的力學(xué)性能[1]。與灰階超聲不同，SWE能發(fā)現(xiàn)疾病早期組織內(nèi)的變化，醫(yī)生能夠通過剪切波速值的改變發(fā)現(xiàn)異常變化，并區(qū)分正常和異常組織[2]。肌肉和肌腱的力學(xué)性能受許多疾病的影響，如肌腱炎、肌肉拉傷、扭傷、肌腱和肌肉斷裂[3-5]。此外，肌肉和肌腱力學(xué)性能的變化可以提供肌肉和肌腱的硬度、張力的直接信息和相關(guān)節(jié)段的平衡/穩(wěn)定性的間接信息[6-7]。

本研究采用SWE測量髕腱和股四頭肌硬度的同一檢查者和不同檢查者的重測信度。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年10月至11月，本院醫(yī)務(wù)人員和實習(xí)生20例，均為健康男性，年齡(23.1±2.8)歲，身高(171.5±4.3)cm，體質(zhì)量(66.0±10.3)kg。數(shù)據(jù)收集在本院超聲醫(yī)學(xué)科完成。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①過去48 h內(nèi)的無劇烈運(yùn)動或飲酒；②下肢無手術(shù)外傷；③無骨關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；④自愿參加本研究并簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①有髕腱炎；②下肢肌肉運(yùn)動損傷。

本研究已通過廣州中醫(yī)藥大學(xué)研究倫理委員會的審批，并獲得書面知情同意。

1.2 方法

1.2.1 儀器

采用Aixplorer實時剪切波彈性成像超聲診斷儀(法國SUPERSONIC IMAGING公司)，使用50 mm的L4-15線性陣列超聲探頭，頻率為4～15 MHz，超聲機(jī)器設(shè)定肌肉-骨骼模式，測量范圍0～300 kPa。

1.2.2 檢測方法

應(yīng)用SWE技術(shù)測量髕腱和伸膝肌彈性模量，具體方法采用本團(tuán)隊已發(fā)表論文中的方法[5]。在測試前，受試者休息5 min，以確保在休息狀態(tài)下測量股四頭肌和髕腱的彈性模量。房間溫度25℃。受試者仰臥位，髖關(guān)節(jié)無內(nèi)外旋，膝關(guān)節(jié)屈曲30°(應(yīng)用膝關(guān)節(jié)支具固定)。定位：髕腱，髕尖至脛骨結(jié)節(jié)結(jié)合處；股直肌，沿股骨長軸，髕上15 cm；股外側(cè)肌，髕上10 cm，股骨長軸18°；股內(nèi)側(cè)肌，髕上3 cm，股骨長軸內(nèi)偏55°。

由2名有經(jīng)驗的超聲檢查者分別對20例受試者測量，對髕腱和伸膝肌進(jìn)行灰階超聲和彈性成像。使用足量凝膠確保探頭與皮膚的良好接觸。測量髕腱和伸膝肌彈性模量時，首先進(jìn)行常規(guī)二維超聲檢查，檢查深度統(tǒng)一設(shè)置為3～4 cm，沿腱體和肌肉縱切面方向檢查髕腱和伸膝肌；啟動彈性成像模式，測量髕腱和伸膝肌縱切面彈性模量值。啟動彈性成像模式時，方形感興趣區(qū)統(tǒng)一設(shè)置成系統(tǒng)生成的最大值(13.5×12.5 mm)；啟動定量分析系統(tǒng)Q-box測量彈性模量時，髕腱Q-box直徑根據(jù)肌腱厚度而定，肌肉Q-box直徑根據(jù)肌肉厚度而定。系統(tǒng)自動計算出Q-box區(qū)域內(nèi)髕腱和肌肉的平均彈性模量值、最大彈性模量值和最小彈性模量值(kPa)，選擇平均彈性模量值進(jìn)行統(tǒng)計。見圖1～圖4。

圖1 髕腱硬度(Q-box測量)

圖2 股外側(cè)肌硬度(Q-box測量)

圖3 股直肌硬度(Q-box測量)

圖4 股內(nèi)側(cè)肌硬度(Q-box測量)

1.2.3 數(shù)據(jù)收集

每塊肌肉及肌腱內(nèi)的Q-box區(qū)域檢測彈性模量值3次，取均值用于統(tǒng)計，感興趣區(qū)選定在同一位置。檢查者A測量完后檢查者B再測量，測量后各自處理數(shù)據(jù)。檢查者1測量兩次，間隔時間為5 d。所得數(shù)據(jù)輸入統(tǒng)計表進(jìn)行分析。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料以(xˉ±s)表示。應(yīng)用等級相關(guān)系數(shù)(inter-class correlation coefficient,ICC)作為信度指標(biāo)分別對髕腱和伸膝肌硬度進(jìn)行分析；重復(fù)性測試信度等級劃分：ICC＜0.55為差；0.55～0.75為中等；0.75～0.90為好；＞0.90為優(yōu)秀。

2 結(jié)果

測量髕腱時，檢查者內(nèi)ICC=0.79，檢查者間ICC=0.79；測量股直肌時，檢查者內(nèi)ICC=0.71，檢查者間ICC=0.73；測量股外側(cè)肌時，檢查者內(nèi)ICC=0.84，檢查者間ICC=0.74；測量股內(nèi)側(cè)肌時，檢查者內(nèi)ICC=0.95，檢查者間ICC=0.94。見表1和表2。

表1 同一測試者兩次測試結(jié)果(kPa)

表2 不同測試者測試結(jié)果(kPa)

3 討論

本研究表明，應(yīng)用剪切波超聲彈性成像技術(shù)量化評估髕腱和股四頭肌力學(xué)特性，在測試者內(nèi)與測試者間都有良好的信度。

剪切彈性成像技術(shù)是一種無創(chuàng)、便捷的量化評估肌肉肌腱力學(xué)特性的工具，該系統(tǒng)通過發(fā)射聲輻射脈沖對組織施加激勵，其核心專利技術(shù)采用“馬赫錐”原理，可在組織中產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的剪切波；通過超高速成像技術(shù)探測剪切波，使探測剪切波速度的精確度達(dá)到1 mm/s；以彩色編碼技術(shù)實時顯示組織彈性圖；通過系統(tǒng)的定量分析系統(tǒng)Q-BOXTM測量組織的彈性模量值。彈性模量與剪切波關(guān)系為E=3ρc2，其中E為彈性模量，c為剪切波傳播速度，ρ為組織密度[12]。

與本結(jié)果類似的研究有，Tas等[15]測量髕腱硬度，發(fā)現(xiàn)檢查者內(nèi)的信度為優(yōu)秀(ICC=0.91～0.92)，同一檢查者隔天信度為好(ICC=0.81～0.83)，檢查者間信度為好(ICC=0.71)；測量股直肌硬度，檢查者內(nèi)的信度為優(yōu)秀(ICC=0.93～0.94)，同一檢查者隔天信度為好(ICC=0.81～0.91)，檢查者間信度為優(yōu)秀(ICC=0.95)。

與本結(jié)果不同的研究如下。Lacourpaille等[8]研究9組肌肉(腓腸肌、脛前肌、股外側(cè)肌、股直肌、肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌、拇短收肌和小指展肌)，信度為一般到優(yōu)秀(ICC=0.42～0.95)。Hirayama等[9]報道，腹橫肌SWE的檢查者內(nèi)信度為一般到優(yōu)秀(ICC=0.59～0.86)；檢查者間的信度為一般到良好(ICC=0.56～0.57)。Cortez等[10]測量比目魚肌和脛骨前肌，檢查者內(nèi)(ICC=0.42～0.70)和檢查者間(ICC=0.69～0.73)的信度相當(dāng)。Peltz等[11]發(fā)現(xiàn)髕腱(ICC=0.57)、跟腱(ICC=0.42)、股四頭肌腱(ICC=0.75)和指屈肌腱(ICC=0.73)的信度為一般到良好。

本研究結(jié)果與文獻(xiàn)報道不同的原因可能包括以下幾方面。①性別因素，文獻(xiàn)報道的研究對象多包括男性和女性，女性月經(jīng)周期對軟組織的硬度有影響，而本研究受試者均為男性，可能是影響信度的重要原因[13]。②不同的測量日程安排，多數(shù)研究測量間隔時間為1～4周，而本研究為5 d。③測量部位，本研究髕腱的硬度測量是選擇距離髕尖5 mm全層測量，伸膝肌的硬度測量是在預(yù)設(shè)好的感興趣區(qū)內(nèi)計算的；對于肌肉能選用較大的區(qū)域測量，可降低誤差，從而獲得更高的信度值。④測試者和受試者的主觀因素，比如探頭位置和壓力的變化；測量過程中受試者并不能完全放松等不可控的情況。

綜上所述，彈性剪切波超聲成像技術(shù)是一種可靠、可重復(fù)的測量髕腱和股四頭肌硬度的技術(shù)，定量超聲彈性成像技術(shù)可用于骨骼肌系統(tǒng)疾病檢查，并能提供軟組織病變的相關(guān)信息。