超声弹性成像在肌肉骨骼系统中的应用

杜 丹综述，郑元义审校（1.重庆医科大学超声影像学研究所400010；2.重庆医科大学附属第二医院超声科400010）

超声弹性成像（UE）是超声成像的一种补充，能提供常规超声无法提供的组织弹性信息，其与疾病的生物学特性紧密相关。UE在许多领域里显示出其优越性，在肌肉骨骼领域得到了快速发展。本文将对UE的基本原理及其在肌肉骨骼系统中的应用予以综述。

1 UE技术的原理及分类

UE的基本原理是通过不同方式刺激组织产生一个响应[1-2]，例如对位移、应变、速度等的分布产生一定改变，将激励前后组织反射的回波信号进行分析，转化为彩色编码图像，并定性或定量地描述组织弹性。根据诱导组织响应和观测组织弹性的方式不同，UE的常用技术主要有以下几类。

1.1 压迫性弹性成像（RTE） RTE又称静态压力型弹性成像（SE），是目前最常用的UE技术[1-3]。它通过操作者手动施加压力，比较施力前后组织的位移（应变），并给出弹性模量分布的定性图（弹性图）。该弹性图为彩色编码，常叠加在灰阶B超图像上。通过计算目标区域和参照组织的弹性比，可得到组织的相对应变率。RTE有许多潜在的缺点，如施加在组织上压力的可变性。因此，必须进行足够的压缩/解压循环以获得弹性评估。RTE还受到“蛋壳效应”的影响，目标区域边界较硬的物质不能变形，限制了内部应变的确定。

1.2 剪切波弹性成像（SWE） SWE通过由换能器产生的聚焦超声脉冲对组织施加振动，在组织内产生垂直于声脉冲的剪切波[1-2]。SWE比应变UE的重现性更高，但它主要的局限性在于深度衰减，因此不能评估非常深的组织。同时，为了产生剪切波，需要足够的组织深度，难以评估非常浅的结构，这可以通过在部分患者身上使用凝胶垫来补偿。由于流体中不产生剪切波，因此SWE不能分析囊性结构。

1.3 声脉冲辐射力弹性成像（ARFI） ARFI是由超声探头对感兴趣区域（ROI）组织产生短时间、高强度的聚焦声辐射力脉冲，推动组织局部产生应力，组织发生纵向应变，同时产生横向传导的剪切波，使用仪器分别采集这2种信息进行成像，即为声辐射力成像技术和声辐射力定量技术[3-4]。前者的弹性图类似于SE的形式，但较徒手按压的SE更客观；后者测得的剪切波速度（SWV）与组织硬度呈正相关，一般SWV越大，组织越硬。但ARFI观测的ROI范围和量程较小，并且产生脉冲需较大功率，产热过多。

1.4 瞬态弹性成像（TE） TE由一个单一的低频激发脉冲产生剪切波[1]，不能提供B超图像，且仅通过A超来测量剪切波速度和杨氏模量。这种类型的UE常用于肝脏检查，目前在肌肉骨骼系统中尚无研究。

2 UE的具体应用

在临床实践中，肌肉骨骼系统疾病往往通过触诊评估，但这仅为主观方式。UE可以观察软组织结构的弹性图像，并定量评估肌肉骨骼组织退化、损伤和愈合相关的机械性能信息。

2.1 肌腱 检查正常跟腱，发现肌腱的近端比中间和远端更坚硬。不同性别、年龄的跟腱比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。此外，观察者之间测量的重复性与测量时姿势和部位有关[5]。CHEN等[6]使用SWE发现撕裂的跟腱平均剪切模量值低于正常跟腱。UE也常用于评估其他肌腱。AHN等[7]通过RTE检查发现，肱骨外侧髁炎患者伸肌总腱肌腱的平均应变率明显低于无症状肌腱。WU等[8]定量分析跖筋膜的UE表现，将红色像素强度的减少视为组织变软。结果显示，健康志愿者足的红色像素强度（146.9±9.1）明显高于单侧足底筋膜炎的症状足（127.1±7.4）和双侧足底筋膜炎（129.4±7.5）。肌腱、筋膜的病变往往是由于机械过载引起肌腱或筋膜微小撕裂，从而导致了内部结构的破坏（如纤维变性，黏液样物质增加），使得硬度减低，并且损伤后微血管的缺乏可加剧肌腱或筋膜的脆弱。以上病变的研究结果与病理学改变一致。

除了获得肌腱病变的诊断以外，UE还可以评估疾病的严重程度和治疗效果。KOCYIGIT等[9]在研究中发现，肱骨外侧髁炎患者伸肌总腱内侧部分的应变比、症状持续时间与夜间疼痛显著相关，但与其他临床参数之间没有显著关系。在临床实践中，夜间疼痛被认为是疾病较严重的表现，症状持续时间也与病情明显相关。KIM等[10]对注射胶原蛋白的足底筋膜炎患者随访观察发现，75%的患足视觉模拟评分（VAS评分）显著改善。足底筋膜的平均应变比从（0.71±0.24）显著增加至（1.66±0.72）。而二维超声表现治疗前后无明显变化。

2.2 肌肉 肌肉收缩引导身体运动，硬度是反映肌肉活动和功能状态的重要指标。SWE已经被用于评估正常肌肉。温朝阳等[11]使用SWE发现，肱二头肌紧张状态下的杨氏模量值（123.658±31.392）大于松弛状态（45.658±13.479）。AKAGI等[12]也通过 SWE 测得肱三头肌的阻力运动前后所有区域的硬度均显著增加，且不同区域的硬度不同。有研究发现，男性和女性肱二头肌硬度差异明显[13]；GAO等[14]进一步研究发现，纵切扫查时男女之间差异显著，横切面扫查时而男女之间均差异无统计学意义。性别的差异可能与肌肉纤维水平有关。而纵横切面的差异可能是由于肌肉的各向异性有关。故使用UE来评估骨骼肌肉时，确保评估之前的肌肉收缩或放松状态很有必要，否则会影响研究的重复性。肌肉也受到各向异性的影响，所以当评估不同的肌肉时，探针的方向必须保持在同一个平面上，纵横切面检查相结合或许能为疾病的诊断提供更多的诊断信息。

UE也常用于肌肉疾病的评估。YASAR等[15]研究发现，中风患者痉挛肌肉的弹性指数和应变比均显著高于健康对照组。杜丽娟等[16]研究发现，帕金森病患者双侧肱二头肌、肱桡肌、股直肌及小腿三头肌长轴杨氏模量均高于健康人；患者组症状明显侧的肱二头肌长轴杨氏模量高于症状较轻侧；双侧其余肌肉长轴杨氏模量差异无统计学意义（P＞0.05），这可能与帕金森病患者肌张力异常具有选择性有关。LEE等[17]使用RTE检查发现，先天性肌肉斜颈的婴儿其肌肉弹性评分明显高于对照组。先天性肌肉斜颈的病因仍不确定，但组织学研究发现其肌肉萎缩和纤维化，故可引起肌肉硬度增加。2.3 神经腕管综合征（CTS） CTS是最常见的神经受压病变。ORMAN等[18]通过RTE检查发现，CTS患者正中神经的应变比低于对照组。这也与SWE研究相关[19-23]。2.4 皮肤及软组织 有关皮肤UE的资料较少。XIANG等[24]首次通过SWE测量了皮肤横向和纵向切面的弹性模量值，结果显示，手指和前臂对称部分皮肤的弹性模量值比较差异无统计学意义（P＞0.05）。除了中指、前臂、前胸和腹部的横纵切面弹性模量值之比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。观察组间和观察组内重复性较好，表明UE可用于评估健康的皮肤弹性，但UE在皮肤方面研究较少，尚需要进一步的研究来证实其可靠性。2.5 肌肉骨骼软组织肿瘤 在肌肉骨骼软组织肿瘤中，UE已被用于前瞻性评估病变的良恶性。RTE显示恶性病变组一般比良性组更硬[22]，但某些患者病理诊断与弹性不一致，可能是由于病理发生变化，如钙化和纤维化增加了软组织肿瘤的硬度，而出血、坏死和囊变减少了恶性肿瘤的硬度。PARK等[23]的研究中也发现恶性肿瘤比表皮样肿瘤或其他良性软组织肿瘤显示更高的弹性评分，但表皮样肿瘤与其他良性肿瘤的弹性评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）。这可能与软组织肿瘤来源、特征的多样性有关。因此，仅根据软组织UE表现不能明确肿瘤类型，须结合灰阶超声来鉴别诊断[24]。2.6 关节组织 关节组织UE受骨骼干扰较大，但在关节周围组织的检查中仍有较大的应用价值，TANG等[25]通过SWE测值发现痛风性关节炎（GA）患者关节病变组织的弹性模量值均显著高于非GA者。而高回声、稍高回声GA亚组的弹性模量值显著高于低回声GA亚组和非GA组。尿酸盐沉积物是痛风性关节炎的病变基础，高回声GA亚组较低回声GA亚组中关节腔内尿酸盐晶状体沉积更多，甚至存在某些正在成型的小痛风石，而非GA组关节腔内没有尿酸盐沉积。GA弹性的改变可能与尿酸盐晶状体沉积密切相关。腱鞘巨细胞瘤是关节周围滑膜组织增生所致，郭稳等[26]采用RTE发现B超对腱鞘巨细胞瘤诊断的准确度为74.5%，B超与UE联合可将准确度提升至92.2%。此外，向醒等[27]将核磁共振成像（MRI）检出且有滑膜增生和关节积液的患者予以弹性分级，结果发现膝关节积液的弹性分级低于滑膜，证实UE可有助于鉴别膝关节积液与增生滑膜。

3 小结与展望

UE是继彩色多普勒超声以后超声领域的重要技术突破，它与其他评估组织弹性的技术（例如磁共振弹性）比较，具有成本低、检查时间短、临床实用性广泛等优点。然而，目前研究认为UE仍然存在技术问题，如存在图像伪像或观察者依赖因素限制了UE的重复性[28]。鉴于上述争议，有研究尝试评估其可靠性[29]，但尚需更多的大样本、多中心研究进一步证实。此外，建议运营商规范条件参数，医生们总结UE适应证，例如应着重关注哪些在常规超声中不易发现而UE有改变的疾病。虽然UE在肌肉骨骼系统应用存在一定的局限性，但随着UE设备的不断改进和应用经验的不断积累，相信UE未来将在临床工作中发挥更加重要的作用。