多模态成像技术对足底筋膜炎性跟痛症发病机制的研究

栗平 王东海 郭芳芳 武丹妮

[摘要] 目的 通過应用高频超声、超声弹性成像技术及足底CT三维重建，对足底跖腱膜弹性特征与足弓形变相关性研究，探讨足底筋膜炎性跟痛症的发病机制。 方法 选择2015年12月～2016年12月内蒙古医科大学第二附属医院就诊的足底筋膜炎患者88例（单足）为观察组，同期另选择健康志愿者48例（双足）作为对照组。两组均行X线侧位、CT三维重建，获取足底跖腱膜解剖部位与形态，测量足底跖腱膜厚度及弹性，根据骨性标记准确测量非负重位和负重位状态下足弓角，比较两组足底跖腱膜不同部位厚度、弹性及足弓角变化的规律性。 结果 观察组足底跖腱膜起始部（PF1）厚度大于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。观察组PF1足底跖腱膜弹性模量小于对照组，且观察组的PF1处弹性模量小于中央部（PF2），差异有统计学意义（P < 0.05）。两组足弓角变化从非负重位至负重位状态改变差异有统计学意义（P < 0.05）。 结论 弹性成像能够定量评估足底筋膜的硬度，足底筋膜弹性特征影响足弓角形变能力，足弓角形变能力的降低是导致足底筋膜炎跟痛症的主要原因之一。

[关键词] 超声成像技术；弹性；跟痛症

[中图分类号] R686.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）03（b）-0112-04

Study of multimodal imaging technology for pathogenesis of plantar fascia inflammatory calcaneodynia

LI Ping WANG Donghai GUO Fangfang WU Danni

Department of Function， Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010030， China

[Abstract] Objective To study the correlation between the elasticity of plantar fascia and arch deformation， in order to dicuss pathogenesis of plantar fascia inflammatory calcaneodynia， by high-frequency ultrasound， ultrasonic elastography CT three dimensional reconstruction. Methods From December 2015 to December 2016， in Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， 88 plantar fasciitis patients （single foot） were selected as observation group， at the same time， 48 healthy volunteers were selected as control group. Two groups were given X-ray lateral and CT three dimensional reconstruction， in order to get the anatomic site and form of plantar fascia， measure thickness and elasticity of plantar fascia， the arch angles while weight-bearing and non-weight-bearing were respectively measured by referring to osseous marks， the thickness， elasticity and regularity of the variation of arch angles of plantar fascia different sites of two groups were compared. Results The thickness of plantar fascia initial segment （PF1） in observation group was more than control group， the difference was statistically significant （P < 0.05）. The elasticity of PF1 from the observation group was less than control group， and elasticity of PF1 from was less than plantar fascia contral from （PF2） in observation group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. The variation of arch angels of observation and control groups from weight-bearing to non-weight-bearing in two groups were compared， the difference was statistically significant （P < 0.05）. Conclusion The thickness of plantar fascia can be measured by elastography technique， the elasticity of plantar fascia influences the deformability of arch angel， the recession of the deformability of arch angel is one of the major causes of calcaneodynia due to plantar fasciitis.

[Key words] Shear wave elastography； Elastic； Plantar fasciitis

正常人从站立到步行，足底压力的分布发生变化，大多数人静态峰值足压位于足跟部位，步行较站立位足底压力分布增加更为明显。正常人体足弓是一个极其复杂的三维立体“弹性结构体”，足是通过其特殊的“弹性结构体”以其非常精细的连续运动方式完成其步态周期，其弹性和稳定性主要是通过足底腱膜、足底韧带、肌腱及周围关节囊等软组织维持，足底腱膜是维持足纤维腱性弓形的主要结构，是保护足底肌肉、肌腱、关节和维持足弓、缓冲震荡重要的足底支撑结构，其具有承载足底负荷、全面显著增大足底韧带张力、改变骨骼转动角度和分布跖骨间应力的作用。足底筋膜炎狭义上又称跟跖腱膜炎、足底腱膜炎、足跖腱膜炎。随着老龄化社会的发展以及生活方式的改变，近年来足底筋膜炎跟痛症患者日渐增多，许多研究[1-2]认为临床上导致足底筋膜炎跟痛症的根本原因是足的生物力学机制异常，也有研究者[3-4]推测其病变的本质原因在于负重后足弓形变弹性的应力出现异常。本研究通过应用二维超声及弹性成像和CT三维重建技术结合研究探讨足底跖腱膜足弓形态改变与其弹性特性在维持足弓稳定性所起的力学作用，为足底筋膜炎性跟痛症的发病机制提供更加丰富的研究理论基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年12月～2016年12月内蒙古医科大学第二附属医院确诊为足底筋膜炎性跟痛症的患者88例，病程>4周，其中左足68例，右足20例，年龄25～78岁，身高150～174 cm，体重49～86 kg。所有患者均表现为晨起疼痛明显，且压痛点仅局限于跟骨结节及跖腱膜附着处，反复疼痛持续时间>4周，VAS评分≥6分；患者均无皮质激素注射或冲击波治疗史，X线显示均无跟骨骨刺生长，均无足踝及下肢手术史。同期另选择健康志愿者48例（双足）作为对照组，年龄25～70岁，身高152～178 cm，体重50～90 kg。健康志愿者跟骨结节附着处均无跟骨骨刺，既往均无足跟痛，均无脊柱关节、风湿性关节炎、糖尿病、高血脂等系统性炎性疾病史，超声检查前1周均无长期站立、行走及体育活动史，均无足踝外伤及手术史。两组年龄、性别等一般资料比较，差异无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。見表1。本研究经医院医学伦理委员会批准，研究对象均了解本研究目的与意义并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 二维超声及弹性成像 所有研究对象均采用法国Supersonic公司的AixPlore型实时弹性成像技术，选择L4～15高频线阵探头，受检者取俯卧位，膝关节屈曲90°，踝关节中立位，先行二维彩色多普勒常规超声扫查，启动弹性成像模式依次沿足底跖腱膜的起始部（PF1）、中央部（PF2）纵切面和横切面记录组织的弹性图，足底跖腱膜的二维超声和弹性成像图像在屏幕上同时显示，观察PF1、PF2内部纤维结构回声及弹性值。

1.2.2 非负重和负重位状态下足侧位X线 所有研究对象均通过X线片分别测量非负重和负重位状态下的足弓角度，观察其角度变化特点。

1.2.3 CT扫描、三维重建 所有研究对象先行足部螺旋CT扫描，将原始dicom格式数据导入Mimics Innovation Suite 16.0软件，通过Mimics 14.1的3种不同断面（水平面、冠状面、矢状面）进行三维图像配准，定义足底跖腱膜几何边界，精确定位PF1、PF2段解剖结构部位，并在通过足底纵切面测定PF1、PF2弹性值。

1.3 统计学方法

采用统计软件SPSS 13.0对数据进行分析，正态分布的计量资料以均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用t检验；计数资料以率表示，采用χ2检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组二维超声、CT重建、弹性成像的比较

根据CT三维重建足底跖腱膜确定PF1和PF2二维超声位置，测定弹性值（图1、2、3）。二维超声显示对照组足底跖腱膜呈亮带样均匀的纤维束样回声，结构清晰，观察组显示PF1处增厚（以4 mm为标准，厚度>4 mm为增厚）、回声减低，观察组足底跖腱膜厚度为（3.5±0.9）mm，对照组足底跖腱膜厚度为（2.4±0.3）mm，观察组大于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。观察组PF1处足底跖腱膜弹性模量值小于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）；观察组PF1处足底跖腱膜弹性模量值小于PF2处，差异有统计学意义（P < 0.05），而对照组PF1、PF2处足底跖腱膜弹性模量值比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。见表2。

2.2 非负重位与负重位状态下足弓角变化

观察组从非负重位状态至负重位足弓角改变为（19.5±2.9）°，对照组从非负重位至负重位状态足弓角改变范围为（30.2±0.4）°，观察组小于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。

3 讨论

跖腱膜是一种坚韧的、呈束带样结构的、纤维性强的结缔组织，其为足底筋膜的一部分，起于跟骨结节内侧突止于各跖骨粗隆。跖腱膜具有全面显著地增大足底韧带张力载荷、改变足底跖骨多个转动角度及分布跖骨间应力的作用，对维持足弓的稳定性及保护足底血管和神经具有重要作用[3-4]。跖腱膜人体解剖组织学由弹力纤维与胶原纤维组成，因此具有耐压、耐磨、富有弹性等特点[5]，而生物组织的弹性与组织病变的生物学特性紧密相关，因此探讨跖腱膜的弹性特征与足弓角形态变化与足底筋膜炎性跟痛症的相关性具有重要意义。本研究通过对足底筋膜炎患者及健康人群跖腱膜多种影像学测量，确定跖腱膜的PF1部和PF2部，测量其厚度，在负重和非负重状态下采用弹性成像显示PF1部和PF2部弹性，另外应用X线图像确定骨性标记准确测量足弓角，显示负重和非负重状态下足弓角变化情况。

人类在行走和奔跑过程中，跖腱膜对足部的稳定性起着重要作用，由于行走过度及剧烈运动造成跖腱膜负荷增大，导致其退行性改变，或外伤引起跖腱膜损伤，引起其附着部发生炎性疼痛[6-9]。超声成像技术评价足底腱膜炎已在临床应用广泛，超声能够实时观察跖腱膜形态及病理变化，获得客观、快速、可靠的影像学信息。Crary等[10]通过研究发现，对足部施加负荷，足底筋膜首先对抗形变的是足底跖腱膜，当有跖腱膜先天、后天或手术造成的形态和功能发生异常时，均会影像到足的活动功能，特别是在负重状态下足底筋膜形态将会产生形变，足弓也随之发生一定程度的压缩形变，当位于跟骨结节处和跖骨头处的跖腱膜发生弹性改变时足弓的压缩形变直接受到影响，而当足部载荷消失时，其形态亦随之恢复。足弓角的改变反映足弓的形变能力，因此需要探讨足底筋膜在不同静态和动态状态下压缩形变及应力应变能力与足弓角改变的相关性。

目前超声弹性成像技术是评价人体表浅及深部软组织结构弹性特征重要的超声影像学方法[11-16]，本研究采用二维超声及弹性成像技术相结合探讨足底跖腱膜弹性特征与足弓角形变能力的相关性。本研究高频超声显示：病例观察组跖腱膜均增厚（均>0.4 cm）、回声减低，弹性成像显示病例观察组较健康对照组质软；PF1处与PF2处比较，观察组跖腱膜PF1处弹性小于PF2处，差异有统计学意义（P < 0.05），而对照组PF1与PF2点处弹性差异无统计学意义（P > 0.05）。足弓角度改变在非负重位至负重位状态下观察组明显小于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。这些说明足底腱膜炎跟痛症患者在负重状态下由于其跖腱膜弹性应力降低，足弓形变缓冲的弹性应力下降，导致足弓不能充分吸收足底过量应力发生形变，从而影响足弓的稳定性，而对照健康组跖腱膜弹性应力在非负重位至负重位状态下能够实现足弓过量应力的形变，并且能够保障足弓的稳定性。

有研究[17]发现人类在正常站立和行走时足所承受的力为体重的2.0倍多，而在一系列步态行走过程中跖腱膜由松驰到紧张、足着地张力由增大到减小交替变换，当跖腱膜应力刺激瞬间加大时，可导致位于跟骨结节内侧突起点处的跖腱膜轻微撕裂，约80%的跟痛症患者是由于跖腱膜损伤引起[18]。在过去的国内外临床研究报道中[19-20]，主要研究集中于扁平足、跟骨骨刺生长导致的足底筋膜炎性跟痛症，而对于跖腱膜在静态和动态状态下应力应变能力与跟痛症发生的机制报道很少。本研究通过采用负重与非负重状态下观察跖腱膜弹性特性与足弓角的改变在维持足弓稳定性所起的力学作用，揭示了足底筋膜炎性跟痛症的发病机制。

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（收稿日期：2017-11-26 本文编辑：苏 畅）