基于剪切波超声弹性成像评价正常成人腹横肌杨氏模量值

宋旭光，许华宁，何玉冰，徐道明

0 引 言

腹横肌(transversus abdominis，TrA)位于腹壁深层，是核心肌群的主要组成部分，可以辅助脊柱的动态稳定，与腰部疼痛和功能密切相关[1]。随着社会工业化的发展，非特异性下背痛(non-specific low back pain，NLBP)患者越来越多，影响了生活质量。有文献报道，腹横肌激活水平和脊柱稳定性下降与NLBP存在相关性[2]。近年来，超声成像技术在康复医学领域应用广泛，为腹横肌提供了形态学评估，提高了腹横肌训练效率，具有良好的可信度[3]。有学者提出仅测量腹横肌厚度并不能完全反应肌肉的兴奋性[4]，因此寻找一种新的评价方法显得尤为重要。剪切波超声弹性成像技术(shear-wave ultrasound elastography，SWUE)可以定量测量组织硬度，杨氏模量值(Young′s modulus)越大，说明组织硬度越大。目前，该技术已经被广泛应用于评价肌肉的硬度，具有良好的一致性和可重复性[5]。但少有文献报道通过SWUE评价腹横肌的功能状态。本研究通过SWUE观察正常人腹横肌杨氏模量值的可靠性，不同功能状态下腹横肌杨氏模量值的差异，以及腹横肌杨氏模量值与厚度之间的相关性，为评价NLBP患者腹横肌的状态提供参照依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集2016年4-10月南京中医药大学附属医院超声医学科门诊健康志愿者60例，其中男28例，女32例。年龄19～62岁，平均(29.50±9.75)岁；身高148～189 cm，平均(168.03±9.25)cm；体重45～93 kg，平均(62.00±18.25)kg；体重指数(BMI)16.5～29.7 kg/m2，平均(21.94±3.12)kg/m2。纳入标准：近6个月无腰背部疼痛；未曾接受过腹部手术；未服用任何会影响肌肉大小的药物；无其他神经系统、肌肉、骨科疾病；无系统性、代谢性、内分泌等病史。排除标准：下腰痛病史；下背部外伤史；腹部肌肉手术；脊柱侧弯及脊柱手术；其他神经肌肉相关疾病。本研究经医院伦理委员会审核批准(批准号：2016NL-029-01)，所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法腹横肌杨氏模量值检测使用法国声科影像公司(Supersonic Imagine)的AixPlorer声蓝超声诊断仪，使用L10-2线阵探头(频率2～10 MHz)，选择肌肉模式，适当调节图像至最佳。

检测前训练受试者掌握腹横肌激活动作。嘱受试者仰卧位，双手自然放于身体两侧，屈髋屈膝，深吸气后收腹提肛，激活腹横。检测时探头定位于腋前线与脐水平线的交点，局部涂抹耦合剂，探头垂直于皮肤表面，不加压，探头平行于肌纤维走行方向。

首先静息状态显示灰阶图像，测量双侧腹横肌厚度，不包括高回声筋膜部分，测量线与腹横肌垂直。激活后，于肌肉最紧张状态再次测量。然后启动SWUE模式，感兴趣区(方形)统一设置成15 mm×15 mm，Q-box圆形分析区域直径统一设置为2 mm，待弹性图像稳定并充盈完整后选择平均杨氏模量值进行统计。在腹横肌静息状态和激活状态分别测量。

腹横肌相关测量由熟练操作SWUE的2位医师采用同样手法先后完成。医师1测量2次，留存2组数据，医师2测量1次，留存1组数据，共记录3组数，每张图像上取均匀分布3处数值取平均值。每次获取的杨氏模量值图至少间隔3 s以上。

2 结 果

2.1 腹横肌杨氏模量值和厚度医师间测量可信度分析医师1的2次测量信度分析比较显示差异均有统计学意义(P<0.001)，见表1。信度系数(ICC)均>0.40，说明同一医师腹横肌杨氏模量值测量信度较好。医师1和医师2测量信度分析见图1，Bland-Altman图显示医师1和医师2测量结果的差值符合95%一致性界限(95% limits of agreement,95%LoA)，即静息状态有95.8%(5/120)的点位于95%LoA之间，激活状态有93.3%(8/120)的点位于95%LoA之间，说明两者测量一致性较好。

2.2 腹横肌不同功能状态下杨氏模量值测值对比静息状态和激活状态下腹横肌杨氏模量值和厚度对比差异具有统计学意义(P<0.05)，见图2。

a:厚度；b:杨氏模量值图2 腹横肌不同状态杨氏模量值和厚度测值对比值

2.3 腹横肌杨氏模量值与厚度之间相关分析Spearman相关分析显示，杨氏模量值和厚度间无线性相关关系(r=0.075/-0.051，P>0.05)。见图3。

a:静息状态；b:激活状态图3 不同功能状态下腹横肌杨氏模量值与厚度相关性散点图

表1 同一医师腹横肌杨氏模量和厚度测量信度分析(M±Q)

2.4 腹横肌杨氏模量值、厚度与受试者基本信息多元线性回归分析腹横肌厚度(静息)调整R2=0.630，F(4,54)=25.642(P<0.001)，腹横肌厚度(激活)调整R2=0.495，F(4,54)=15.225(P<0.001)，提示纳入模型的自变量——性别、年龄、身高和体重(变量BMI存在多重共线性，故剔除)对腹横肌厚度的影响均有统计学意义。腹横肌杨氏模量值调整R2=0.065/-0.008，杨氏模量与受试者性别、年龄、身高、体重和BMI之间线性模型无统计学意义(P>0.05)。回归方程：腹横肌厚度(静息状态)=0.445+0.039×性别-0.003×年龄-0.002×身高+0.006×体重；腹横肌厚度(激活状态)=0.593+0.092×性别-0.002×年龄-0.002×身高+0.005×体重。提示性别的影响最为显著。

2.5 样本总体均值评估腹横肌杨氏模量值(静息状态)：8.27～9.08 kPa；腹横肌杨氏模量值(激活状态)：17.49～19.15 kPa；腹横肌厚度(静息状态)：0.29～0.32 cm；腹横肌厚度(激活状态)：0.45～0.49 cm。

3 讨 论

腹横肌是深层肌，无法直接观察和测量其是否收缩及收缩程度，所以临床上针对腹横肌的运动训练很难把握[7-8]。肌电图为有创检查，MRI昂贵、操作烦琐等特点，这两者未能在临床广泛应用。超声在评价肌肉功能状态方面，虽然可以提供关于肌肉厚度或横截面积等，但有时得到的数据却不能客观反应收缩程度。有研究者发现超声成像可以观察到低强度的肌肉收缩，而不能准确描述中高强度的收缩情况[9-10]。SWUE不需手动施加压力，减小了测量误差，能直接获得代表肌肉组织生物学特性的杨氏模量值。国外相关文献中熟练操作者间腹横肌杨氏模量值测量可重复性良好，非熟练操作者可重复性较差[11-12]。本研究2位医师均熟练掌握SWUE操作，采用同一台仪器及相同测量标准，测量可重复性良好，SWUE可以用于定量检测腹横肌组织硬度，评估肌肉的功能状态。

本研究显示，静息状态和激活状态腹横肌杨氏模量值差异显著，激活状态下杨氏模量值明显增加，说明腹横肌硬度增加，这与预期结果一致。国内外文献也有相同结论。Nordez等[13]应用SWUE对肱二头肌肌腹等长收缩状态下进行杨氏模量值测量，结果表明肱二头肌等长收缩时与杨氏模量值之间存在正相关。温朝阳等[14]使用SWUE发现，肱二头肌紧张状态下杨氏模量值[(123.658±31.392)kPa]大于松弛状态[(45.658±13.479)kPa]。以上研究表明SWUE可以定量评估腹横肌不同功能状态。除此之外，双侧腹横肌杨氏模量值在不同功能状态下对比差异无统计学意义。这是由于核心肌群本身起稳定脊柱的作用，肌肉呈对称生长。

腹横肌杨氏模量值作为一个新的功能评价指标，本研究将其与腹横肌厚度进行了相关分析。结果发现不同功能状态下两者散点图均无线性相关关系，相关系数很小，说明两者不相关，杨氏模量值相对独立，不受厚度影响，可作为一种新的功能评价指标进行后续研究。在腹横肌杨氏模量值、厚度与受试者基本信息的多元线性回归分析中，腹横肌杨氏模量值线性关系模型无统计学意义，说明其不受性别、年龄、体重等指标影响，可以成为反映腹横肌功能状态的一个更为可靠的检测指标，在后续相关疾病研究中发挥重要作用。

本研究健康受试者以中青年为主，避免了年龄及疾病因素对肌肉硬度和功能状态的影响[15]，但还有几个注意事项及不足之处：部分女性静息状态下腹横肌厚度较薄，杨氏模量值感兴趣区的测量要调小，尽量不覆盖周围筋膜等结缔组。尽管测量时探头垂直于皮肤表面，由于腹横肌较宽大，局部呈弧形结构，仍然需注意声束与肌纤维夹角不应过大。Miyamoto等[16]比较探头与肌束方向夹角及探头与皮肤夹角对测量杨氏模量值的影响，发现探头与肌束夹角<20°时差异无统计学意义，探头与皮肤表面夹角不影响杨氏模量值。本研究在设计时未记录剪切波速度，也未在腹横肌横切面测量，缺少了这些因素的对比。有文献[17]表明杨氏模量值和剪切波速度对肌肉硬度评估均有参考意义，建议同时参考两个量化指标。有研究发现，剪切波在结缔组织传播速度减慢，纵切面扫查时探测到的剪切波传播速度是沿其肌纤维传播的速度，速度较快；而在横断面时，剪切波在肌纤维和结缔组织之间反复出入，可能会影响其传播速度[18-19]。因而横切时SWUE值较纵切明显减小。Chino等[20]研究显示，剪切波速度测值随切面不同而变化，腓肠肌纵切时其剪切波速度测值较横切测值高并存在差异。国内外文献中应用SWUE评估肌肉组织硬度时，更推荐肌肉纵切面测值[21-22]。

综上所述，SWUE可以定量评估腹横肌不同的功能状态，医师测量一致性及可重复性较好，为腹横肌功能状态的评估提供了一种相对独立的新方法，从而比较客观地评价腹横肌的功能状态。但目前SWUE应用于腹横肌的研究较少，缺少统一的测量标准；同时肌肉本身的复杂性和操作者本身的主观性等因素也会给研究带来一定困难。因此，今后还需进一步研究其方法学，使该技术可以作为一项比较可靠的定量监测指标应用于临床检查过程中，为后续肌肉方面的疾病诊断和治疗效果评估提供了一定的研究基础。