肌骨超声成像技术在慢性颈痛患者颈部肌肉评估中的应用研究进展

戚璐 张恩铭 刘吉 吕媛媛

北京体育大学运动医学与康复学院（北京100084）

颈痛已经成为当前影响人们工作、学习和生活质量的重要肌骨损伤之一。颈痛相关症状持续时间超过12 周被称为慢性颈痛[1]。慢性颈痛的发生与颈椎稳定性有密切联系，在影响颈椎稳定的因素中，由颈部各层次肌肉构筑的动态稳定结构又尤为重要[2]。因此对慢性颈痛患者的颈部肌肉功能进行评估及有效干预具有重要的临床意义。在以往的研究中，表面肌电图(surface electromyography，sEMG)和磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是评价肌肉功能和形态较为常用的手段，但是这些方法存在一定的局限，sEMG 的测量结果会受到相邻肌肉的交叉效应影响，MRI 费用较高，而超声成像技术无相邻肌肉的交叉效应影响，且费用较低[3-4]。肌骨超声技术可以客观评价肌肉萎缩和肥大情况，同时也能在休息或不同的运动状态下实时观察肌肉的形态学指标并对肌肉功能进行评价[5-6]。此外，利用超声弹性成像技术也可以对骨骼肌硬度进行评价[7-10]。因此，超声成像技术在临床康复的诊断、评定等方面发挥着越来越重要的作用。本文对目前国内外肌骨超声成像技术在慢性颈痛患者颈部肌肉形态测量及功能评定等方面的应用情况进行总结，为临床开展该技术的应用提供参考。

本文主要在英文数据库PubMed、Embase和中文数据库中国知网、万方数据库中对相关文献进行检索，以(ultrasonography OR ultraso*) AND (neck pain OR cervical pain OR neck muscle* OR cervical muscle*OR longuscolli OR longus capitis OR semispinalis cervicis OR semispinalis capitis OR multifidus)为检索词对英文文献进行检索，以(超声或肌骨超声)和(颈痛或颈部肌肉或颈长肌或头长肌或颈半棘肌或头半棘肌或多裂肌)为检索词对中文文献进行检索，通过阅读标题和摘要，筛选出肌骨超声在颈部肌肉评估中应用的文献。对于以颈痛患者为受试者的研究，只纳入对慢性颈痛患者的研究。

1 慢性颈痛患者颈部肌肉的变化

慢性颈痛的影响因素较多，其机制较为复杂。近些年来，慢性颈痛患者颈部肌肉的形态、硬度及功能变化的研究已成为运动康复领域的热点[7，8，11]。现有研究表明，慢性颈痛患者常出现颈部肌肉形态学及肌纤维类型改变[12]、脂肪沉积[12]、肌肉硬度改变[7]、肌肉激活模式改变[13]、本体感觉缺失[12]等从形态到功能的各种改变。

慢性颈痛患者颈部深层肌肉的激活和募集模式通常会发生改变。首先，慢性颈痛患者深层肌肉激活存在延迟，影响对颈部姿势的控制[13]；其次，颈部肌肉长期的异常活动模式会引发局部肌肉的过度疲劳，进而导致肌肉硬度增大及颈椎的压力增加[7，13，14]；此外，疼痛和恐动也会导致颈部肌肉的废用以及功能衰退[5]。因此，对于慢性颈痛患者颈部肌肉的客观评估尤为重要。

2 应用超声成像技术对慢性颈痛患者颈部肌肉进行评估

在应用超声成像技术评估慢性颈痛患者颈部肌肉的研究中，较多研究对肌肉的形态学和肌肉硬度进行测量观察。在观察对象中，除测量颈前后部的浅层肌群如胸锁乳突肌、斜方肌等外，较多研究关注多裂肌、头长肌、颈长肌和头颈半棘肌等深部肌群的形态及硬度[6-8]。常用的形态学指标主要包括前后径(anteriorposterior dimension，APD)、横径(lateral dimension，LD)、横截面积(cross-sectional area，CSA)、形状比(形状比=LD/APD)等[11]。在应用超声弹性成像技术对肌肉硬度进行测量时，常用剪切波速度或杨氏模量等参数来反映肌肉硬度[8，10]。

2.1 肌肉形态学指标的评估

2.1.1 对颈部深层肌肉的测量评估

由于颈部腹侧的头长肌和颈长肌等颈深屈肌在维持颈椎曲度及稳定性方面有着重要作用，所以较多研究重点集中在对颈长肌和头长肌的测量和评价上。肌骨超声对颈长肌和头长肌的成像情况见图1。研究发现，慢性颈痛患者颈长肌的横截面积和厚度明显小于健康人群，说明慢性颈痛患者颈深屈肌存在萎缩[11，15，16]；慢性颈痛患者颈长肌的形状比大于健康人群，说明慢性颈痛患者颈长肌的形状更扁平[16]。此外，Ghamkhar等[15]的研究发现，慢性颈痛患者头长肌面积与健康人无显著差异，研究认为慢性颈痛对头长肌的影响小于其对颈长肌的影响，因为颈长肌在解剖位置上更靠近颈椎。

颈部背侧主要以颈伸肌为主，由深到浅分别为：多裂肌、颈半棘肌、头半棘肌、头夹肌、斜方肌。肌骨超声对颈伸肌的成像情况如图2所示。研究发现，慢性颈痛患者的头半棘肌面积和前后径比健康人更小[17-18]，说明颈深部伸肌存在萎缩，原因可能是，疼痛本身及其引起的恐动等因素使得肌肉废用，进而导致功能衰退。一般认为，多裂肌在脊柱稳定中有着重要作用，脊柱疼痛患者常常有多裂肌的萎缩问题[12]。而有研究报道慢性颈痛患者的多裂肌的形状比比健康人更大，即多裂肌形状更扁平[5]，头半棘肌横径与健康人相比没有显著性差异[17-18]。

图2 肌骨超声在C4水平下测量颈部背侧肌肉的厚度成像[14]

慢性颈痛患者颈部两侧肌肉的对称性问题也是研究的热点。研究发现，双侧颈痛患者颈部深层肌肉的横截面积和前后径都减小[11]，且两侧颈部深层肌肉无显著性差异[5，19]；但是单侧颈痛患者颈痛侧头半棘肌和多裂肌的面积比非颈痛侧更小[12，18]，两侧头半棘肌差异也比无颈痛组更大[17]。还有研究发现，健康人颈深层伸肌的对称性优于浅层肌肉[20]。

2.1.2 对颈肩部其他肌肉的测量评估

在慢性颈痛人群中，由于颈部深层肌肉收缩能力下降，浅层肌肉会产生代偿[21]。所以肌骨超声对慢性颈痛患者浅层肌肉的观察也是研究的重要内容。相关研究发现，在放松状态下慢性颈痛患者和健康人颈部浅层肌肉的大小没有差异[15，22]，可能的原因是：慢性颈痛患者深层肌肉激活不足，引起浅层肌肉的活动增加来代偿，而这种代偿常在脊柱承受高负荷时才更为明显[15]。

慢性颈痛患者在上肢休息位及肩关节外展120°时，疼痛侧斜方肌下束的厚度比健康组小[23]，其机制可能为颈部疼痛引起肌肉活动的重新分布以防止进一步的疼痛或损伤。而斜方肌下束的弱化常常会造成肩胛骨位置异常，并通过连接颈椎和肩胛骨的肌肉对颈椎造成压力[23]。这提示，对于慢性颈痛患者来说，斜方肌下束的力量训练也非常重要，通过正确的干预可以纠正肩胛骨周围肌肉的失衡，促进颈肩部肌肉力量和功能的平衡。

2.2 结合功能活动的测量评估

结合颈肩部及上肢不同的功能活动，利用超声成像技术评估颈部肌肉收缩时的变化，可以反映颈部肌肉在不同激活状态下的动态变化，对颈部肌肉活动模式进行定量分析，从而进一步研究颈部肌肉在维持颈部稳定中的作用[12，19，24]。

2.2.1 结合颈部运动进行评估

颅颈屈曲测试(cranio- cervical flexion test，CCFT)是评估颈深屈肌功能的经典试验，可利用超声成像技术在进行CCFT 时观察颈屈肌的动态变化。研究发现，在健康组中，随着CCFT压力的增加，颈长肌和胸锁乳突肌的厚度都逐渐增加[6，21]，而且变化相似[21]。而在慢性颈痛组中，胸锁乳突肌厚度增加比颈深屈肌增加更明显，可能是因为慢性颈痛患者颈深屈肌收缩能力下降，浅层肌肉胸锁乳突肌发生代偿，所以相对活跃[21]。此外，有研究发现慢性颈痛组和健康组在CCFT过程中颈深屈肌的横截面积变化模式也有显著性差异：随着CCFT 压力的增大，颈深屈肌的横截面积都是先增加后降低，但是无颈痛组压力的拐点是24 mmHg，而慢性颈痛组压力的拐点为22 mmHg，这可能是因为，慢性颈痛患者因害怕而回避运动，因此其颈深屈肌在更高的压力下其活动水平较低[19]。

在进行头颈部伸展活动时可利用超声成像技术观察颈后群肌肉的形态变化来评估其活动特点，多裂肌常常是研究的重点。Somayeh 等[12]的研究发现，颈部肌肉进行最大自主等长收缩(maximal isometric voluntary contraction，MIVC)时，0%～50%MIVC、0%～100%MIVC之间的多裂肌面积显著性增加，但是50%～100%MIVC之间多裂肌面积没有显著性增加，说明50%MIVC时多裂肌已经完全激活。此外，在颈部不同方向的运动中，利用超声成像技术对颈部肌肉围度进行测量时发现，多裂肌的主要功能为颈部伸展；但是在颈部各个方向的运动中，多裂肌都会被激活，起到维持颈椎稳定性的作用[12]。所以，在为慢性颈痛患者制定运动处方时，应注意进行颈部多裂肌的力量训练，以加强其稳定性。

2.2.2 结合上肢活动进行评估

上肢活动产生的力也能够通过斜方肌上束、肩胛提肌、菱形肌等肩胛胸壁肌肉传递到颈椎，从而增加脊柱的压力，所以颈伸肌的功能正常能够在一定程度上保证传递到颈椎的负荷在正常范围内[3]。研究发现，在肩部肌肉等长收缩或上肢在肩胛骨平面抬高120°时，健康组多裂肌厚度增加的幅度比慢性颈痛组大[3，24]，原因可能有以下几点：首先，慢性颈痛患者颈部深层肌肉弱化，影响多裂肌的激活；其次，慢性颈痛患者颈深伸肌上存在活跃的扳机点，会限制患者颈深伸肌的活动；最后，疼痛引起的反射抑制会使肌肉功能降低，改变肌肉的运动策略，而且这种疼痛抑制作用对深层肌肉的影响比浅层肌肉的影响更大[24]。在模仿日常生活的运动时，无论是慢性颈痛患者还是健康人，在颈部背侧的肌肉中，多裂肌厚度增加最大[3]。但是当上肢等长抗阻收缩时，慢性颈痛患者颈半棘肌厚度变化大于多裂肌厚度变化，健康受试者则相反[14]。这可能与肌肉的解剖位置有关，因为颈半棘肌覆盖在多裂肌之上，且纤维排列方式与多裂肌相似，慢性颈痛患者的颈半棘肌为弱化的多裂肌提供了代偿作用[14]。此外，肩部在屈伸、左右旋转、左右侧屈6个方向的等长抗阻收缩对多裂肌的厚度无显著影响[24]，说明无论肩部运动方向如何，多裂肌都会收缩为颈椎提供稳定性。但Noureddin等[14]的研究发现，在肩部等长外展时颈伸肌厚度变化最大，可能因为肩部外展时斜方肌需要进行收缩来控制肩胛骨，斜方肌收缩引起颈椎的旋转，因此颈伸肌被激活以稳定颈椎。

上述主要相关研究的基本内容见表1。

表1 采用超声成像技术对慢性颈痛人群颈部肌肉形态学指标进行评估的相关研究

(续表1)

2.3 颈部肌肉硬度的评估

超声弹性技术可以通过测量组织的变形程度来描述组织弹性，而弹性(elasticity)是一种反映组织硬度(stiffness)的机械特征；通过对组织施压，变形程度越大，硬度越小[25]。肌肉硬度在一定程度上能反映肌肉的疲劳或损伤状况，也能反映其运动表现能力[7]。由于触诊等检查方法难以评估深层肌肉的硬度，借助超声成像技术可为临床治疗提供依据。研究发现，无论是健康人还是慢性颈痛患者，靠近颈椎的肌肉硬度更大[8-9]。在上肢负重时，由于需要斜方肌收缩来维持肩胛骨和肩关节稳定性[7-8]，所以其硬度大于其相邻的头夹肌。在慢性颈痛患者中，头夹肌的硬度与健康人相似，但是斜方肌上束、肩胛提肌、胸锁乳突肌的硬度比健康人更高[7]。此外，大多数慢性颈痛患者从主观角度都会自觉颈部肌肉紧张和僵硬，但研究发现，自觉颈部肌肉僵硬的慢性颈痛患者通过超声弹性成像技术测得的肌肉硬度(斜方肌、头夹肌、头半棘肌、颈半棘肌、多裂肌)与健康人无显著性差异[9]。因此，自觉僵硬与客观测得的肌肉硬度之间的关系仍需要进一步研究。

2.4 对慢性颈痛患者康复治疗效果的评估

通过超声成像技术对颈部肌肉的测量也常被用来评价慢性颈痛患者康复治疗效果。通过超声对颈部肌肉围度进行测量的研究发现，颅颈屈曲运动(craniocervical flexion exercise，CCFE)能够增加慢性颈痛患者颈长肌的围度，但是颈部屈曲运动(cervical flexion exercise，CFE)能够同时增加颈长肌和胸锁乳突肌的围度[2]，说明CCFE主要是募集颈深屈肌，而CFE能够同时激活颈深、浅屈肌。在CCFE过程中，当压力变化时，颈长肌厚度变化值越大，代表颈椎稳定性越高[6]；而胸锁乳突肌厚度变化值越大，说明胸锁乳突肌产生代偿作用，从而会加重颈痛症状[13]，因此，CCFE应最大化激活颈深屈肌而最小化激活颈浅屈肌。利用超声检测肌肉的厚度变化，可以得出最大化激活颈深屈肌而最小化激活颈浅屈肌的压力区间，在此区间内锻炼效果最佳。Park 等[6]的研究利用超声成像技术评估了健康人进行CCFE时颈深屈肌和胸锁乳突肌的厚度变化，发现颈深屈肌激活最大化而颈浅屈肌激活最小化的压力区间为25～30 mmHg。未来研究可以关注慢性颈痛患者的最佳压力区间，以实现更加精准的康复训练。此外，Kashfi 等[26]对慢性颈痛患者分别进行针对颈部深层肌肉的锻炼以及一般的颈部肌肉锻炼，发现前者在改善颈痛方面更有效。

在关于关节松动术治疗慢性颈痛的效果评价研究中，Jesus 等[29]对健康人和慢性颈痛患者进行一次C5/6水平的Maitland Ⅲ级前后向关节松动术，在关节松动术前后，在受试者进行CCFT 的同时，应用超声测量其颈长肌的厚度，肌肉厚度变化表示肌肉的募集情况，研究发现，慢性颈痛患者的颈长肌募集有显著提高，胸锁乳突肌募集降低，说明慢性颈痛患者颈部肌肉异常募集模式得到改善。

别凡等[30]对内热针和热磁治疗慢性颈痛的效果进行评价，超声弹性测量结果表明，内热针组两侧斜方肌、头夹肌、头半棘肌、颈半棘肌、多裂肌的应变率比值均下降，而热磁组只有右侧头半棘肌的应变率比值下降，说明内热针改善颈部肌肉硬度的效果更好。

上述相关主要研究的基本内容见表2。

表2 超声成像技术用于评价慢性颈痛患者康复治疗效果的研究

3 影响测试信度的主要因素

在针对慢性颈痛患者颈部肌肉的研究中，国内外学者普遍认为通过超声成像技术可以可靠地测量颈部肌肉的形态指标[16，31，32]。Mcgaugh等[31]的研究发现，超声测量颈深屈肌横截面积的组内信度为中等至良好程度。Leila 等[32]的研究发现，超声成像在慢性颈痛患者肩外展最大自主收缩时测量多裂肌横径的组间信度是中等水平，而在健康人和慢性颈痛患者放松和在肩部其他力量水平的外展等长抗阻收缩时，超声测量多裂肌前后径和横径的的信度为高至非常高水平。研究发现超声弹性成像也能够可靠地测量颈部肌肉的硬度[9-10]。Dieterich 等[9]的研究发现，在进行不同功能活动时，超声弹性成像测量肌肉硬度的组间信度均良好。此外，声辐射力脉冲成像技术结合剪切波速分析可以可靠地测定颈肩部肌肉的硬度[10]。

目前各类研究中，报道影响超声测量颈部肌肉信度的因素主要包括以下四个方面：首先，颈部深层肌肉面积小、肌肉边界模糊会影响超声对颈部肌肉测量的信度[33]。第二，超声的轴向分辨率比其水平分辨率更好，所以肌肉的走向会影响超声的测量结果[33]。第三，信度还受到测试者操作的影响。在相关研究中，测试者要在超声图像上手动选取肌肉的边缘，故不同测试者间测试结果存在差异[31]。上述各种因素往往对最后的研究结果产生重要影响，所以应用超声成像技术测量肌肉形态学等指标时，应该对操作条件进行严格的规定，最大程度减小误差以保证研究结论的可靠。

4 总结

通过超声影像学研究发现慢性颈痛患者颈部深层肌肉往往激活不足、收缩能力下降，浅层肌肉代偿过多；由于疼痛和恐动，在较高负荷下深层肌肉的活动水平较低；在上肢活动时，起稳定作用的多裂肌的激活也更弱。通过超声弹性成像技术研究发现，慢性颈痛患者颈部肩胛带周围肌肉的硬度比健康人更高。此外，超声成像技术在评估慢性颈痛的康复治疗效果等方面也有一定的应用价值，为临床提供了更为方便和准确的诊断评估和疗效评价方法。需要注意的是，要实现该技术在临床的广泛应用，还需在操作中建立严格的测试操作规范和标准以提高其应用价值。