剪切波彈性成像評估卒中后肌肉硬度與肌力分級的相關性研究

馮 強，劉 欣，郭慧欣，李 哲，劉泓秀，王 濤（通信作者）

（1牡丹江醫學院附屬紅旗醫院超聲科 黑龍江 牡丹江 1570009）

（2牡丹江醫學院附屬第二醫院超聲科 黑龍江 牡丹江 1570009）

腦卒中是血管原因導致的中樞神經系統（即腦、視網膜或脊髓）急性局灶性損傷的神經功能缺損[1]，包括缺血性腦卒中和出血性腦卒中。缺血性卒中較常見，約占64.9%，多由腦的供血動脈狹窄或閉塞、腦供血不足導致腦組織壞死。有研究指出，腦卒中早期康復治療可有效減低患者的死亡率、殘疾率，有助于患者的肢體功能恢復及精神狀態恢復[2-3]。更有研究進一步指出，超早期康復治療，即在24 h內進行康復治療，并根據患者肌力情況制定康復治療方案，有助于卒中患者的預后，提高生存質量[4]。在患者康復訓練及治療中，對肌肉硬度的實時監測，有助于患者治療方案的制定以及對患者恢復情況的評估，剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是近年出現的量化肌肉硬度的超聲新技術，它通過系統定量分析得出反映組織硬度的具體數值，即剪切波速度（shearwave velocity，SWV）或楊氏模量（young"s modulus，YM），相比于主觀量表，可以更精準，更量化地反映肌肉硬度的實時細微變化，本研究我們將會研究肌力與剪切波速度之間是否具有相關性，以便對肌肉硬度進行實時監測。

1.1 一般資料

選取2021年10月—2022年12月于牡丹江醫學院附屬紅旗醫院神經內科就診的缺血性腦卒中急性期伴單側上肢偏癱患者60例，其中男45例，女15例，年齡51～73歲，均齡（59.13±2.08）歲；
右手為優勢手57 例，左手優勢手3例；
右側上肢癱瘓37例，左側上肢癱瘓23例。由兩位主治醫師對60例患者進行患側上肢肌力Lovett分級，患者肌力分級不同者排除，根據患側上肢肌力分級將患者分為肌力2級、3級、4級三組，患者健側上肢為對照組，肌力5級。

納入標準：①在CT或MRI成像中發現缺血性卒中的證據；
②一側上肢痙攣且既往無肌源性疾病的患者；
③上肢肌力降低且上肢肌力Lovett評估在2～4級范圍內；
④病例資料完整，可以配合檢查。排除標準：①既往或計劃進行上肢手術或在過去2年內有顯著的上肢創傷者；
②根據患者記錄中的既往病史，存在頸部神經根病或上肢的其他周圍神經缺陷，如帕金森綜合征；
③嚴重的精神或認知障礙患者；
④糖尿病、甲狀腺功能亢進癥史，或甲狀腺功能減退；
⑤在3個月內使用神經阻滯劑或肉毒毒素注射等藥物。

1.2 方法

使用佳能醫療生產的Aplio 500型實時定量剪切波彈性成像超聲診斷儀，線陣探頭（L14-5），頻率（5～14）MHz，獲得雙上肢二維掃描圖像和SWV（m/s）。每位參與者被指示仰臥在檢查床上，雙側肩膀和肘部處于放松的中立位置。用探頭在肘關節與桌面夾角0°時找到肱二頭肌的最大橫截面，于最大橫截面中部的感興趣區域選擇直徑為2 mm圓形分析區，獲得橫軸SWV測量值，然后將其旋轉90°，平行于肌束的方向，保持探頭中部位置不變，測量縱軸SWV；
于肘關節與桌面夾角90°時重復以上操作。然后于肘窩上方約3 cm處使用同樣方法獲得肱肌兩個位置橫軸及縱軸SWV值。注意在SWV采集數據過程中線陣探頭應輕放于患者皮膚表面不要施加壓力，保持靜止，告知患者放松，不要移動，接觸面應涂以足量耦合劑，待彈性色彩圖穩定后，測量并采集肱二頭肌及肱肌剪切波速度，縱軸測量時應注意探頭軸與肌肉纖維方向之間的角度盡量小于20°。

所有患者均由1位高年資肌骨超聲醫生對進行剪切波超聲彈性成像操作，得出患者0°和90°位置的肱二頭肌、肱肌橫軸及縱軸剪切波速度值，所有患者拉伸位均在測完放松位后1分鐘內測量，所有數據三次測量取其平均值。

1.3 統計學方法

采用SPSS 26.0統計軟件分析數據，符合正態分布的計量資料以均數±標準差（）表示，采用t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析；
計數資料以頻數（n）、百分率（%）表示，采用χ2檢驗；
相關因素分析采用Spearman相關系數，以P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2.1 患側橫軸、縱軸剪切波速度比較

患側0°及90°位時，肱二頭肌和肱肌縱軸剪切波速度快于橫軸（P＜0.05）。見表1。

表1 患側橫軸、縱軸剪切波速度比較（，m/s）

表1 患側橫軸、縱軸剪切波速度比較（，m/s）

注：與0°位縱軸剪切波速度對比，①P＜0.05；
與0°位縱軸剪切波速度對比，②P＜0.05。

軸位肱二頭肌0°位90°位縱軸SWV2.74±0.581.84±0.40①橫軸SWV1.61±0.391.55±0.35②t 13.6143.897 P＜0.001＜0.001軸位肱肌0°位90°位縱軸SWV2.09±0.501.85±0.29①橫軸SWV1.72±0.341.69±0.33②t 5.8402.703 P＜0.001＜0.050

2.2 患側與健側縱軸剪切波速度比較

0°位時及90°位時，患者肱二頭肌和肱肌腱側縱軸剪切波速度顯著快于患側（P＜0.05），見表2。

表2 患側、健側縱軸剪切波速度比較（，m/s）

表2 患側、健側縱軸剪切波速度比較（，m/s）

側別肱二頭肌0°位90°位健側SWV3.44±0.292.08±0.30患側SWV2.74±0.581.84±0.40 t 8.6034.166 P＜0.001＜0.001側別肱肌0°位90°位健側SWV2.53±0.232.06±0.33患側SWV2.09±0.501.85±0.29 t 6.5993.715 P＜0.001＜0.001

2.3 患側剪切波速度與肌力分級的關系

0°位下，肱二頭肌、肱肌在不同的Lovett肌力分級上的縱軸剪切波速度隨分級增大而加快。見表3及圖1。

圖1 患側肱二頭肌縱軸剪切波速度對比

表3 患側縱軸剪切波速度值與肌力分級的關系（，m/s）

表3 患側縱軸剪切波速度值與肌力分級的關系（，m/s）

分級例數肱二頭肌0°位SWV肱肌0°位SWV 4203.27±0.322.52±0.27 3202.88±0.312.22±0.26 2202.07±0.261.52±0.28 F 84.45572.702 P＜0.001＜0.001

2.4 患側剪切波速度與肌力分級的相關性

0°位及90°位時，患側肱二頭肌、肱肌縱軸剪切波與肌力分級具有相關性（P＜0.05），橫軸剪切波速度與肌力分級不具有相關性（P＞0.05），見表4。

表4 患側剪切波速度與肌力分級的相關系數

偏癱是腦卒中后的常見后遺癥，患者一般會出現不同程度的肢體運動障礙，這是因為腦卒中的發生及發展使得大腦皮質中用于控制運動的中樞神經區域受到破壞，可見特殊的走路姿勢，即偏癱步態，嚴重者會臥床不起。一般情況下，卒中后早期根據患者肌力分級情況可見早期評定患者的病情嚴重程度，肌力減弱但仍保持在4～5級且不影響日常生活為輕度偏癱，偏癱癥狀嚴重且肌力在2～4級為不完全偏癱，肌力0～1級且完全無法活動為全癱?，F階段針對腦卒中偏癱的治療以藥物控制及營養支持為基礎，實踐證明早期康復治療可促進功能迅速恢復。此外，以功能性電刺激、針灸及肌力訓練為代表的物理治療方式也可以促進偏癱患者的早期康復，減少嚴重并發癥，有望通過聯合治療的方式提高療效。在康復治療過程中對骨骼肌恢復情況的實時評估，有助于患者及臨床大夫及時了解恢復情況，有助于臨床大夫及時對治療方案的調整以及患者恢復信心的建立，更加配合疾病的治療。

本研究發現，肘關節處于相同位置時，不論患側還是健側，肱二頭肌和肱肌縱軸和橫軸上的剪切波速度差異有統計學意義（P＜0.05），縱軸的剪切波速度明顯快于橫軸，這可能是剪切波的原理及骨骼肌的基本特征的原因造成的，剪切波是橫波，是由沿同一個層面的兩個相對在相反方向上作用的一對相等的力產生的。剪切相互作用后，初始層將恢復其原始形狀，而相鄰層經歷剪切，剪切波得以傳播，而骨骼肌的組織結構由肌原纖維、肌纖維、膠原蛋白和彈性纖維以及筋膜的平行排列組成，以此產生骨骼肌的各向異性。橫軸測量時，剪切波的傳播可能會經過更多的組織層面，故這些各向異性的物理特征可能是剪切波沿纖維方向傳播速度快于垂直于纖維方向傳播的原因，目前，僅有少量研究顯示了骨骼肌一些病變在橫軸剪切波彈性成像上表現出明顯的異質性，大多數研究表明，骨骼肌剪切波成像在平行于肌纖維時具有更好的一致性及可重復性。

另外，當探頭在同一測量方向時，肱二頭肌和肱肌0°位和90°位時，剪切波速度具有明顯差異，0°位的剪切波速度快于90°位的剪切波速度，這與其他研究得出的結論相通，有研究指出，隨著骨骼肌拉伸角度的增大，骨骼肌的硬度也在不斷地增大，楊氏模量值也在增大[5]，有研究顯示，從0°掌屈到50°腕關節被動拉伸，偏癱側腕屈肌的剪切彈性模量明顯增加[6]。Lee等[7]在腦癱患者中也有類似的發現，剪切彈性波速隨著扭矩、踝關節角度和肌束應變力的增加而增加。偏癱患者肌肉彈性模量變化的機制仍在討論中。一種可能的解釋可能與卒中后肌肉結構的改變有關，在文獻中，在卒中后幸存但是偏癱患者中觀察到上肢和下肢肌束長度發生變化，結果表明，偏癱肌的肌肉形態改變可能會導致被動拉伸時肌肉彈性特征發生異常變化[8]。偏癱側彈性模量增加的另一個可能原因是肌肉成分的變化。這些變化包括膠原中的肌周和肌原纖維增加，細胞內蛋白質中肌肽和細胞外基質異常積累，以及脂肪增加[9]。肌肉成分可能會影響肌肉彈性，先前對脊髓損傷大鼠模型的研究也表明，偏癱側肌肉在恢復過程中存在細胞外結締組織的修復，因此，這些病理性肌肉結構和成分的改變可能導致楊氏模量升高，SWE量化的硬度反過來又有助于在當前的研究中，測量偏癱側骨骼肌的硬度變化。但是，在沒有進一步充分研究之前，不能得出骨骼肌硬度變化原因的具體結論。未來的研究應該結合不同的測量肌肉生物學特性的技術，如肌肉組織活檢和骨骼肌運動單元數量估計等，這將有助于驗證這些發現，更好地了解卒中后偏癱側骨骼肌功能的變化。

本研究也發現，在肘關節處于相同位置時，患側和健側的肱二頭肌及肱肌縱軸剪切波速度差異有統計學意義（P＜0.05），健側縱軸剪切波速度明顯快于患側，且在0°位時，這種差異更為明顯；
然而在橫軸時，在0°位時患側和健側的剪切波速度僅在肱肌之間差異有統計學意義（P＜0.05），健側剪切波速度明顯大于患側，90°位時患側和健側的肱二頭肌及肱肌之間差異不顯著（P＞0.05），當出現腦卒中發生后急性期時，會導致局部神經功能出現缺失的情況，支配局部肌肉的功能缺失，出現軟癱現象，這種情況下肌肉失去基本收縮能力，導致肌肉變得更軟，故肌肉硬度下降，導致剪切波速度下降，而關于這方面的研究較少且本研究只是處于初步階段，具體導致肌肉剪切波速度下降的機制的原因，還需要進一步研究。

在本研究中，在肘關節0°位及90°位時，肱二頭肌和肱肌于縱軸上在不同的肌力Lovett分級上剪切波速度不同，隨著軟癱患者肌力減弱，縱軸剪切波速度也在減慢，具有明顯的相關性（P＜0.05），而在0°位時，這種相關性更強。Gao等[10]同樣發現，只有當肘關節伸度而非90°屈曲時，慢性中風后痙攣患者的肱二頭肌SWV與對照組存在差異，放松位時檢查結果最小，肌肉SWE測量結果的可靠性最高，變異性最小，但很多情況下，只有在拉伸狀態下檢查才能更好地提供某些疾病的臨床相關信息，可能是拉伸位時，肌肉相對更硬，這是疾病的差異反映在剪切波速度上更明顯的原因，具體被動牽拉時骨骼肌疾病所產生的差異是否更明顯，則需要進一步研究以顯示。另外本研究也顯示肱二頭肌和肱肌于橫軸上在不同的肌力Lovett分級上剪切波速度差異不具有明顯相關性（P＞0.05），這可能是由于橫軸測量時骨骼肌各向異性大，導致測量不夠準確、敏感度不佳的原因。

綜上所述，肱二頭肌、肱肌縱軸剪切波速度與肌力分級具有較明顯相關性，且在0°位時更具有敏感性，剪切波成像技術可以實時對肌肉硬度進行評估，評估時建議于拉伸位縱軸進行。