剪切波弹性成像评估卒中后肌肉硬度与肌力分级的相关性研究

冯 强，刘 欣，郭慧欣，李 哲，刘泓秀，王 涛（通信作者）

（1牡丹江医学院附属红旗医院超声科 黑龙江 牡丹江 1570009）

（2牡丹江医学院附属第二医院超声科 黑龙江 牡丹江 1570009）

脑卒中是血管原因导致的中枢神经系统（即脑、视网膜或脊髓）急性局灶性损伤的神经功能缺损[1]，包括缺血性脑卒中和出血性脑卒中。缺血性卒中较常见，约占64.9%，多由脑的供血动脉狭窄或闭塞、脑供血不足导致脑组织坏死。有研究指出，脑卒中早期康复治疗可有效减低患者的死亡率、残疾率，有助于患者的肢体功能恢复及精神状态恢复[2-3]。更有研究进一步指出，超早期康复治疗，即在24 h内进行康复治疗，并根据患者肌力情况制定康复治疗方案，有助于卒中患者的预后，提高生存质量[4]。在患者康复训练及治疗中，对肌肉硬度的实时监测，有助于患者治疗方案的制定以及对患者恢复情况的评估，剪切波弹性成像（shear wave elastography，SWE）是近年出现的量化肌肉硬度的超声新技术，它通过系统定量分析得出反映组织硬度的具体数值，即剪切波速度（shearwave velocity，SWV）或杨氏模量（young"s modulus，YM），相比于主观量表，可以更精准，更量化地反映肌肉硬度的实时细微变化，本研究我们将会研究肌力与剪切波速度之间是否具有相关性，以便对肌肉硬度进行实时监测。

1.1 一般资料

选取2021年10月—2022年12月于牡丹江医学院附属红旗医院神经内科就诊的缺血性脑卒中急性期伴单侧上肢偏瘫患者60例，其中男45例，女15例，年龄51～73岁，均龄（59.13±2.08）岁；
右手为优势手57 例，左手优势手3例；
右侧上肢瘫痪37例，左侧上肢瘫痪23例。由两位主治医师对60例患者进行患侧上肢肌力Lovett分级，患者肌力分级不同者排除，根据患侧上肢肌力分级将患者分为肌力2级、3级、4级三组，患者健侧上肢为对照组，肌力5级。

纳入标准：①在CT或MRI成像中发现缺血性卒中的证据；
②一侧上肢痉挛且既往无肌源性疾病的患者；
③上肢肌力降低且上肢肌力Lovett评估在2～4级范围内；
④病例资料完整，可以配合检查。排除标准：①既往或计划进行上肢手术或在过去2年内有显著的上肢创伤者；
②根据患者记录中的既往病史，存在颈部神经根病或上肢的其他周围神经缺陷，如帕金森综合征；
③严重的精神或认知障碍患者；
④糖尿病、甲状腺功能亢进症史，或甲状腺功能减退；
⑤在3个月内使用神经阻滞剂或肉毒毒素注射等药物。

1.2 方法

使用佳能医疗生产的Aplio 500型实时定量剪切波弹性成像超声诊断仪，线阵探头（L14-5），频率（5～14）MHz，获得双上肢二维扫描图像和SWV（m/s）。每位参与者被指示仰卧在检查床上，双侧肩膀和肘部处于放松的中立位置。用探头在肘关节与桌面夹角0°时找到肱二头肌的最大横截面，于最大横截面中部的感兴趣区域选择直径为2 mm圆形分析区，获得横轴SWV测量值，然后将其旋转90°，平行于肌束的方向，保持探头中部位置不变，测量纵轴SWV；
于肘关节与桌面夹角90°时重复以上操作。然后于肘窝上方约3 cm处使用同样方法获得肱肌两个位置横轴及纵轴SWV值。注意在SWV采集数据过程中线阵探头应轻放于患者皮肤表面不要施加压力，保持静止，告知患者放松，不要移动，接触面应涂以足量耦合剂，待弹性色彩图稳定后，测量并采集肱二头肌及肱肌剪切波速度，纵轴测量时应注意探头轴与肌肉纤维方向之间的角度尽量小于20°。

所有患者均由1位高年资肌骨超声医生对进行剪切波超声弹性成像操作，得出患者0°和90°位置的肱二头肌、肱肌横轴及纵轴剪切波速度值，所有患者拉伸位均在测完放松位后1分钟内测量，所有数据三次测量取其平均值。

1.3 统计学方法

采用SPSS 26.0统计软件分析数据，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示，采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析；
计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，采用χ2检验；
相关因素分析采用Spearman相关系数，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2.1 患侧横轴、纵轴剪切波速度比较

患侧0°及90°位时，肱二头肌和肱肌纵轴剪切波速度快于横轴（P＜0.05）。见表1。

表1 患侧横轴、纵轴剪切波速度比较（，m/s）

表1 患侧横轴、纵轴剪切波速度比较（，m/s）

注：与0°位纵轴剪切波速度对比，①P＜0.05；
与0°位纵轴剪切波速度对比，②P＜0.05。

轴位肱二头肌0°位90°位纵轴SWV2.74±0.581.84±0.40①横轴SWV1.61±0.391.55±0.35②t 13.6143.897 P＜0.001＜0.001轴位肱肌0°位90°位纵轴SWV2.09±0.501.85±0.29①横轴SWV1.72±0.341.69±0.33②t 5.8402.703 P＜0.001＜0.050

2.2 患侧与健侧纵轴剪切波速度比较

0°位时及90°位时，患者肱二头肌和肱肌腱侧纵轴剪切波速度显著快于患侧（P＜0.05），见表2。

表2 患侧、健侧纵轴剪切波速度比较（，m/s）

表2 患侧、健侧纵轴剪切波速度比较（，m/s）

侧别肱二头肌0°位90°位健侧SWV3.44±0.292.08±0.30患侧SWV2.74±0.581.84±0.40 t 8.6034.166 P＜0.001＜0.001侧别肱肌0°位90°位健侧SWV2.53±0.232.06±0.33患侧SWV2.09±0.501.85±0.29 t 6.5993.715 P＜0.001＜0.001

2.3 患侧剪切波速度与肌力分级的关系

0°位下，肱二头肌、肱肌在不同的Lovett肌力分级上的纵轴剪切波速度随分级增大而加快。见表3及图1。

图1 患侧肱二头肌纵轴剪切波速度对比

表3 患侧纵轴剪切波速度值与肌力分级的关系（，m/s）

表3 患侧纵轴剪切波速度值与肌力分级的关系（，m/s）

分级例数肱二头肌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 患侧剪切波速度与肌力分级的相关性

0°位及90°位时，患侧肱二头肌、肱肌纵轴剪切波与肌力分级具有相关性（P＜0.05），横轴剪切波速度与肌力分级不具有相关性（P＞0.05），见表4。

表4 患侧剪切波速度与肌力分级的相关系数

偏瘫是脑卒中后的常见后遗症，患者一般会出现不同程度的肢体运动障碍，这是因为脑卒中的发生及发展使得大脑皮质中用于控制运动的中枢神经区域受到破坏，可见特殊的走路姿势，即偏瘫步态，严重者会卧床不起。一般情况下，卒中后早期根据患者肌力分级情况可见早期评定患者的病情严重程度，肌力减弱但仍保持在4～5级且不影响日常生活为轻度偏瘫，偏瘫症状严重且肌力在2～4级为不完全偏瘫，肌力0～1级且完全无法活动为全瘫。现阶段针对脑卒中偏瘫的治疗以药物控制及营养支持为基础，实践证明早期康复治疗可促进功能迅速恢复。此外，以功能性电刺激、针灸及肌力训练为代表的物理治疗方式也可以促进偏瘫患者的早期康复，减少严重并发症，有望通过联合治疗的方式提高疗效。在康复治疗过程中对骨骼肌恢复情况的实时评估，有助于患者及临床大夫及时了解恢复情况，有助于临床大夫及时对治疗方案的调整以及患者恢复信心的建立，更加配合疾病的治疗。

本研究发现，肘关节处于相同位置时，不论患侧还是健侧，肱二头肌和肱肌纵轴和横轴上的剪切波速度差异有统计学意义（P＜0.05），纵轴的剪切波速度明显快于横轴，这可能是剪切波的原理及骨骼肌的基本特征的原因造成的，剪切波是横波，是由沿同一个层面的两个相对在相反方向上作用的一对相等的力产生的。剪切相互作用后，初始层将恢复其原始形状，而相邻层经历剪切，剪切波得以传播，而骨骼肌的组织结构由肌原纤维、肌纤维、胶原蛋白和弹性纤维以及筋膜的平行排列组成，以此产生骨骼肌的各向异性。横轴测量时，剪切波的传播可能会经过更多的组织层面，故这些各向异性的物理特征可能是剪切波沿纤维方向传播速度快于垂直于纤维方向传播的原因，目前，仅有少量研究显示了骨骼肌一些病变在横轴剪切波弹性成像上表现出明显的异质性，大多数研究表明，骨骼肌剪切波成像在平行于肌纤维时具有更好的一致性及可重复性。

另外，当探头在同一测量方向时，肱二头肌和肱肌0°位和90°位时，剪切波速度具有明显差异，0°位的剪切波速度快于90°位的剪切波速度，这与其他研究得出的结论相通，有研究指出，随着骨骼肌拉伸角度的增大，骨骼肌的硬度也在不断地增大，杨氏模量值也在增大[5]，有研究显示，从0°掌屈到50°腕关节被动拉伸，偏瘫侧腕屈肌的剪切弹性模量明显增加[6]。Lee等[7]在脑瘫患者中也有类似的发现，剪切弹性波速随着扭矩、踝关节角度和肌束应变力的增加而增加。偏瘫患者肌肉弹性模量变化的机制仍在讨论中。一种可能的解释可能与卒中后肌肉结构的改变有关，在文献中，在卒中后幸存但是偏瘫患者中观察到上肢和下肢肌束长度发生变化，结果表明，偏瘫肌的肌肉形态改变可能会导致被动拉伸时肌肉弹性特征发生异常变化[8]。偏瘫侧弹性模量增加的另一个可能原因是肌肉成分的变化。这些变化包括胶原中的肌周和肌原纤维增加，细胞内蛋白质中肌肽和细胞外基质异常积累，以及脂肪增加[9]。肌肉成分可能会影响肌肉弹性，先前对脊髓损伤大鼠模型的研究也表明，偏瘫侧肌肉在恢复过程中存在细胞外结缔组织的修复，因此，这些病理性肌肉结构和成分的改变可能导致杨氏模量升高，SWE量化的硬度反过来又有助于在当前的研究中，测量偏瘫侧骨骼肌的硬度变化。但是，在没有进一步充分研究之前，不能得出骨骼肌硬度变化原因的具体结论。未来的研究应该结合不同的测量肌肉生物学特性的技术，如肌肉组织活检和骨骼肌运动单元数量估计等，这将有助于验证这些发现，更好地了解卒中后偏瘫侧骨骼肌功能的变化。

本研究也发现，在肘关节处于相同位置时，患侧和健侧的肱二头肌及肱肌纵轴剪切波速度差异有统计学意义（P＜0.05），健侧纵轴剪切波速度明显快于患侧，且在0°位时，这种差异更为明显；
然而在横轴时，在0°位时患侧和健侧的剪切波速度仅在肱肌之间差异有统计学意义（P＜0.05），健侧剪切波速度明显大于患侧，90°位时患侧和健侧的肱二头肌及肱肌之间差异不显著（P＞0.05），当出现脑卒中发生后急性期时，会导致局部神经功能出现缺失的情况，支配局部肌肉的功能缺失，出现软瘫现象，这种情况下肌肉失去基本收缩能力，导致肌肉变得更软，故肌肉硬度下降，导致剪切波速度下降，而关于这方面的研究较少且本研究只是处于初步阶段，具体导致肌肉剪切波速度下降的机制的原因，还需要进一步研究。

在本研究中，在肘关节0°位及90°位时，肱二头肌和肱肌于纵轴上在不同的肌力Lovett分级上剪切波速度不同，随着软瘫患者肌力减弱，纵轴剪切波速度也在减慢，具有明显的相关性（P＜0.05），而在0°位时，这种相关性更强。Gao等[10]同样发现，只有当肘关节伸度而非90°屈曲时，慢性中风后痉挛患者的肱二头肌SWV与对照组存在差异，放松位时检查结果最小，肌肉SWE测量结果的可靠性最高，变异性最小，但很多情况下，只有在拉伸状态下检查才能更好地提供某些疾病的临床相关信息，可能是拉伸位时，肌肉相对更硬，这是疾病的差异反映在剪切波速度上更明显的原因，具体被动牵拉时骨骼肌疾病所产生的差异是否更明显，则需要进一步研究以显示。另外本研究也显示肱二头肌和肱肌于横轴上在不同的肌力Lovett分级上剪切波速度差异不具有明显相关性（P＞0.05），这可能是由于横轴测量时骨骼肌各向异性大，导致测量不够准确、敏感度不佳的原因。

综上所述，肱二头肌、肱肌纵轴剪切波速度与肌力分级具有较明显相关性，且在0°位时更具有敏感性，剪切波成像技术可以实时对肌肉硬度进行评估，评估时建议于拉伸位纵轴进行。