B型超声与剪切波弹性成像联合方案评估下肢肌腱-肌肉特性：一项针对休闲运动员重复测量信度的初步研究

《Journal of Electromyography and Kinesiology》：Combined B-mode ultrasonography and shear-wave elastography protocol for lower-limb musculo-tendinous properties assessment: A pilot investigation of test–retest reliability in recreational athletes

　　

摘要 评估剪切波弹性成像（SWE）的重复测试信度对于解读采用干预前后设计或肌骨适应性及病理纵向监测的临床或运动科学研究中观察到的变化至关重要。现已描述了一种简单、标准化的方案，仅使用超声设备即可评估下肢的形态学特性和力学特性。本探索性研究的主要目的是评估SWE在测量伸膝肌群和跖屈肌群的肌肉与肌腱弹性方面的信度。同时评估了B模式超声（US）在测量肌腱形态学特征（长度、厚度及横截面积）方面的信度。同一检查者对休闲运动员进行了三次方案测试，前两次测试间隔30分钟（日内信度），第三次测试安排在第一次测试后24小时（日间信度）。形态学参数显示出优异的信度，组内相关系数（ICC）范围为0.92至0.99，相对测量标准误（SEM）小于5%。对于肌腱和肌肉的弹性，信度则更为不确定。跖屈肌群和伸膝肌群大多数肌肉的剪切波速度表现出可接受的ICC估计值（0.76–0.91），尽管置信区间的宽度以及某些SWE结果的最小可检测变化（MDC）的大小限制了研究结果的普适性。腓肠肌内侧头和股内侧肌的信度较差。

引言 超声成像（US）是一种常用于表征生物组织以进行医学诊断和评估形态学参数的成像技术。为补充B模式成像，1990年代开发了弹性成像技术，旨在描述组织力学特性（Paluch等人，2016；Sigrist等人，2017）。弹性成像基于检测组织对机械应力产生的形变（Drakonaki等人，2012）。剪切波弹性成像（SWE）是这些方法之一，它利用超快速成像追踪由声脉冲产生的剪切波传播，既提供剪切模量（μ）的定量测量——即从剪切波速度（SWV）推导出的组织刚度指标——又通过称为弹性图的彩色编码图谱提供刚度分布的可视化表示（Cipriano等人，2022）。

弹性成像被广泛应用于医学领域，作为多种病理的诊断和监测工具，包括肝纤维化、各种形式的癌症（Ryu和Jeong，2017），以及肌骨疾病如肌腱病（Breda等人，2020）。近年来，其在运动科学领域的应用潜力引起了越来越多的关注。肌肉和肌腱刚度的变化反映了运动引起的急性反应，如拉伸（Chiu等人，2016）或跑步（Ooi等人，2015；Andonian等人，2016；Sadeghi等人，2018；Fouré等人，2022）。肌肉刚度的增加也与力量训练引起的慢性适应相关（Dankel和Razzano，2020）。由于弹性是肌肉力量产生的基本决定因素（Creze等人，2018），它也可能在运动表现中发挥重要作用（Miyamoto等人，2019；Winn等人，2025），特别是对于作为主要运动发生器的伸膝肌群（KE）和跖屈肌群（PF）。弹性组织，特别是肌腱和肌内成分如肌联蛋白，不仅储存和释放弹性势能以提高机械效率，还能调节肌肉收缩动力学，使肌纤维在力-长度和力-速度关系的最佳区域附近工作，从而最大限度地产生力量（Roberts，2016）。例如，跟腱-小腿三头肌复合体因其弹簧样行为和放大功率输出的作用而被广泛研究（Thys等人，1972；Alexander和Bennet-Clark，1977；Fletcher和MacIntosh，2017）。弹性成像也被提出作为非侵入性评估肌肉损伤的有前途的工具，无需活检或其他侵入性程序即可提供快速的生物学洞察。例如，在运动诱导的肌肉损伤后可观察到肌肉剪切模量或SWV增加（Lacourpaille等人，2017），这通常与延迟性肌肉酸痛（DOMS）相关。除SWE外，还需考虑肌腱形态学特性，这些特性可能在急性或长期运动后发生变化（Obst等人，2013）。以往研究肌-腱复合体（MTU）功能的常用方法是将基于B模式超声的形态学特性评估与测力计等外部技术相结合，从而建立力-伸长关系模型以估计肌腱刚度。虽然这种整合方法在推进我们对活体肌腱适应性的理解方面至关重要，但使用单一工具同时评估形态学和力学结果可能会提高方法学一致性，同时减少测量时间和资源需求。这种效率对于需要重复或时间敏感评估的研究尤为宝贵，例如研究运动引起的急性反应或由训练或其他干预措施诱导的慢性适应的研究。在此背景下，需要建立简单、可靠且有效的方法，以最终增强我们优化表现、监测适应和最小化损伤风险的能力。

已有研究报告了跟腱（AT）（Lima等人，2017；Zhou等人，2019；Miyasaka等人，2024；Pelea等人，2024）和髌腱（PT）（Hsiao等人，2015；Ta?等人，2017；Pelea等人，2023）SWE的重复测试信度从差到优不等，跖屈肌（Lacourpaille等人，2012；Cortez等人，2016；Lima等人，2017；Saeki等人，2017；Zhou等人，2019；Liu等人，2021；Miyasaka等人，2024）和伸膝肌如股外侧肌（VL）（Lacourpaille等人，2012；Bravo-Sánchez等人，2021）和股直肌（RF）（Lacourpaille等人，2012；Ta?等人，2017；Ley等人，2025）在健康成人中也存在类似情况。一项研究专门分析了运动员中SWE的信度，但测量间隔为15分钟，且未筛选日间信度（Sukanen等人，2024）。关于形态学特性，US在评估跟腱长度（Ryan等人，2013；Silbernagel等人，2016）、厚度（Silbernagel等人，2016）、横截面积（CSA）（Stenroth等人，2019）和髌腱横截面积（Gellhorn和Carlson，2013；Stenroth等人，2019）方面显示出中等至优异的重复测试信度。然而，尽管需要同时评估力学和形态学特性以更全面地表征活体肌-腱复合体，但很少有研究评估过使用同一超声系统结合SWE和B模式超声的单一方案的信度。

评估SWE信度尤为重要，因为其对外探头施加在皮肤上的压力非常敏感，同时还受多种参数影响，如受试者定位（影响被动张力）（Dubois等人，2015）、测量时肌肉是放松还是主动收缩、测量部位的精确位置以及探头方向（平行或垂直于肌束方向）（Cortez等人，2016）。此外，各研究中感兴趣区域（ROI）的数量、形状、大小和位置差异很大（Kot等人，2012），报告刚度值所使用的单位也不统一，有的是SWV（m/s），有的是杨氏模量E，有的是剪切模量μ（kPa），并采用E = 3μ的换算标准（Alfuraih等人，2018）。肌腱解剖部位的选择需要特别考虑，因为测量信度可能因部位不同而异。已有研究报告了髌腱厚度（Holm等人，2019；Klich等人，2022）和跟腱刚度（Berrigan等人，2025）的部位依赖性差异。这些发现表明，在某一部位评估的信度可能无法推广至整个肌腱，并支持在多个部位评估信度。因此，尽管已有几项研究开始调查这些各种因素对SWE信度的影响并提出旨在提高其一致性的建议（Alfuraih等人，2018；Lima等人，2018；Wang等人，2020），但仍存在显著的方法学异质性，突显了进一步研究的需要（Cipriano等人，2022）。

本研究描述了一种基于单一超声系统的标准化方案，用于评估休闲运动员伸膝肌和跖屈肌的刚度和形态学特性。第一个目标是确定基于SWE的刚度测量值在以下方面的日内和日间信度：（i）伸膝肌（股内侧肌（VM）、股外侧肌（VL）、股直肌（RF））和跖屈肌（腓肠肌内侧头（GM）、腓肠肌外侧头（GL）、比目鱼肌（SOL））；（ii）跟腱和髌腱的多个部位。第二个目标是确定B模式超声测量肌腱长度、厚度和横截面积的日内和日间信度。

样本量估计 样本量估计基于Bujang（2017）提供的方法学指南。假设预期信度为中等至高（R? ≈ 0.70–0.90），I类错误率为0.05，统计功效为80%，每受试者重复测量三次，估计样本量根据假设的空ICC（R?）值不同，范围在3至39名受试者之间。本研究因可行性和探索性研究的性质选择了10名受试者的样本量。

肌腱形态学参数 AT和PT形态学特性的日内和日间信度分别在表2和表3中给出。结果显示所有参数的信度均为优异，ICC范围为0.92至0.99，相对SEM为1.5至4.3%，平均变异系数为1.3至3.2%。跟腱厚度、跟腱横截面积、游离跟腱长度和总跟腱长度的MDC分别为0.02–0.05 cm、0.04–0.06 cm2、0.44–0.64 cm和1.23–0.96 cm。对于髌腱，厚度、横截面积和长度的MDC分别为……

讨论 本研究旨在评估B模式超声和SWE测量休闲运动员跖屈肌和伸膝肌及肌腱形态学和弹性特性的信度。总体而言，肌腱形态学特性表现出优异的日内和日间信度。相比之下，SWE测量值（以杨氏模量和SWV表示）的信度在测量部位间差异显著，从差到优不等。这些差异需要……

结论 信度研究对于确立在何种方法学条件下成像技术可被适当使用和解读于研究和临床应用中至关重要。虽然B模式超声在评估休闲运动员肌腱形态方面显示出高信度，但剪切波弹性成像的信度在解剖区域间表现出更多变异性，当考虑ICC估计值以外的完整信度指标范围时存在一定不确定性，这可能……

CRediT作者贡献声明 Lola Masson：撰写——原始稿、调查、数据整理。Jeremy Lasbleiz：撰写——审阅与编辑、指导、方法学。Guillaume Y. Millet：撰写——审阅与编辑、指导、概念化。Hugo A. Kerhervé：撰写——审阅与编辑、指导、概念化。

未引用参考文献 Li?en等人，2024

利益冲突声明 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢 本研究由法国国家研究署（ANR，"Agence Nationale de la Recherche"）在PIA EUR DIGISPORT项目框架内资助（ANR-18-EURE-0022）。

Lola Masson | Jeremy Lasbleiz | Guillaume Y. Millet | Hugo A. Kerhervé 法国雷恩大学2分校，Inria，M2S-EA 7470，35000，雷恩，法国