三维超声成像揭示股二头肌长头内扭转的近端腱膜

《European Journal of Applied Physiology》：3D ultrasonography reveals a twisted proximal aponeurosis within the biceps femoris long head

　　

目的：本研究旨在表征股二头肌长头（biceps femoris long head, BFlh）近端腱膜的三维（three-dimensional, 3D）走行与方向，并探讨在被动条件下局部腱膜方向是否随膝关节角度变化以及与肌束结构的关系。

方法：研究人员对11名健康成年人在膝关节屈曲0°和30°、髋关节中立位（0°）条件下进行了被动BFlh的三维超声成像（three-dimensional ultrasonography, 3DUS）。在每个膝关节角度条件下，研究人员相对于最近端横断面（0%）对整个可见分割部分的腱膜方向进行了量化，并在五个纵行节段内进行总结。研究人员采用两段法评估了肌束长度（fascicle length, FL），并测量了相对于近端和远端腱膜的羽状角（pennation angle, PA；局部肌束–腱膜夹角）。

结果：近端腱膜表现出扭转的三维走行，并具有显著的个体间变异性。局部方向显示出显著的节段×膝关节角度交互作用（p = 0.016），尽管总体腱膜方向在膝关节角度之间无差异。在30°时肌束较短（?8.8% ± 3.4%）。远端PA大于近端PA（p < 0.001），无膝关节角度效应（p = 0.197）。腱膜方向随膝关节角度的变化与FL或PA的变化无关。然而，在30°时，40–60%节段的腱膜方向与FL呈正相关（r = 0.879，95% CI [0.558, 0.971]，Holm校正p = 0.005）。

结论：BFlh近端腱膜表现出局部变化的三维方向，在被动膝关节屈曲过程中基本得以维持。与肌束结构的关联有限且依赖于配置，腱膜方向随膝关节角度的变化与FL或PA的变化之间无关联。

股二头肌长头三维结构的在体研究——解读与总结

股二头肌长头（biceps femoris long head, BFlh）是跨越髋、膝两个关节的腘绳肌，主要参与髋关节伸展与膝关节屈曲。在高速奔跑和快速变向等活动中，BFlh承受极大的力学负荷，是运动中最常发生拉伤的肌肉之一。既往对BFlh肌束结构的描述多依赖二维（two-dimensional, 2D）超声成像技术，但肌束若沿弯曲或多平面轨迹走行，2D方法难以完整反映其真实的空间排列。由于肌肉结构可随关节位置而改变，准确描述BFlh肌束结构的组织方式及其随关节角度的变化，对于理解其结构–功能关系至关重要。三维超声成像（three-dimensional ultrasonography, 3DUS）能够实现肌肉结构的体积重建，从而在较大范围内评估肌束和腱膜的几何形态。近端腱膜为肌束提供附着位点，并向肌腱方向传递力，因此其三维（three-dimensional, 3D）走行可能影响肌束在肌肉内的定向排列。BFlh拉伤常累及近端肌-腱区域，表征近端腱膜局部方向的变异性具有重要的临床意义。然而，既往研究主要描述近端腱膜的大小、宽度和整体形状，对其在肌腹内的3D定向以及沿长度方向的局部变化缺乏认识。为此，研究人员开展本研究，旨在表征BFlh近端腱膜沿成像长度的3D走行和方向，比较被动条件下两个膝关节角度（0°和30°）之间的差异，并探索腱膜方向与肌束结构参数之间的关联。

研究人员招募11名健康成年人（最终因图像质量原因排除1名，n = 10），在膝关节屈曲0°和30°、髋关节中立位条件下对被动BFlh进行3DUS扫描。主要关键技术包括：采用十字线水模和指针法进行探头空间校准，使每帧B-mode图像可在全局坐标系中重建；利用Optotrak 3020运动捕捉系统追踪探头位置和方向；基于主成分分析（principal component analysis, PCA）的MATLAB程序量化各横断面腱膜的主轴方向；采用两段法测量肌束长度（fascicle length, FL），在局部成像平面分别测量相对于近端和远端腱膜的羽状角（pennation angle, PA）；表面肌电（electromyography, EMG）监测确认扫描过程中肌肉处于被动状态。

研究结果包括以下主要内容。

肌束结构—FL：FL测量可靠性良好（ICC_(3,5)在0°和30°分别为0.89和0.91）。配对t检验显示0°时FL显著大于30°（平均差异0.78 cm，95% CI [0.55–1.01]，p < 0.001，Cohen's d = 2.44），肌束平均缩短约9%。

肌束结构—PA：2×2重复测量方差分析显示附着位置主效应显著（F_(1,9) = 39.26，p < 0.001，η²_p = 0.814），远端PA显著大于近端PA（平均差异6.43°）；无膝关节角度主效应（p = 0.197），亦无交互作用（p = 0.716）。

近端腱膜整体走行与方向：3D重建显示近端腱膜通常自近端内侧向远端外侧走行，仅2名受试者在0°时呈相反模式。总体腱膜方向在0°与30°之间无显著差异（平均差异?14.8°，p = 0.360），但个体间变异显著。5×2重复测量方差分析显示存在显著的节段×膝关节角度交互作用（p = 0.016）；简单效应分析表明，30°时腱膜节段效应显著（p = 0.013），远端节段（80–100%）较0–20%、20–40%和40–60%节段呈更明显的外旋。

腱膜方向与肌束结构的关系：0°时FL与腱膜方向在40–60%和60–80%节段均无显著相关；30°时40–60%节段腱膜方向与FL呈显著正相关（r = 0.879，95% CI [0.558, 0.971]，Holm校正p = 0.005），即该节段腱膜更外旋者FL更长。关节角度依赖性变化方面，ΔFL与各节段Δorientation均无显著相关，近端PA亦无显著相关。

讨论部分指出，FL缩短幅度与基于肌-腱单元位移的理论预测基本一致（预测肌-腱单元缩短约2.0 cm，按既往研究中肌束缩短约占51%计算约为1.0 cm，实际观察为0.78 cm），提示被动膝关节屈曲主要通过改变肌束长度影响BFlh结构；PA主要由附着位置决定而非关节角度。近端腱膜扭转走行在个体间存在显著变异，0°时个体间变异性大于30°，可能与个体间被动松弛角度差异有关。方法学上，PA的估计取决于所选的腱膜参考（近端vs远端附着）、测量平面以及是否考虑局部腱膜方向；仅报告单一整体方向值可能掩盖有意义的节段差异。局限性包括仅分析肌腹中部单条清晰肌束、下肢旋转采用视觉标准化、未测量个体松弛角度、未评估会话间可靠性等。研究结论为：在体被动条件下BFlh表现出复杂的3D结构，肌束几何和近端腱膜方向均存在显著的个体间变异性；腱膜方向与肌束结构的关联有限且依赖条件配置。该研究发表在《European Journal of Applied Physiology》，为未来采用扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）等互补技术检查全肌肌束轨迹的研究奠定了基础。