基于剪切波频散超声振动成像的骨骼肌粘弹性定量测量研究

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膝骨关节炎(Knee osteoarthritis,KOA)是一种由于膝关节软骨遭受损伤而导致的膝关节退行性变化和功能障碍的中老年常见慢性疾病。其主要症状有:膝盖酸痛、膝关节肿胀僵硬、与膝盖相关的活动受限(如上下楼梯、行走等)。目前临床上关于KOA的诊断主要是针对膝关节的影像检查,然而其它膝关节疼痛类疾病的形态学信息与KOA有部分共通之处,可能会造成医生对KOA的误诊、漏诊。因此,迫切需要一种为医生提供快速、准确的KOA诊断评估技术。此外,基于中医的KOA治疗得到了广泛应用,然而该手段在临床上缺乏定量的疗效评估方式,因此也亟需一种KOA中医疗效评估的新技术,以推动膝骨关节炎的诊疗进展。下肢骨骼肌与膝关节紧密联系,是影响膝关节活动和功能的重要因素。剪切弹性和剪切粘度是描述肌肉生物力学性质最基本的参数,对肌肉的生理变化高度敏感。因此,本研究基于Verasonics Vantage 256超声成像平台,以KOA患者作为研究对象,测量并比较患者健侧和患侧下肢骨骼肌的剪切弹性和剪切粘度,分析并探讨肌肉粘弹性与KOA疾病之间的联系。此外,还对这些患者的患侧肌肉进行浮针治疗(一种中医疗法),观察患侧下肢肌肉在治疗前后的粘弹性变化趋势,探讨肌肉的生物力学参数对浮针治疗KOA疗效评估的可行性、可靠性。本次研究的主要内容有:(1)基于Verasonics Vantage 256超声成像平台,实现剪切波频散超声振动成像(SDUV)算法;(2)基于SDUV采集均质粘弹性仿体的超声剪切波数据,确定采集和测量算法参数的设置,并测量分析不同仿体的剪切弹性和剪切粘度,验证了粘弹性测量算法的可靠性、稳定性和有效性;(3)进行临床预实验,进一步验证算法的临床可行性,并优化采集和测量算法;(4)联合广东省中医院传统疗法科,对80名初步确诊为KOA的患者(平均年龄:60±7;身体质量指数:24.7±3.2)的患侧股外肌进行浮针治疗,采集患者健侧和患侧、患侧治疗前、治疗过程中和治疗后20分钟的超声数据并计算对应的粘弹性,结果显示患侧和健侧、患侧治疗前和治疗后20分钟的股外肌粘弹性均具有显著性差异(p<0.05),表明下肢骨骼肌粘弹性具有潜在的定量诊断KOA及评估浮针治疗KOA疗效的研究价值。本课题运用可编程超声数据采集平台,以膝骨关节炎患者的股外侧肌作为研究对象,基于剪切波频散超声振动成像定量测量患者健侧处于放松以及患侧处于不同浮针治疗时刻下的剪切粘弹性,并分析、探讨下肢肌肉生物力学特性与膝骨关节炎及其治疗效果的相关性,探讨本研究所搭建平台的临床应用价值。实验结果表明患者健侧与患侧股外侧肌之间存在显著的粘弹性差异;此外,患侧股外侧肌在不同治疗时刻下的粘弹性有所差异。本课题首次基于剪切波频散超声振动成像对膝骨关节炎患者的股外侧肌在不同的浮针治疗时刻进行粘弹性的测量分析,实现了浮针治疗膝骨关节炎过程中股外侧肌生物力学特性的定量测量,为中医治疗膝骨关节炎的定量疗效评估提供了潜在的应用前景。
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