肌骨生物力学成像技术在运动医学中的应用

发布于: 2022-06-10 14:55
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肌骨生物力学成像技术

在运动医学中的应用



运动医学相关市场数据

发病率与高发人群

在运动人群中运动损伤的发病率约为10%-20%,其高发人群以高校体育教学/运动训练专业学生,各级运动队专业运动员以及业余运动爱好者为主。根据国务院的报告,去年年底我国经常从事体育锻炼的人群已经达到4.4亿,其中存在运动损伤患者4350万左右,据估算,到2025年运动损伤患者可以达到5500万左右[1]


运动医学/运动康复发展现

国内单独开设运动医学科室的医院以传统知名骨科医院为主,如北京大学第三医院、北京积水潭医院、上海市第六人民医院、复旦大学附属华山医院、湘雅医院等,大部分医院仅将运动医学设立在骨科科室之下。

国内目前具有康复治疗师技术资格的约3.6万人,按国际口径测算,每10万人口的物理治疗师数量为2.65人,而北美、欧洲的数据为平均60人/10万人口,美国为62.8人/10万人口,德国为68.7人/10万人口,香港为36.4人/10万人口。国内运动医学发展尚处于起步阶段,全民健身运动的兴起,不可避免地引发运动损伤的增加,运动医学关注度得到持续提升,部分医院已在骨科下面设立运动医学亚学科以应对日益增加的需求。

除公立医院外,运动群体还会寻求民营诊疗机构的康复服务。2020年全国运动康复机构数量达370家(其他调研数据为600家以上),一线及新一线城市机构数量占比82.9%[2][3]


运动医学/运动康复市场前景

运动医学作为骨科行业重要的细分领域,占据全球整个骨科市场的10%以上份额。2018年全球运动医学市场规模接近60亿美金,同比增长8%,高于骨科整体市场增速(5%左右),预计2024年将达到91亿美金,年均复合增长率达到6.6%,是未来骨科市场增长最快的细分领域之一[4][5]

国内运动医学市场方兴未艾,2023年市场规模将超过50亿元,国内运动医学市场正处于快速发展阶段。2019年中国运动医学市场规模预计接近30亿,增速超过25%,是中国骨科市场增长最快的细分领域,预计2023年市场规模将超过50亿元[6]。除了高增长外,运动医学的另一大特点就是进口垄断,2018年,国内运动医学市场国产占有率不足10%。高增长、广阔的国产替代市场让人们对于运动医学有了很大的期待。2021年上海市人民政府参事、上海复旦大学运动医学研究所所长、复旦大学附属华山医院陈世益教授在接受媒体专访时表示,中国运动医学的市场总规模将达到2000亿元人民币左右,未来在运动创伤、运动康复、运动促进健康和运动处方等方面,在植入物耗材、相关医疗器械设备等领域都将迎来发展机遇。随着国家医疗体制的改革,对疾病的控制从"治病"转为"预防"。运动康复作为"医""体"结合的一种治疗、防御疾病的手段在中国势必会慢慢发展起来,同时也会带动体育产业的发展。


运动损伤相关概念

运动损伤是指在体育运动过程中发生的各种损失,运动损伤的发生主要累及人体运动系统,也会累及内脏器官、血管或神经系统[7]。运动损伤的发生率与运动项目密切相关,高发人群以高校体育教学/运动训练专业学生,各级运动队专业运动员以及业余运动爱好者为主;球类运动,雪上项目及田径是运动损伤的高发项目。对于专业运动员来讲,运动项目技术特点、专项提高阶段期间训练负荷过大、长期运动劳损、休息不足、准备活动不充分、外部及心理等原因都会导致运动损伤的发生[8][9]。

体育运动过程中,较易发生关节损伤、韧带损伤、肌肉拉伤等急性损伤,而慢性损伤大多是由于急性损伤的处置不当而使组织的细微结构发生病变,逐渐累积导致相应组织的结构发生病变,影响其正常的生理活动和功能。运动损伤如果处理不及时,不仅会影响运动成绩,甚至会提早结束运动生涯[10]。

 

运动损伤的分类

按损伤性质进行分类

1.开放性损伤

开放性的软组织损伤是指受伤部位皮肤或者粘膜破裂,伤口与外界相通,并伴随有血液和组织液的流出。常见的开放性软组织损伤有:擦伤、撕裂伤、刺伤、切割伤。

2.闭合性损伤

闭合性软组织损伤是指损伤时,出血主要是集中在组织内,而皮肤或者粘膜完整,没有伤口与外界相通。常见的闭合性软组织损伤主要有:挫伤、肌肉肌腱拉伤、关节扭伤等[11]。闭合性损伤可以根据病理变化的过程分为急性和慢性。


按损伤结构进行分类

1.骨骼损伤

最常见的骨骼损伤就是骨折与骨裂,高发于手臂和腿部此类“长骨”上,主要包括单纯性/非移位性骨折、移位骨折、粉碎骨折、复合骨折、骨折脱位、骨骺骨折、应力性骨折与撕脱性骨折。

2. 韧带和关节损伤

最常见的关节和韧带损伤来自于误用关节或直接创伤,如韧带扭伤、韧带撕裂、关节半脱位、游离体、剥脱性软骨炎、髌骨软骨软化和骨关节炎。

3. 肌肉和肌腱损伤

肌腱是附着在骨骼上的肌肉部分,常见损伤包括拉伤、扭伤和撕裂;其损伤程度可以小到轻度痉挛,也可以大到严重出血与肿胀。

4. 皮肤损伤

皮肤损伤主要包括:运动造成的擦伤、擦痛、紫外线灼伤、水泡、真菌感染等。

5. 其他系统性损伤

有两种运动损伤可以给整个身体系统造成灾难性后果,它们是热损伤和心源性猝死。热损伤主要包括热痉挛、热衰竭与中暑,其严重程度依次上升。心源性猝死大约有一半是由肥厚型心肌病引起的,在运动中的发生率为30万分之一[12]。


按损伤发生部位进行分类

1.头部和颈部损伤

在接触类的体育运动中头部损伤较为常见,如冰球、棒球等;颈椎损伤通常是低头迫使颈椎伸直引起的,其他的脊柱损伤可导致骨折,但脊椎损伤最为严重,可能会导致瘫痪。

2.上肢损伤

上肢损伤可发生在肩膀、肘部、手臂、手和手腕上,如肩袖损伤、肘部骨折、桡骨/尺骨/舟状骨骨折、手指骨折等。

3.躯干和下腰背损伤

该类损伤包括胸部损伤、腹部损伤与下腰背损伤,如肋骨断裂、胸壁浅表结构性挫伤或炎症、持续不断的腹部疼痛与椎间盘损伤。

4.下肢损伤

下肢损伤可能发生在臀部、大腿、胭绳肌,膝盖、脚踝或脚上,如股四头肌损伤、前十字韧带断裂、髌骨脱位、半月板损伤、跟腱断裂、脚踝扭伤、足底筋膜炎等[13]。 


运动损伤的诊断步骤

运动损伤的诊断是预防、治疗和伤后安排康复锻炼的重要依据。对保障运动员的身体健康、预防和治疗起到了重要的作用。《运动防护指南》[14]中对于运动损伤的评估建议如下(SOAP):

1.主观信息:运动员的损伤史、主诉、体征与症状等

2.客观信息:视诊、触诊与特殊检查

物理检查与诊断:主要通过触诊、扣诊、听诊、测量、特殊测验、神经系统检查、血管检查等手段来做出正确的判断,如心动图、心电图。

影像学检查与诊断:主要通过电子手段,如拍摄X线平片、核磁共振成像(MRI)、多谱乐、计算机体层摄影(CT)、关节镜(内窥镜)等。

3.评估记录损伤类型、程度等相关问题

4.处理计划:写明该运动员的处置方案,治疗与康复计划


生物力学成像技术

在运动损伤类疾病诊断中应用的先进性

在运动医学的软组织损伤评估过程中肌肉状态评估是非常重要的环节。患者进行诊疗的开始阶段,测量患处软组织的生物力学指标,可以评估损伤程度与病情;在患者诊疗的康复过程中,监控其软组织生物力学指标,可以评估患者对处方的适应能力、患者两侧肌肉的平衡性、患者的恢复情况,从而对处置做出调整,促进损伤的愈合[15][16][17]


1. 客观量化硬度值
目前临床上对肌肉硬度、弹性等力学特性的即时测量方法多采用徒手触诊。这一方法无法量化组织特性,且受多种主观因素干扰,导致评估结果可信度较差

Ø  肌肉、肌腱、关节等软组织损伤在骨科与外科门诊中十分常见,其发病率仅次于感冒,在门诊体格检查过程中若不能准确判断无开放外伤的软组织损伤性质,则很容易出现误诊,漏诊情况,导致患者无法得到有效治疗。

超声力学生物力学成像,通过评估肌肉的黏弹性特征,可以获取各种状态下被动(静态)肌肉硬度、动态肌肉硬度和主动收缩时肌肉硬度的变化情况,输出量化的检测结果[18]。

2. 精准测量某块肌肉
临床很多疾病仅累及肌肉,如肌肉萎缩、胶原蛋白病变、脑性麻痹等,传统肌骨疾病检查手段只能将关节、肌肉、肌腱或神经血管作为整体来评价。

Ø  在患者就诊过程中,采用传统肌骨检查手段无法精确定位受损部位,则医生的治疗方案会失去针对性,患者复诊时无法精准评估其微观恢复情况,耽误最佳治疗时机。

超声力学生物力学成像却能够定量、动态评估具体某块肌肉弹性值的变化,精准测量病变肌肉的硬度改变对于临床医生诊断、评估治疗效果和随访都有重要的意义[19]。

3. 肌骨疾病早筛
当患者出现肌肉劳损倾向时,往往在影像学检查中没有明确的结构性改变,但是其局部肌肉硬度、局部血液微循环等功能性变化可能已经发生。

Ø  在中国分级诊疗背景下,即使患者主观存在早筛意识,但传统的体格检查,触诊及影像学检查无法发现早期肌骨软组织的劳损倾向,而等到影像学结构性改变发生时,往往意味着对患者的诊疗需要花费更多的时间、精力与资源。

肌肉生物力学的改变常常早于临床症状的出现,测定肌肉硬度的变化有助于早期发现肌肉功能障碍及相关疾病[20],为及早介入预防措施或干预手段提供依据,减少患者的痛苦及后期治疗费用。

4. 肌肉硬度标准化体系建设
生物力学成像技术可作为研究工具,以提供肌肉及其他结构的生物力学信息和病理生理状态的客观依据。随着更多大样本研究的进行和检查方法的标准化,超声生物力学成像技术将有希望建立肌肉硬度的正常值,为生理和病理状态下的肌肉功能研究提供更多的理论依据和技术支持。

 

参考文献:

[1]2021年中国运动康复行业短报告

[2]亿欧智库.2022年中国康复医疗行业研究报告.[Z].

[3]亿渡数据.2021年中国康复行业短报告.[Z].

[4]思宇医械.运动医学行业概况与市场分析.[Z].

[5]思宇研究院.大骨科市场支柱?百亿美元运动医学市场深度研究.[Z].

[6]西南证券.医药行业之骨科运动医学专题报告.[Z].

[7]无. 2020年我国卫生健康事业发展统计公报[J]. 中国病毒病杂志, 2021, 11(5):9.

[8]谢志英,武宝爱,汪晓阳.体育运动中常见运动损伤的综述[J].体育科技文献通报,2016,24(12):161-162.DOI:10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2016.012.065.

[9]王泽群,张金猛,崔利民,侯丽红.体育专业与非体育专业运动损伤人数、时段与原因的meta分析[J].体育科技文献通报,2022,30(03):148-152.DOI:10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2022.03.039.

[10]李仪,颜军,陈爱国.运动损伤的心理学研究现状[J].中国运动医学杂志,2006(06):751-753.DOI:10.16038/j.

1000-6710.2006.06.028.

[11]]谢志英,武宝爱,汪晓阳.体育运动中常见运动损伤的综述[J].体育科技文献通报,2016,24(12):161-162.DOI:10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2016.012.065.

[12]谢辉勇,曹建民,牛衍龙.青少年运动员不同运动损伤类型的康复策略[J].青少年体育,2022(01):56-58.

[13]RobertS.Gotlin.运动损伤的预防、治疗与恢复.[M].人民邮电出版社出版社,2017.

[14]RobertS.Gotlin.运动损伤的预防、治疗与恢复.[M].人民邮电出版社出版社,2017.

[15]LorinA.Cartwright、WilliamA.Pitney.第三版[M].运动防护指南:运动损伤的预防、评估与恢复.人民邮电出版社出版社,2019.

[16]江大雷.髌骨髌腱结合部跳跃损伤动物模型建立及运动后冷疗对损伤的影响[D].北京体育大学,2015.

[17]常田田,张君,翁琳曼,朱毅,王雪强,张志杰.机械载荷对肌肉和肌腱硬度影响的研究进展[J].中国康复理论与实践,2020,26(11):1322-1326.

[18]王丽芸,邱逦.超声生物力学成像在肌肉硬度评估中的应用进展[J].国际医学放射学杂志,2019,42(01):90-93.DOI:10.19300/j.2019.Z6380.

[19] 刘博姬,徐辉雄.剪切波生物力学成像在肌肉、肌腱、周围神经病变生物力学定量评估中的应用进展[J].肿瘤影像学,2022,31(01):11-15.DOI:10.19732/j.cnki.2096-6210.2022.01.003.

[20]许惊飞,王劲松,付少娥.超声生物力学成像技术评估肌肉硬度的研究进展[J].中国康复医学杂志,2021,36(01):114-118.

[21] 侯瑜,钟秋园,尹玮,兰菲菲,林龄.剪切波生物力学成像在慢性踝关节不稳者肌肉硬度评估中的应用[J].影像研究与医学应用,2021,5(04):245-246.



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