咽期舌骨运动量化分析方法的研究进展

王振宇，王学新，王亚楠，王 鹏，李金霞，马甜甜

1.滨州医学院康复医学院，山东 烟台 264003

2.烟台毓璜顶医院康复医学科，山东 烟台 264000

3.空军军医大学第一附属医院康复科，陕西 西安 710032

观察舌骨运动对评估吞咽活动行为具有重要作用[1]。吞咽可分为3 个生理阶段：口腔期、咽期和食管期。当饮食物从口腔进入咽腔时，即进入咽期阶段。咽期需要一系列复杂活动的及时完成，这些活动包括舌骨和甲状软骨的垂直和前部移位、会厌倾斜和封闭、真假声带闭合以及食管上括约肌开放。这些活动必须与最初的食团推进和咽部收缩同步进行，以推动食物或液体通过咽部进入食管[2]。年龄、饮食物性状、致吞咽障碍的疾病（如脑卒中和外伤等）均会影响吞咽的进行。舌骨-喉复合体的向上和向前运动，可引起喉关闭、会厌软骨折返以及环咽肌开放和闭合，进而保证吞咽运动的完成。舌骨运动常被用来作为观察舌咽复合体的衡量指标[3]。研究表明，吞咽功能障碍患者的舌骨运动幅度和速度均有所降低[4-6]，因此衡量舌骨运动对于评估吞咽功能变得尤为重要。应用影像学手段量化舌骨运动参数逐渐发展成一项可以评估吞咽功能的重要手段[7-9]，并且具有高准确率和高特异度的特点。本文对当前舌骨运动量化分析方法进行综述。鉴于CT 和MRI 仅能对舌骨进行静止状态下的形态学观察，因此本文不予讨论。

1 吞咽造影

吞咽造影检查是在X 线透视下，对一次完整吞咽运动下的口唇、舌肌、舌骨、咽喉和食管进行动态捕捉，通过截取目标图像、标记和逐帧回放等方式，进行定性、半定量和定量分析[10]，以发现异常吞咽活动，协助吞咽功能的检查和评估，被公认为是吞咽功能检查的“金标准”。吞咽造影检查时，使用透视X 线机进行侧位拍摄，患者取坐位，拍摄窗口观察范围上至鼻腔上侧壁，下至C7 颈椎节段，前至口唇，后至颈后。以舌骨位移的起止作为标志性事件，以30 帧/s 的速率捕捉吞咽运动图像，之后进行慢速逐帧回放以进行量化分析。标记各器官运动（如舌骨运动、喉关闭和环咽肌开放）的关键时间点，记录目标参数[11]。舌骨运动时间（hyoid movement time，HMT）是从舌骨开始向前向上运动、舌骨复位并至静息位的时间，其标志性移动位点包括舌骨开始移位的点（也被视为咽期的起始位点）、舌骨位移至最远距离的时间点（被认为与吞咽幅度相关）以及舌骨回到原静息位的点。

1.1 半定量分析

MARTIN-HARRIS 等[12]对吞咽造影检查进行细化，命名为改良钡剂吞咽损伤模式（modified barium swallow impairment profile，MBSImP），将吞咽动作细分为17 个生理步骤，包括口唇闭合、舌推移、饮食物咀嚼、运送、口腔内残留、咽期启动、软腭上抬、喉上抬、舌骨运动、会厌翻转、喉关闭、咽蠕动、咽收缩、上食道括约肌开放、舌根收缩、咽部残留和直立位食道清空，针对每一个生理步骤制定各分级标准，对各部分内容进行分级评分。与传统的吞咽造影下定性分析或量表分析相比，这种分析方法观察的内容更加全面，并且罗列了吞咽活动所包含的各个解剖结构，便于在同一患者的治疗周期中进行多次纵向对比，以及在不同的患者之间进行横向对比。然而，尽管对于此方法可以制定统一的评分和分级标准，但依然属于基于定性观察下的半定量分析，因此存在主观成分。

1.2 定量分析

LEONARD 等[13]截取舌骨静息位和舌骨最大位移这2 帧图像，以脊柱作为参照物，将2 帧图像进行堆叠，直接测量舌骨在前后2 帧图像上的位移距离。由于舌骨运动可理解为向上和向前运动，因此KIM 等[14]应用Image J 软件捕捉舌骨运动图像，以C3 颈椎作为参照物，以C4颈椎左下角作为参照点，记录向前位移距离和向上位移距离，舌骨位移距离为2 者的平方根。MOLFENTER 等[15]也是采用此方法捕捉舌骨运动图像，不同的是其将测量结果导出至Excel 文件中，其中嵌入一个宏，可以识别2 个用户定义的边界帧（“开始”“结束”）之间的最大和最小舌骨位置值。

上述定位舌骨位置的方法均基于视觉判断视频中的舌骨运动，并手动逐帧绘制舌骨位置。然而，在临床应用中，手动跟踪费时又费力，限制其使用率。于是，KELLEN 等[16]提出了一种手动识别感兴趣区域，并在后续帧中使用Sobel 边缘检测跟踪舌骨的方法来定义标定帧中的舌骨。HOSSAIN 等[17]提出了一种通过Haar 分类器来匹配舌骨的半自动舌骨跟踪系统。LEE 等[18]开发出一款软件，通过计算局部二值模式以及多尺度局部二值模式来捕捉舌骨运动轨迹。然而，这些方法仍然需要人工识别明显包含舌骨的区域，在第一帧中肉眼定位并手动标记出目标区域，然后使用运动算法检测舌骨的运动。这些研究中使用的图像数量不能代替患者群体实际情况。改进的舌骨定位和自动舌骨跟踪系统可以为临床医师提供一种更快的评估方法。因此，KIM 等[19]开发了一种应用单镜头多盒检测器的软件分析平台，基于卷积神经网络的目标检测方法，可以定位包含舌骨感兴趣区域在内及其随后的视频帧。与依靠视觉定位和手动逐帧跟踪相比，应用软件分析可以减少主观带来的误差，并且省时省力，然而具体应用于临床仍有待进一步完善。

2 肌骨超声

在评估吞咽功能时，超声可用来定性分析口腔内食团的运动情况[20]以及舌肌推移运动[21]，这是因为超声能够通过声学阴影以观察骨质结构，可以识别出下颌骨、舌骨和甲状软骨。操作时，被检者取坐位，检查者立于被检者身后，右手固定探头位置于被检者颏下正中部位，此时在显示器上可以观察到舌骨及其附属肌群的正中矢状位图像，嘱被检者进行吞咽动作即可获得吞咽动态图像[22]。颏下超声是评价舌骨运动的一种可靠且准确的定量方法[23]。由于超声具有动态观察的优势，因此可获得代表位移距离的运动学参数和代表速率的时间学参数。

2.1 运动学参数

2.1.1 舌骨-甲状软骨距离

黄格朗等[24]将超声探头置于患者喉部，与正中矢状位相平行，显示出甲状舌骨跟至甲状软骨的纵切面图，可见舌骨和甲状软骨伴后方伪像的强回声影。随后，嘱患者进行吞咽动作，记录舌骨-甲状软骨的最大距离、最小距离、缩短距离和缩短率。结果发现，当舌骨-甲状软骨缩短率小于静息状态距离的40%时，可判定为存在吞咽功能障碍。此方法可用于间接计算舌骨运动距离，进而作为评估吞咽功能障碍的评分工具。然而，由于受到吞咽动作的干扰（如男性群体喉结动度过大），此法难免存在测量误差。MATSUO等[25]的研究表明，舌骨运动距离与身高呈显著正相关，因此会受到身高因素的影响，所以以舌骨位移最大距离除以喉位移最大距离作为吞咽指标，以计算舌骨-喉运动比。具体的测量方法：将受试者固定于自行研制的器械上，将探头置于受试者颌下旁（取矢状位），嘱受试者做吞咽动作，记录舌骨运动距离和喉运动距离，结果显示在正常吞咽情况下，舌骨-喉运动比为0.5，且舌骨-喉运动比与年龄、身高和体质量无显著相关性。因此，舌骨-喉部运动比是量化舌骨运动的有效研究方法，但是该研究并未将吞咽功能作为一项观察指标以分析舌骨运动与吞咽功能的关系。

2.1.2 舌骨-下颌骨移动距离

在HSIAO 等[26]的研究中，检查者将拇指置于被检者下颌角，食指置于颏突处，中指环指将3.5 MHz 曲线换能器固定于正中矢状位，利用逐帧分析原理，采用双轴坐标系，以下颌骨强回声影为参照点，以舌骨肌群交叉点标记舌骨位置，为一对坐标（X2，X1），在吞咽过程中，舌骨向上向前移动至以（X2，Y2）标记的新位置，以吞咽前后2 个坐标之间的距离表示舌骨位移。该研究认为，舌骨运动距离小于1.5 cm 与吞咽功能差有关。YABUNAKA 等[27]以健康成人作为样本，分析舌骨运动轨迹以及与年龄相关的吞咽变化。该研究将舌骨的4 个关键运动标记为4 个位点：A点表示舌骨运动的起始，B 点代表舌骨已完全抬高并代表向前运动的开始，C 点对应最大前移位和开始返回运动，D 表示恢复至原休息位置。按时间顺序，再将运动分为4 个阶段：缓慢上升阶段（A-B；上升）、快速上升阶段（B-C：前）、临时暂停阶段（最大上升位置，保持不变）以及快速或缓慢下降向静止位相移动（C-D：返回）。该研究通过对比不同年龄段的样本，认为舌骨最大升高点的测量值随年龄增长而下降。此方法将舌骨运动拆解为上升和前移2 个阶段，与“终-末”法相比，更贴切地还原了咽期舌骨的真实运动轨迹，为更加准确量化分析舌骨运动提供了一条实验设计思路。LEE 等[28]同样以下颌骨作为参照点，按照渗透-误吸量表这一经典的吞咽功能评分工具，将实验对象分为渗透组、误吸组和非误吸组，发现舌骨运动距离与吞咽功能呈正相关，并且得出如下结论，即当舌骨运动距离小于1.35 cm 时存在误吸风险。此研究结果表明，颏下超声评估舌骨运动位移可作为分析吞咽功能的一种手段。

2.2 时间学参数

SONIES 等[29]利用多普勒超声对舌骨及其附属肌群进行量化分析。在多普勒窗口下舌骨运动可形成频谱图像，可对其时间和速率进行定量分析，为舌骨的动态观察提供了更有说服力的手段。CHI-FISHMAN 等[30]同样利用多普勒技术，并且改进了探头固定装置，允许探头进行各个方位如旁矢状位的观察，对舌骨及舌骨附着肌群进行动态捕捉并且进行逐帧观察，最后在笛卡尔坐标系中对舌骨运动距离、时间和速率进行定量测量。B 型超声的动态观察特点以及多普勒测量速度的优势为颏下肌骨超声评估吞咽功能提供了极大的可行性和准确性，但其对感兴趣区域的定位、后续逐帧跟踪以及数据的规范化处理，仍需进一步研究。

3 小结与展望

目前在评估咽期舌骨运动方面，吞咽造影可直观观察吞咽活动的整个时程，并且观察窗口稳定完整，但因其为有创操作，并且配合度低、操作复杂，因此难以在临床实践中得到大规模的应用。肌骨超声简单易操作、可重复性高、患者依从性高，并且可以对动态参数进行更加敏感地捕捉，但是操作者的手法和技术水平对结果的影响较大，且成像特点存在缺陷。目前对于超声和造影量化分析吞咽功能尚缺乏共识，大多以观察形态学结构为前提，主观量表为辅助，缺乏一种精准、无创、操作方便的评估方法。然而，这2 种检查方法均可通过直接观察舌骨运动而推测其吞咽功能，在评估吞咽功能方面仍具有重要的意义。将舌骨运动准确量化评估有助于临床评估吞咽功能。今后尚需进一步研究，以提高检查的准确性和可操作性。