实时剪切波弹性成像量化评估健康人正中神经弹性特征的信度

doi:10.12307/2023.578

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (23): 3742-3746.doi: 10.12307/2023.578

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实时剪切波弹性成像量化评估健康人正中神经弹性特征的信度

陈超，耿丰勤，沈素红

河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)功能检查科，河南省洛阳市 471000

收稿日期:2022-09-07 接受日期:2022-10-26 出版日期:2023-08-18 发布日期:2023-01-16
通讯作者: 沈素红，硕士，主任医师，河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)功能检查科，河南省洛阳市 471000
作者简介:陈超，女，1989年生，河南省三门峡市人，2016年河南科技大学毕业，主治医师，主要从事肌骨超声方面的研究。
基金资助:
河南省中医药科学研究专项课题(2016ZY2076)，项目负责人：沈素红

Quantifying the elastic characteristics of the median nerve in healthy subjects: reliability of real-time shear-wave elastography

Chen Chao, Geng Fengqin, Shen Suhong

Luoyang Orthopedic Hospital of Henan Province (Orthopedic Hospital of Henan Province), Luoyang 471000, Henan Province, China

Received:2022-09-07 Accepted:2022-10-26 Online:2023-08-18 Published:2023-01-16
Contact: Shen Suhong, Master, Chief physician, Luoyang Orthopedic Hospital of Henan Province (Orthopedic Hospital of Henan Province), Luoyang 471000, Henan Province, China
About author:Chen Chao, Attending physician, Luoyang Orthopedic Hospital of Henan Province (Orthopedic Hospital of Henan Province), Luoyang 471000, Henan Province, China
Supported by:
Henan Provincial Special Research Project of Traditional Chinese Medicine , No. 2016ZY2076 (to SSH)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

实时剪切波弹性成像：是采用探头发射安全的声辐射脉冲控制技术，在组织不同深度上连续聚焦，产生Mach Cone效应，被聚焦部位组织粒子高效地振动产生剪切波，由于剪切波是横波，在生物体内传播速度为1-10 m/s，故可利用达20 000帧/s的超快速成像系统捕获、追踪剪切波得到实时的弹性成像图。
正中神经：由分别发自臂丛内侧束和外侧束的内侧根和外侧根汇合而成。正中神经在臂部沿肱二头肌内走行，降至肘窝后，向下穿旋前圆肌和指浅屈肌腱弓后在前臂正中下行，于指浅、深屈肌腱之间到达腕部，后行于桡侧腕屈肌腱与掌长肌腱之间，并进入屈肌支持带深面的腕管，最后在掌腱膜深面分布至手掌。在腕管内，正中神经易因周围结构的炎症、肿胀和关节内病变而受压损伤，出现腕管综合征。

背景：实时剪切波弹性成像技术可无创测量组织弹性，目前较多地应用于甲状腺、乳腺等软组织疾病，而应用于周围神经及其病变的研究相对少见。
目的：使用实时剪切波弹性成像技术量化评估健康人正中神经的重测信度及测试者间信度，探究同一测量位点正中神经长轴与短轴弹性模量的相关性。
方法：随机招募20名健康受试者参与该试验，10名男性，10名女性。在信度试验中，测试者A和B分别使用实时剪切波弹性成像技术测量受试者利手侧、非利手侧正中神经长轴放松状态时的弹性模量；5 d后，测试者A以相同的测量方法对受试者正中神经弹性进行量化评估。此外，使用实时剪切波弹性成像技术在受试者腕横纹处测量正中神经长轴以及短轴的弹性模量完成相关试验。
结果与结论：①在信度试验中，利手侧正中神经的测试者间信度表现为优秀：其组内相关系数为0.98，重测信度优秀(组内相关系数=

0.96)；非利手侧，测试者间信度和重测信度均表现为好(组内相关系数=0.78，0.86)；②正中神经长轴与其短轴弹性模量之间无相关性(r=0.039，P=0.87)；③提示剪切波弹性成像技术能准确量化评估出健康人利手侧以及非利手侧正中神经弹性模量特征，且可信度较高；此外通过相关性试验可推测：相较于临床上使用正中神经长轴弹性特征作为常规参考指标，其短轴弹性模量的变化数据可信度不高。

https://orcid.org/0000-0003-3304-853X(陈超)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 剪切波弹性成像技术, 正中神经, 弹性模量, 信度, 相关性

Abstract: BACKGROUND: Real-time shear-wave elastography can display tissue elasticity noninvasively, At present, it is mostly used in the study of soft tissue diseases such as thyroid gland and mammary gland, but rarely used in the study of peripheral nerves and their lesions.
OBJECTIVE: To calculate the test-retest and inter-operator reliability of assessing median nerve elasticity by real-time shear-wave elastography and to explore the relationship between the elastic modulus of macroaxis and minor axis of the median nerve at the same measurement site.
METHODS: A total of 20 healthy subjects, including 10 men and 10 women, were randomly recruited in this study. In the reliability test, two operators A and B assessed elastic modulus of the long axis of the median nerve on the handed and unhanded sides using the real-time shear-wave elastography, respectively. Five days later, operator A quantified the median nerve elasticity repeatedly using the same measurement method. In addition, real-time shear-wave elastography was used to measure the elastic modulus of the macroaxis and minor axis of the median nerve at the rasceta.
RESULTS AND CONCLUSION: In the reliability test, the inter-operator and test-retest reliabilities of the median nerve elastic modulus on the handed side were excellent with the intraclass correlation coefficient of 0.98 and 0.96, respectively. The intra-operator and test-retest reliabilities on the unhanded side were also excellent with the intraclass correlation coefficient of 0.78 and 0.86, respectively. There was no correlation between the elastic modulus of the macroaxis and minor axis of the median nerve (r=0.039, P=0.87). These findings indicate that real-time shear-wave elastography can quantitatively evaluate the elastic characteristics of the median nerve in healthy subjects on the handed or unhanded side with a high reliability. In addition, it can be inferred that the elastic modulus of the minor axis of the median nerve is not reliable in the correlation test, relative to that of the macroaxis of the median nerve that can act as a routine reference index in clinical practice.

Key words: shear-wave elastography, median nerve, elastic modulus, reliability, correlation

中图分类号:

陈超, 耿丰勤, 沈素红. 实时剪切波弹性成像量化评估健康人正中神经弹性特征的信度[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(23): 3742-3746.

Chen Chao, Geng Fengqin, Shen Suhong. Quantifying the elastic characteristics of the median nerve in healthy subjects: reliability of real-time shear-wave elastography[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(23): 3742-3746.

图/表（结果） 4

2.1 参与者数量分析及不良事件纳入观察对象数量20例，进入结果分析数量20例，在整个试验过程中，所有受试者均能够完成相关评估且没有不适感出现。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 测试者间信度与重测信度在放松状态下，使用SWE分别量化评估利手侧与非利手侧正中神经的弹性模量。如表2所示，在放松位，其测试者间信度与重测信度均表现为优秀(ICC=0.98，95%CI=0.95-0.99；ICC=0.96，95%CI=0.90-0.98)；对于非利手侧，其测试者间信度与重测信度也均表现为优秀(ICC=0.78，95%CI=0.45-0.91；ICC=0.86，95%CI=0.68-0.94)。

此外，此次研究使用Bland-Altman图再次直观反映了SWE在评估正中神经弹性特征时其信度的一致性。其中利手侧其重测信度与测试者间信度如图3A，B所示，平均差异为0.4 kPa或-3.9 kPa，95%的一致限度为-49.9-50.6 kPa或-32.1-24.3 kPa；图3C，D显示了非利手侧正中神经重测信度与测试者间信度的一致性，其平均差异为-7.4 kPa或-9.1 kPa，95%的一致限度为-79.3-64.5 kPa或-70.1-51.9 kPa。且通过观察Bland-Altman图可知：绝大多数点均在散落在95%CI内，其一致性令人满意。

2.4 相关性分析在相关性分析中，测得健康人利手侧放松状态下正中神经长轴弹性模量为55.2 kPa(35.7 kPa，76.2 kPa，括号中2个数据分别代表取样区域内弹性模量最低值、最高值)，同一测量位点其短轴的弹性模量为14.0 kPa(12.1 kPa，16.0 kPa)，通过Spearman检验可知正中神经长轴弹性模量与其短轴弹性无相关性(r=0.039，P=0.87，P > 0.05)。

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引言

腕管综合征是临床上较常见的周围神经卡压病变之一，是以正中神经受压缺血，引起手指感觉异常和相应支配区域功能障碍为主的一组症候群[1]。目前，临床上用于诊断腕管综合征的金标准仍是神经电生理检查，其诊断腕管综合征的敏感性及特异性高达85%以上[2]，另外该检查方法也用于评估其他疾病中正中神经的异常。例如，在LEE等[3]的研究中，他们使用表面肌电图探究了重症肌无力患者正中神经的电生理特点，结果显示其神经电生理结果异常。虽然神经电生理检查在临床上应用较广泛，但其侵入式有创的诊断方式有一定的风险[4]，且安全系数较低[5]，具有一定的局限性。目前，临床上需要采用更精确、更方便、更无创性的技术来确诊腕管综合征[6-7]。超声检查可提供神经客观的图像，显示其分布和走行，并且可多水平测量神经[8]，且因应用范围广、费用相对低廉等优势成为诊断周围神经病变的首选影像学检查方法[9]。虽然超声检查能够对神经内部回声、血流灌注状态、活动性等做出准确评估[10]，但不能提供神经弹性信息。有数据显示，神经组织的弹性特征作为其机械特性的一种，能很好地反映神经损伤的程度[11-12]。实时剪切波弹性成像技术(shear-wave elastography，SWE)作为一种定量评估组织弹性的技术，在甲状腺、乳腺、肝脏等器官良恶性结节的鉴别诊断中发挥着重要作用。近年来，SWE在肌骨系统中的应用越来越广泛[13]，目前已经开始应用于正常神经及神经相关疾病的研究[14-15]。该技术在诊断腕管综合征方面具有一定的优势，能够提供正中神经实时超声图像并同时量化评估神经组织的弹性特征。因而，此次试验使用SWE量化评估健康人正中神经弹性模量进行信度以及相关性研究，提供正中神经在生理状态下弹性特征的参考标准，对诊断腕管综合征以及制定合理的康复治疗方案具有指导意义。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计信度试验，通过计算95%置信区间(CI)及组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)分析测试者间信度以及重测信度；应用Bland-Altman图进一步直观地显示测试者间信度和重测信度的一致性；此外使用Spearman检验同一测量位点正中神经长轴与短轴弹性模量的相关性。
1.2 时间及地点试验于2021年4-10月在河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)功能检查科完成。
1.3 对象于河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)随机招募20名健康受试者参与该试验，其中男10名，女10名。试验前所有受试人员均自愿签署知情同意书，且详细记录每一位受试者的基本信息，包括性别、年龄、身高、体质量以及体质量指数等。
纳入标准：①上肢无神经性病变；②腕关节无创伤手术史；③上肢各关节无疼痛及痉挛等症状；④无意识障碍者；⑤自愿签署知情同意书并参与此项研究者。
排除标准：①有腕管综合征病史者；②上肢有神经性病变，腕关节有创伤手术史者；③上肢各关节有疼痛及痉挛等症状；④存在意识障碍者。

受试者基本信息见表1。

该研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)对研究的相关伦理要求，医院伦理批件号：KY2017-010-01，审批时间：2017-10-30。
1.4 仪器法国声科Aix-plorer彩色多普勒超声诊断仪，使用实时剪切波弹性成像技术量化评估正中神经的弹性模量。超声探头的选择标准为50 mm，频率为4-15 MHz的线阵超声探头，彩色编码范围设定为0-200 kPa。
1.5 方法

1.5.1 正中神经弹性模量的测量试验前，告知受试者整个试验操作过程，并嘱休息放松5 min。受试者取坐位，伸直前臂保持前臂外旋位，肘部以及腕关节水平放置于检查床上，手指保持在放松的半弯曲状态，以避免前臂受压。用记号笔标记正中神经的检测位点：腕关节腕横纹处(即豌豆骨水平处正中神经)。对检测位点做好标记后，试验人员将超声耦合剂涂于受试者检测部位。首先，当腕关节处于中立位(即正中神经处于放松状态)时，在二维超声模式下，将探头轻轻放置在正中神经的测量位点且垂直于神经长轴，待出现正中神经横断面图像后，将探头以中心点旋转90°并轻微调整探头位置获取清晰的正中神经长轴超声图像，切换至SWE模式，并确定圆形感兴趣区域，圆形感兴趣区域直径为1 mm，记录正中神经长轴实时的弹性模量(图1A)；在二维超声模式下，将探头轻轻放置在正中神经的测量位点且垂直于神经长轴，待获取清晰的正中神经横断面后，切换至SWE模式，确定圆形感兴趣区域，圆形感兴趣区域直径为1 mm，此时即可记录正中神经短轴实时的弹性模量(图1B)。整个试验过程中，每个测量位点均进行3次重复测量，取其平均值进行相关统计分析。

1.5.2 信度试验此次研究使用SWE对受试者利手侧、非利手侧正中神经放松状态下弹性模量进行分析评估。对于测试者间信度试验，试验人员A和B分别使用SWE对受试者正中神经弹性模量进行评估，试验人员A在完成测量工作后嘱受试者休息放松30 min，试验人员B再对其进行相同的测量；5 d后，试验人员A对20名受试者正中神经进行再一次的评估，其数据用于分析重测信度实验。整个信度试验的测量数据由试验人员C进行记录且对测试者A和B进行保密，以确保信度试验的准确性。
1.6 主要观察指标使用SWE分别量化评估健康人利手侧与非利手侧正中神经的弹性模量并通过计算95%CI及ICC分析测试者间信度以及重测信度，应用Bland-Altman图观察测试者间信度和重测信度一致性。通过Spearman检验计算正中神经长轴弹性模量与其短轴弹性的相关性。
1.7 统计学分析使用SPSS 19.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)软件对测量数据进行统计分析。计算95%CI及ICC分析测试者间信度以及重测信度，根据ICC确定信度划分依据：<
0.55表示信度差，0.55-0.75表示信度良好，0.76-0.90表示信度好，> 0.90表示信度优秀[16]。应用Bland-Altman图进一步直观地显示测试者间信度和重测信度的一致性。此外，使用Spearman检验同一测量位点正中神经长轴与短轴弹性模量的相关性。Shapiro-Wilk检验用于分析所有的统计数据是否符合正态分布，数据符合正态分布则使用x±s表示，不符合正态分布的数据表示为中位数(M)和四分位间距(P25，P75)，P < 0.05表示显著水平。文章统计学方法已经河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)生物统计学专家审核。

讨论

此次试验基于SWE量化评估了健康人正中神经利手侧与非利手侧的弹性模量，并进行了信度研究，结果显示利手侧正中神经测试者间信度和重测信度均为优秀(ICC≥0.96)，非利手侧信度也相对较好(ICC≥0.78)，由此可知SWE在量化分析正中神经弹性模量时可信度较高，未来有望成为诊断腕管相关疾病的可靠手段；此外，通过相关性试验可知，正中神经长轴弹性模量与其短轴无相关性(r=0.039，P=0.87，
P > 0.05)，根据该结论推断，相较于临床上使用正中神经长轴弹性特征作为常规参考指标，其短轴弹性模量的变化数据可信度不高。
目前，临床上用于诊断评估周围神经软组织机械特性的技术很多。例如，神经电生理检查是目前诊断腕管综合征的金标准，SALMAN ROGHANI等[17]通过神经电生理检查发现，腕管综合征患者正中神经的电生理诊断结果与其CT诊断结果一致。但在长时间的临床经验总结中发现，神经电生理检查虽然能够为腕管综合征的临床诊断提供一定依据，但是却不能提供正中神经和周围组织结构之间的立体解剖关系，导致缺乏有效的临床干预依据[18]。且有数据显示，神经电生理检查仅对粗大的神经纤维损害检出率高[19]。核磁共振成像技术虽然能够对粗细程度不同的神经组织进行分析，提供较高分辨率的立体成像图片[20]，但缺乏量化的数据资料给予参考。SWE在一定程度上能够弥补以上相关技术的不足之处，既可提供神经组织实时超声图像，直接指导临床医生对患处进行精准的药物注射治疗或者软组织松解术[21]，又能量化评估神经组织的弹性变化情况。另外有研究显示，弹性可反映生物的组织学特性，不同生物组织弹性测量值的差异可为疾病诊断提供重要参考依据[22]。综上所述，SWE对于诊断评估神经组织的相关疾病具有一定的优势。
在信度试验中，作者分别探究了健康人利手侧与非利手侧正中神经的测试者间信度和重测信度，结果提示其信度较高(ICC≥0.78)。查阅文献发现，SWE在评估肝脏、乳腺等疾病方面已相对较成熟，且可信度高。例如，VALENTE等[23]使用SWE评估了肝移植患者肝脏的纤维化程度，他们发现其ICC为0.91，一致性较好，此结果证实了SWE可用于评估肝移植患者肝脏的纤维化程度。COSGROVE等[24]通过SWE探究了患有乳房肿块患者乳腺组织的弹性特征，其测试者间信度极好(ICC≥0.94)，重测信度也相对较好(ICC≥0.77)。此外，该技术在量化评估肌肉骨骼系统弹性方面一致性好。KOZINC等[25]招募了20名受试者并使用SWE量化评估不同活动状态下斜方肌弹性的变化特征，结果发现其可信度较高(ICC > 0.80)。结合以上相关信度研究与此次试验结果分析发现，ICC值均较高，信度为好到优秀，由此可推测，SWE是目前较可靠的量化评估人体软组织弹性的技术手段。目前，SWE对于神经组织检测评估仍处于研究阶段，可与此次试验直接进行对比讨论的数据较少，查阅文献发现，有少量相类似的文章可与此次研究进行对比分析。例如，ZHU等[26]外国学者进行了正中神经信度的研究，他们使用SWE对40名健康受试者正中神经不同位点弹性模量进行分析对比，结果发现其可信度较好(ICC > 0.85)，与此次信度试验结果相一致。KANTARCI等[27]也通过评估正中神经弹性特征证明了SWE可靠性高(ICC=0.848)。国内黄点点等[28]通过对31例正常成年人正中神经进行剪切波弹性成像，得出结论所测多位点正中神经杨氏模量ICC值均显示出良好的可重复性。由此可见，通过分析以上试验结果与此次试验进行对比，共同证实：SWE能够实时量化分析神经组织的弹性特征，可信度良好，为未来临床诊断评估周围神经系统疾病提供可靠的数据支持。
在此次信度试验中，SWE评估利手侧正中神经的测试者间信度与重测信度(ICC=0.98，0.96)均比非利手侧其信度好(ICC=0.78，0.86)，造成此差异的原因可能与试验人员操作手法有关，造成误差，在一定程度上影响了测量信度。此外，作者使用Bland-Altman图进一步直观地证明了结果的一致性[29]。如图3所示，图中绝大多数点均散落在95%的置信区间内，其一致性令人满意，再次证明在此次试验中，使用SWE量化评估利手侧与非利手侧正中神经弹性模量的可信度较高。
此外，在相关性试验中，作者使用SWE量化评估了腕横纹处正中神经的弹性特征，通过改变超声探头的检测方向可获得正中神经长轴55.2 kPa(35.7 kPa，76.2 kPa)与短轴14.0 kPa(12.1 kPa，16.0 kPa)，使用Spearman检验得出正中神经长轴弹性模量与其短轴弹性无相关性(r=0.039，P=0.87，P > 0.05)。查阅文献可知，在临床以及科学研究中，通过超声检测正中神经时通常多选取正中神经长轴作为常规检测体位[30-31]。例如，ZHU等[26]使用SWE对正中神经长轴弹性进行研究，他们选取40名健康受试者沿其神经走向选取2个测量位点，探究不同部位长轴的弹性特征。目前，关于评估正中神经短轴的相关报道相对较少，且通过长轴与短轴的超声图像(如图1)可直观看出，长轴的量化评估是对应50 mm线阵探头下正中神经的范围，相较于对其短轴的弹性的纵向检测来说，长轴的弹性更能反映一定范围内神经组织的弹性特征，这也很好地印证了作者相关性研究中的结果。由此可知，相较于临床上使用正中神经长轴弹性特征作为常规参考指标，其短轴弹性模量的变化数据可信度不高。
此外，此次试验存在一定的局限性：首先，仅探究了健康人正中神经的弹性特征，并未考虑腕管综合征对正中神经弹性模量的改变，未来研究重点应探究病理状态下正中神经弹性特征，这有助于临床诊断腕管相关疾病；其次，此次试验仅选取豌豆骨处正中神经作为检测位点，但该数据并不能代表正中神经弹性整体的变化规律，进一步的试验应选取多个检测位点，这对量化评估正中神经弹性特征的整体状况有一定帮助。
结论：SWE是一种可信度较高的评估正中神经的新技术，无创且操作简便，未来有望成为诊断腕管综合征等疾病的可靠手段。凭借SWE对神经组织弹性的客观量化评估，有利于临床康复医师了解其生理病理状况。但就目前的研究发现，该技术还仅停留在评估健康人神经组织的弹性研究阶段，未来的研究重心应更倾向于探究病理状态下神经组织的弹性改变，为周围神经疾病的早期发现、临床诊断及病理学研究提供科学的参考依据，为疾病早期干预及治疗过程中的疗效观察提供精确的影像学数据。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

实时剪切波弹性成像量化评估健康人正中神经弹性特征的信度

Quantifying the elastic characteristics of the median nerve in healthy subjects: reliability of real-time shear-wave elastography

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