手部指神经和掌神经分支在周围神经疾病中的高频超声成像

摘要

本方案描述了正中神经和尺神经的指支与掌支的高频神经肌肉超声检查方法，该方法有助于定位周围神经疾病，并可适用于评估指神经损伤。

摘要

周围神经超声是一种成熟的影像学技术，可用于评估某些周围神经病变。然而，周围神经的超声异常与轴突丧失的电生理诊断或临床证据之间相关性较差。这是一个重要的局限性，因为在临床实践中遇到的许多周围神经疾病均与轴突丧失有关。此外，在所有周围神经疾病中，轴突丧失的临床和电生理证据均与功能障碍直接相关。然而，由于电生理研究中常遇到的“下限效应”，这些相关性以及明确诊断往往难以确定。因此，能够与轴突丧失相关联的影像学技术对于拓展周围神经超声作为周围神经疾病潜在生物标志物的应用至关重要。随着新技术的进步以及高频超声成像能力的不断提升，即使使用床旁超声设备，也能以极高的分辨率对手掌和手指的神经分支进行成像。这些神经分支位置表浅且处于解剖学最远端，是评估多发性神经病的理想部位，因为在轴突丧失过程中这些分支最早发生变性。然而，目前尚无研究系统地评估这些神经分支是否可通过超声进行可重复测量。本方案经过调整，用于系统评估手部掌面及手指区域正中神经和尺神经的横截面积。该方案提供了一组神经的参考数据，这些神经在三名不同超声检查者之间的组内相关系数较高。最后，作为概念验证并展示本方案的临床应用价值，将遗传学确诊的遗传性多发性神经病患者的代表性数据与已建立的正常参考值进行比较，以分析横截面积的差异。

引言

临床超声在评估周围神经和肌肉方面的应用扩展已显著提高了诊断神经肌肉疾病的能力¹。在过去二十年中，超声已成为直接观察神经肌肉系统解剖学变化的工具，这些变化与病理过程相关。超声通常结合临床病史和体格检查，以提供更详细的信息或辅助电生理诊断研究，后者被认为是诊断周围神经疾病的金标准等效方法²。在某些局灶性神经病变（如腕管综合征）的情况下，超声可替代电生理检查结果，具有很高的敏感性和特异性³。由于其成本低、可在床旁操作且具有无创性，超声已成为许多临床医生首选的神经肌肉系统影像学检查方法^4,5。

周围神经超声已被明确证实对于定位由髓鞘异常引起的周围神经疾病具有重要价值，例如慢性炎性脱髓鞘性多发性神经病（CIDP）^6,7 和 1A 型 Charcot-Marie-Tooth 病（CMT1A）^7,8。在这些疾病中，上下肢神经的局灶性或弥漫性横截面积增大已有充分描述。然而，横截面积增大并非脱髓鞘疾病所特有，因为在轴索性多发性神经病中也有报道，尽管较为少见⁸。但轴索性疾病的横截面积增大程度明显较轻，且在神经内分布不均匀。由于这些局限性，超声在轴索性神经病中的应用价值有限。

大多数外周神经超声研究主要关注相对近端的神经部位，这主要是因为近端神经尺寸较大，更容易识别。然而，在轴突性多发性神经病中，外周神经最远端的分支会以类似瓦勒变性（Wallerian-like）的方式最早发生退化^9,10。由于这些分支直径较小，成像分辨率一直是可重复观察这些神经分支的限制因素。近年来，由于图像复合技术更加快速且无缝，探头的分辨率已得到持续提升。目前，床旁超声已能常规显示约500 µm的结构，而超高频系统甚至可显示小至30 µm的结构¹¹。因此，利用床旁超声对足部和手部的远端神经分支进行可靠评估已成为可能。

手部的掌侧和指神经分支是正中神经、桡神经和尺神经最远端的分支。掌侧分支除携带感觉神经纤维外，还携带运动神经纤维（仅正中神经和尺神经）至骨间肌¹²。在尸体研究中，掌侧和指神经分支的直径介于0.8 mm至2.1 mm之间¹³，完全处于高频超声探头的检测范围内。此外，由于这些神经位置表浅，穿过结缔组织或肌肉时频率衰减极小，因此适用于高频率和超高频率成像。然而，目前尚无研究建立通过超声测量的手部指神经和掌侧神经分支的正常横截面积参考值，而这些数据对于临床和科研研究至关重要。因此，本方案旨在评估手部掌侧和指神经分支。

技术注意事项
在开始本方案之前，必须先回顾以神经肌肉为重点的超声检查的基本原理¹⁴。此外，本方案还考虑了若干具体因素。鉴于手部的自然轮廓，建议使用探头接触面较小且频率高于15 MHz的探头。本研究采用频率为10-22 MHz、接触面为8 mm x 13 mm的探头（见材料表），并配合兼容的数字超声系统使用。

接下来需要考虑的是成像深度和聚焦区域。在目前所有的成像研究中，掌侧和指神经的深度均小于0.35 cm。因此，为了保证可重复性，建议统一使用1 cm的成像深度。此外，通过在设备所能达到的最大高度处设置两个聚焦区域，可在该深度下获得更佳的成像效果。

强烈建议保持图像调整参数（频率、增益和灰阶图）的一致性。由于神经表面及周围覆盖的浅表组织极少，成像过程中调整这些参数不会提高图像分辨率或质量。鉴于这些神经直径较小，建议使用ImageJ^15,16等二次图像分析软件进行横截面积测量。

方案

本研究中的所有实验均按照韦恩州立大学和底特律医疗中心机构审查委员会（IRB）批准的关于外周神经病变患者自然病程的研究方案进行。所有人类受试者均签署了知情同意书。

1. 仪器设置

1. 根据需要输入患者姓名或其他标识信息，以整理所采集的图像。
2. 对超声探头（参见材料表）进行消毒，并在成像前于换能器头部涂抹足量超声耦合剂。
3. 将采集频率设置为超声设备允许的最高频率，且无需进一步进行图像复合或对比处理。
   注：本研究中采用 20 MHz。
4. 将总成像或屏幕深度设置为 1 cm，两个焦点位置尽可能浅。
   ​注：该深度和焦点位置可实现手部正中神经和尺神经所有掌侧支及指支的成像。一旦由检查者确定，建议使用一致的增益和灰阶图，以确保测量结果的可重复性。

2. 患者准备

注意：遗传性周围神经病患者的纳入标准为已确认存在已知可导致遗传性周围神经病的基因突变（详见代表性结果部分），无排除标准。对照组的纳入标准为上肢电生理检查结果正常。对照组的排除标准包括：有糖尿病、甲状腺功能异常、任何已知的维生素异常、既往减重手术史、代谢综合征、体重指数大于29、创伤性神经损伤史，或大纤维或小纤维周围神经病史。

1. 将患者置于仰卧位，肘部伸展，前臂旋后，使前臂背侧舒适地置于桌面上。
   注意：在摆位前，应检查将要评估的手和手臂，若成像区域附近或表面存在伤口、皮疹或皮肤刺激，则为相对禁忌证，可能不宜进行超声检查。
2. 伸展患者的腕关节和掌骨，使指甲接触桌面。为舒适起见，允许拇指轻微内收并屈曲。

3. 超声检查

注意：正中神经有四个常见的掌侧分支，尺神经有两个常见的掌侧分支¹³。每个手指均有一条内侧和一条外侧指支，其中第1至第3指完全由正中神经支配，第5指完全由尺神经支配。第4指的外侧表面由正中神经双重支配，内侧表面则由尺神经支配。本方案重点成像第2指的正中神经常见掌支、第2指的外侧指支、第5指的尺神经常见掌支以及第5指的内侧支。

1. 首先以掌侧桡侧横纹为解剖标志，识别至第2指的正中神经掌侧公共指支（图1）。
   注：与指神经相比，至第2指的正中神经掌侧公共指支以及至第5指的尺神经掌侧公共指支在体积上明显大于伴行的血管。因此，优先识别这些神经有助于后续更远端分支的辨认，因为远端分支的横截面积与血管更为接近。
2. 将探头置于掌侧桡侧屈肌横纹近端（图1）。
   注：在本研究中，未发现无掌侧桡侧屈肌横纹的个体。然而，若该横纹缺失，应将探头置于第2掌骨基底部近端2 cm处。
3. 将探头保持与神经预期走行方向垂直，并施加尽可能小的压力，同时确保探头与皮肤之间完全接触。
   注：由于掌支和指支位置表浅，容易受到探头压力造成的形变影响。
4. 调整探头角度，使神经呈现最小且表皮神经束膜均匀的横截面。该技术可降低非平面成像的可能性，从而避免结果偏差。
5. 通过轻微前后移动探头优化图像，以最大限度减少神经的声学各向异性。
   注：各向异性是指超声反射波形随探头角度变化而产生的差异¹⁷。调整发射波角度会导致反射波偏离接收平面，无法被超声探头接收，从而引起结构的低回声（即黑色信号增强）。神经的各向异性相对较低，意味着需要较大的角度变化才会导致神经出现低回声。相比之下，肌肉和肌腱具有较高的各向异性。通过探头进行微小的前后移动，可利用各向异性出现的临界角度帮助确定神经成像的最佳平面¹⁸。
6. 如有可能，使用能量多普勒成像（PDI，参见材料表）识别邻近的任何血管（在所有位置均应执行）。
7. 图像优化后，在此位置采集图像。保存前应在超声系统中标记神经，以便后续测量时准确定位。图像应标注神经名称、位置及侧别。
8. 接下来，通过将探头向第2指末端方向远端推进，对第2指近端指间关节处的外侧指神经支进行成像。然后将探头停止于第2掌指关节屈肌横纹中心稍远端及外侧的位置。
9. 图像优化后，在此位置采集图像。保存前应在超声系统中标记神经，以便后续测量时准确定位。图像应标注神经名称、位置及侧别。
10. 为评估至第2指的掌支或指支是否存在局灶性病变或不均匀的横截面扩大，将探头向第2指末端方向远端推进。
    注：指神经可在远端指间关节（DIP）近端1.5–2 cm范围内被充分可视化。
11. 然后，从该分支可被观察到的最远端点开始，沿神经向近端追踪，直至腕管远端的正中神经公共干。
12. 接下来，通过识别掌侧尺侧横纹，对至第5指的尺神经掌侧公共指支进行成像（图1）。
13. 将探头垂直于神经预期走行方向放置，并按照步骤3.3–3.6所述方法调整成像参数。
14. 图像优化后，在此位置采集图像。保存前应在超声系统中标记神经，以便后续测量时准确定位。图像应标注神经名称、位置及侧别。
15. 接下来，通过将探头向第5指末端方向推进，对掌指关节（MCP）处的内侧指神经支进行成像，探头停止于MCP屈肌横纹稍远端处。
16. 按照前述步骤3.3–3.6所述方法优化图像。
17. 图像优化后，在此位置采集图像。保存前应在超声系统中标记神经，以便后续测量时准确定位。图像应标注神经名称、位置及侧别。
18. 沿第5指评估是否存在局灶性或节段性横截面异常。通过确定最远端可视位置，观察神经并从该点向近端扫描至腕尺管（Guyon's canal）。
    注：腕尺管又称尺神经管或尺管，位于手/腕内侧，为尺神经和尺动脉通过的通道。其边界包括上方的浅层腕横韧带、下方的屈肌支持带和小鱼际肌、内侧的豌豆骨及豌钩韧带，以及外侧的钩骨钩¹⁹。
19. 在双侧均执行所有测量。
    注：在本研究中，对于体重指数（BMI）低于33的个体，使用本研究所用探头可实现从中枢臂丛向远端追踪正中神经和尺神经全程的成像。尽管本方案仅聚焦于少数神经，但在存在局灶性或创伤性神经病变的情况下（本方案未展示此类神经评估），建议以掌骨远端头部作为起点，追踪并评估其他指神经和掌侧神经分支。
20. 保存所有图像，并导出至大容量存储设备。若使用ImageJ软件，请将图像导出为.jpg格式文件。

4. 测量横截面积

注意：本研究使用了开源图像处理软件 ImageJ（参见材料表），以下步骤均针对该软件进行调整。

1. 打开 ImageJ 软件。
2. 在程序界面中选择 文件，然后点击 打开。浏览至存储超声图像的目录。
3. 选择与待测神经对应的 .jpg 文件。
4. 使用线条工具在原始超声图像的标尺上绘制一条 1 cm 的直线，以设置图像比例尺。点击 分析，然后选择 设置比例尺。
   注意：像素距离会根据 1 cm 直线自动计算，并自动填入第一个输入框中。若要以平方毫米（mm²）为单位输出测量结果，请将已知距离更改为 10。关闭设置比例尺窗口。
5. 使用自由手绘选择工具，沿神经外膜与周围组织的边界勾勒神经轮廓（图 2，黄色线条）。
   注意：可在 ImageJ 中使用放大功能，以更精确地确定神经外膜与周围结构之间的像素边界，从而提高测量精度。
6. 点击 分析，选择 测量，以测定横截面积。

结果

对于正常参考数据，我们选取了20名个体，其电生理检查结果正常，无神经系统症状，无糖尿病、甲状腺功能障碍、维生素异常、代谢综合征、腕管或肘管综合征、化疗药物暴露史或严重手部外伤的既往病史或现病史，且在过去1年内未妊娠（表1）。由于样本量较小，我们未按年龄、性别、体重或身高对数据进行分层，而这些因素已知会影响神经横截面积^14,20。因此，该数据最适合作为其他实验室进行比较的参考基准。神经横截面积的正常上限定义为平均横截面积加两个标准差。

周围神经近端横断面神经增粗已被描述为脱髓鞘性多发性神经病的超声特征^21,22,23。在一名患有1A型腓骨肌萎缩症（CMT1A）——一种遗传性脱髓鞘疾病——的个体中，发现其神经横截面积增大大于正常神经横截面积的上限值（<...

讨论

本方案描述了手部指神经和掌侧神经分支的高频超声检查。本研究旨在验证一个假设：远端神经分支横截面积的增大与轴突丢失相关。要证实这一假设，还需开展大量多中心的自然病程研究，纳入具有不同类型轴突病变的受试者。除了潜在的研究价值外，该方案还可应用于临床，以定位周围神经病变部位。

此处的正常值数据来自一小部分健康个体，这些个体无任何神经系统主诉，且无已知的周围神经疾病。由于入组条件的限制，这些个体构成了一个表型同质的群体，非常适合用于检验当前方案的可重复性。由于这些神经分支的直径较小，已接近床旁超声成像的分辨极限，因此重复测量中的变异程度显得尤为关键。

为检验可重复性，对20名受试者分别由三名不同的超声检查人员进行检测，其中一名具有4年超声经验，另外两名在参加为期2周的本方案培训课程前无任何超声检查经验。每名超声检查人员均对其他检查人员的结果设盲。组内相关系数见表1。结果显示，在更靠近近端的神经位置，组内相关系数略高。更重要的是，这些数据表明，床旁超声可对直径为1-2 mm²的神经...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
10-22mHz 换能器	General Electric Health Care	H48062AB	小型探头换能器
ImageJ	NIH	N/A	https://imagej.nih.gov/ij/
Logiq eR8 超声波束成形器	General Electric Health Care	H48522AS	此为包含能量多普勒成像功能的波束成形器与图像处理器
超声耦合剂	Parker Laboratories	44873	标准超声耦合剂，非无菌