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方法論記事

エコーパターンの安定性定量化によるヒトアキレス腱の超音波組織特性評価

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DOI：

10.3791/68543

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2025年9月5日

 ,  ,  ,  , 
1Division of Physical Medicine and Rehabilitation, Department of Surgical Sciences, University of Turin, 2Polito (BIO) Med Lab, Biolab, Department of Electronics and Telecommunications, Politecnico di Torino

この記事について

サマリー

超音波は、アキレス腱のサイズと構造を評価するために臨床現場で最も一般的に採用されているアプローチです。アキレス腱の評価をより包括的な方法で拡張するために、超音波組織特性評価 (UTC) アプローチが最近提案され、臨床研究で検証されました。

要約

腱のサイズと構造の評価は、トレーニングやリハビリテーションをパーソナライズするために、健康なアスリートやさまざまなタイプの患者の臨床管理に一般的に含まれます。ここで説明するアキレス腱構造の定量分析は、非侵襲的で比較的安価で、ポータブルで放射線がなく、正確で再現性のあるデータを迅速に収集できる、最近導入されたシステムを使用して実行できます。標準的な超音波プローブを使用し、トラッカーによって関心領域全体にわたって0.2mmの正確なステップで自動的に変位し、連続する2次元超音波画像を収集し、3次元データブロックにコンパイルします。測定手順は簡単で、被験者は10〜15分でテストでき、包括的なレポートが自動的に生成されます。4つの異なるエコータイプの定量化により、組織の完全性の評価が可能になります:この定量化は、アキレス腱障害患者の診断および予後評価に役立ちます。

概要

アキレス腱は腱障害の一般的な部位であり、痛み、身体障害、障害を引き起こします 1,2。アキレス腱障害は、特にアスリートの間で過剰使用から生じる一般的な疾患ですが、座りがちな人やリウマチ性疾患や内分泌疾患の患者にもよく見られます3。アキレス腱障害の2つの異なる形態を診断できます:踵骨挿入から2〜7 cm上の腱に影響を与える中間部分の腱障害と、踵骨近位の腱の遠位2 cmを含む挿入性腱障害4。中部アキレス腱障害は、一般にリウマチ性7 および内分泌8 の患者、およびハグルンド変形の患者に発生する挿入性腱障害 5,6 よりも頻繁に観察されます9。

アキレス腱を評価するための診断検査の中で、超音波は現在最も一般的に採用されているアプローチですが、臨床現場でのその使用は通常、腱のサイズ (すなわち、厚さと断面積) の定量的測定と腱構造の定性的評価に限定されます10,11。さらに、超音波は、オペレーター間/オペレーター内のばらつきや、取得プロトコルの標準化の欠如などの問題を引き起こします12。したがって、異なるデバイスや異なる取得プロトコルで取得したデータを比較または分析しようとすると、多くの課題が生じます。

超音波組織特性評価 (UTC) は、腱の構造的完全性を定量化し、従来の超音波アプローチ13 のいくつかの制限を克服するために提案された新しい技術です。この方法は、連続した横方向の超音波画像におけるエコーパターンの三次元安定性(強度と分布)を分析することにより、アキレス腱の超微細構造配列の定量化を可能にします13。UTCは、4つの異なるエコータイプで表される腱の完全性の定量的評価を提供します。エコータイプIは、無傷で整列した腱束を反映します。エコータイプIIは、軽度の破壊と波打つ腱束に対応します。エコータイプIIIは、主に線維組織に起因します。エコータイプIVは、主にアモルファスマトリックスで構成され、フィブリル、細胞要素、または体液蓄積が著しく失われた領域を表します13,14。

最近の研究では、UTC は再現性が良好から優れた 15,16,17,18 であり、1 回の運動19 および慢性的な運動負荷20 後のエリート アスリート、衝撃波療法後の健康な21 および腱障害22 の被験者、および中間部分の腱障害の患者23,24 のアキレス腱の変化を監視するために使用できることが示されています.さらに、UTC は、従来の超音波ではこれらの変化を検出できない軽度の組織の混乱を検出して定量化することが示されています。実際、Docking et al.25 は、片側性アキレス腱障害 (中央部または挿入部) の患者において、両方の腱が構造的に損なわれていることを示し、両側性腱障害の性質の証拠を裏付けています。また、最近、挿入性腱障害を伴う乾癬性関節炎患者において、症状が片側性の場合でも、UTC 分析により両側の構造腱の変化を検出できることがわかりました26。一貫して、最近のシステマティック レビュー27 は、UTC はアキレス腱障害患者の予後情報も提供できると結論付けています: エコー タイプ I および II パーセンテージの減少は、臨床症状の発生に先行し、予測する可能性があります。次のプロトコルの目的は、UTC アプローチを通じてアキレス腱を評価する手順を説明することです。

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プロトコル

このプロトコルは、トリノ工科大学の研究整合性ガイドラインに従っています28.超音波画像の取得は、地元の倫理委員会によって承認された調査研究 (「Comitato Etico Interaziendale」: プロトコル n. 0001612/30/12/2021) 内で実施され、調査対象者は書面による同意を与えました (研究への参加と匿名化された画像の公開について)。

1. システムの準備

注:システムは4つのコンポーネントで構成されています( 材料表を参照):超音波スキャナーソフトウェアを備えたスマートシステム。分析ソフトウェア;4 cmのイメージング幅をカバーする多周波(5-16 MHz)192素子リニアアレイトランスデューサ、公称中心周波数は11 MHz。トラッカー:フレーム(プリマウント)およびスタンドオフ(プリマウント)。

  1. トランスデューサの準備
    注意: トランスデューサーは、フレームとスタンドオフが所定の位置に取り付けられたトラッカーに横方向に取り付ける必要があります(補足図S1A)。
    1. トラッカーの下にある2本の金属ネジを緩めて、トラッカーからスタンドオフを外し、スタンドオフの上面を音響ゲルの厚い層で覆います。2 つのコンポーネントを元に戻します。
    2. トランスデューサーストラップの2本の黒いネジとトランスデューサーホルダーベースのロックネジを緩めます。トランスデューサをトランスデューサホルダーベースに挿入し、ロックネジを締めます。ストラップをトランスデューサーの首に完全に下げ、2本のネジを締めます。
    3. トランスデューサーホルダーを所定の位置に固定している2本の黒いネジを外し、トランスデューサーホルダーの高さを調整して、アコースティックゲルと接触してフレームとスタンドオフから解放されるように(半ミリメートルから1ミリメートル)。
    4. トラッカー(USBケーブルを使用)とトランスデューサーの両方をスマートシステムに接続します。スマートシステムの電源ブリックを接続します。
  2. システム電源投入
    1. ノブに青いライトが表示されるまで、ユニットの左上端にある電源ボタンを押して、スマートシステムの電源を入れます。
      メモ: ビープ音が数回鳴ります。
    2. デスクトップから、超音波ソフトウェアアイコン figure-protocol-1 をダブルクリックし、スマートシステムツールバーの超音波画面を最小化します。
    3. ON / OFFボタンを押してトラッカーの電源を入れます。
      注:スマートシステムとトラッカーとの接続を確認する2回のビープ音が鳴ります:これで、システムはデータ収集の準備が整いました。

2. 科目の準備

  1. 被験者に快適なうつ伏せの姿勢で横になり、素足をリラックスしてテーブルの端にぶら下がってもらいます。
  2. 後脚の遠位部分の皮膚を音響ゲルで覆い、厚い層を形成して、皮膚とトランスデューサーの間の最適な接触を確保します。
  3. 膝を被験者の中足骨頭に押し付けることにより、被験者の足首を受動的に背屈させます(最大背屈に達するまで)(補足図S1B)。

3. 画像取得

  1. スマートシステムで、解析ソフトウェアアイコン figure-protocol-2をダブルクリックします。上部ツールバーの赤いボタン figure-protocol-3 (取得)をクリックします。「トラッカーの初期化はOK」というメッセージで、「 OK」をクリックします。
  2. 取得制御ウィンドウが表示されたら、 START US をクリックして、超音波ソフトウェアからの超音波画像を表示します。
    メモ: 次の取得プリセット設定を使用します: 30 mm の貫通深さ、4 つの焦点、20 mm の中央ビーム焦点。横方向と軸方向のピクセルサイズは 0.0925926 mm に等しく保ちます。取得中に、ステップサイズ(つまり、1つのスライスと次のスライスの間の距離)を0.2mmに設定します。
  3. 取得制御ウィンドウで [取得 ] をクリックします。 [Press the Start-button on the tracker to start the acquisition](トラッカーのスタートボタンを押して取得を開始する) というメッセージが表示されたら、[ OK]をクリックします。
  4. アキレス腱の長軸に垂直な踵骨領域にトラッカーを置きます。
    注:踵骨が基準点として機能する骨のランドマークとして超音波スキャナー画面に観察されていることを確認してください。
  5. トラッカーの START ボタンを押して、取得を開始します。スマートシステムの超音波スキャナー画面からスキャン手順全体に従います。
    注:トランスデューサーは、腱の長さに沿って遠位から近位までトラッカーに沿って自動的に移動し始めます。近位位置に到達すると、数秒停止した後、トランスデューサーは腱の横方向のグレースケール画像をキャプチャして遠位位置に戻ります(約45秒で、12cmにわたって0.2mmごとに1つの画像、合計600枚の画像)。
  6. データ収集サイクルの終了時に、集録制御ウィンドウで[ OK ]をクリックし、[ 終了]をクリックします。
  7. 解析ソフトメニューの画面の横断面(左上)をクリックすると、画面がリフレッシュされ、取得した画像が表示されます。[ファイル]ドロップダウンメニューの [スキャンを保存 ]行を使用して、適切なフォルダーに画像を保存します。

4. 画像解析

注:取得した画像の解析を開始するか、ドロップダウンメニューから[スキャンを開く]をクリックして、以前に保存した画像を開きます。ファイルを開くには数秒かかり、画像は4つのビューすべてで開き、スクロールして3次元断層撮影の視覚化を行うことができます(補足図S2)。

  1. 輪郭
    1. 分析ソフトウェアで、上部のツールバーの figure-protocol-4ボタンをクリックして、定性的パラメータセットから定量的パラメータセットに切り替えます。
    2. 上部ツールバーの figure-protocol-5ボタンをクリックして解析パラメータを設定すると、ウィンドウが開きます。
    3. CUSTOMIZED 1にフラグを立て、サンプルウィンドウを25に設定し、[ SAVE ALL SETTINGS] ボタンをクリックして保存します。
      注: サンプルウィンドウ 25 は、輪郭を描画するのに最適です。
    4. ウィンドウを閉じ、上部のツールバーの figure-protocol-6ボタンをクリックして分析を開始します。
    5. 上部ツールバーの figure-protocol-7を押して輪郭描画/編集モードを選択し、ウィンドウからCONTOURを選択します(補足図S3 および 補足図S4)。踵骨の端から始めて(矢状面のスキャンをスライドして)、カーソルを移動し、一定の間隔でマウスをクリックして、横断面で腱を囲む輪郭を描きます。
    6. 25枚の画像ごとに輪郭を描き、矢状面を次の位置に移動し、分析モードから超音波モードに切り替えます。
    7. すべての輪郭が対象領域に配置されたら、もう一度 figure-protocol-8 ボタンを押してウィンドウを閉じます。
    8. FILEドロップダウンメニューから SAVE CONTOUR 線をクリックして、等高線を保存します。
  2. 統計学
    1. 解析ソフトウェアで、上部のツールバーの figure-protocol-9ボタンをクリックして、新しい解析を開始します。
      注: figure-protocol-10 ボタンは、一般的な分析に最適なサンプルウィンドウに対応しています。
    2. 上部のツールバーの figure-protocol-11 ボタンをクリックすると、統計データを含むグラフが表示されます:ウィンドウが開きます。 CONTOUR をクリックすると、描画および補間されたすべての等高線の統計グラフ(補足図S5)が表示されます。

5. 報告

注:プログラムにはレポート機能が装備されています。レポート用にデータを準備するには、いくつかの手順を実行する必要があります。

  1. 解析ソフトウェアで、矢状断面の適切な位置を選択し、上部のツールバーの STAR ボタンをクリックして、参照画像の位置を選択します。
  2. 上部figure-protocol-12ツールバーのボタンをクリックして、画像と統計データをPDFエディターにインポートします。レポートを編集し、患者情報、評価日、オペレーター、選択した参照画像、および関連するセクションに結果の解釈を入力します (補足ファイル 1)。

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結果

図1は、正常なアキレス腱の代表的な画像を示しています。腱構造の定性的評価 (縦方向と横方向の両方のスキャンで) は均一なエコー源性を示し、腱サイズの定量的評価 (厚さ測定の目標は、横方向の腱の最も厚い部分に対応する位置 #2 で取得されました) は、正常な厚さ (4 mm) を記録しました。

UTC分析では、腱の正常な構造が報告されました: 図1 の下部パネルは、3つの代表的な位置(近位:#1、中央:#2、遠位:#3)に緑色のピクセル(エコータイプIに対応)の広い範囲を示しています。

図2は、病理学的アキレス腱の代表的な画像を示しています。腱構造の定性的評価 (縦方向と横方向の両方のスキャンで) は、近位部分で中程度の構造変化 (すなわち、上部にいくつかの明確に定義された低遺伝子領域...

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ディスカッション

この記事で紹介する手順は、以前に開発され13,14、健康な腱と病的腱の両方で検証された市販のソリューションを介してアキレス腱のサイズと構造を評価するために使用できます14,15,16,17,18.このソリューションには、持ち運びが簡単で、比較的安価で放射線を含まないため、その後のスキャンに安全に使用できるなど、いくつかの利点があります。たとえば、スキャン中に調査対象者が動いた場合や、皮膚とトランスデューサーの接触が不十分で残響アーティファクトが発生する可能性がある場合、画像取得を簡単に繰り返すことができます。最適な画質と再現性を確保...

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開示事項

著者らは、潜在的な利益相反はないと宣言している。

謝辞

著者らは、原稿の最終版を批判的にレビューしてくれたハンス・ファン・シーに感謝しています。この研究はトリノ大学 (Fondo per la Ricerca Locale - ex-60%) の支援を受け、PRIN 2022 プログラム内の欧州連合 - 次世代 EU が資金提供する「血管調節不全の定量イメージング (AI-VASCUES)」プロジェクト内で実施されました。この原稿は著者の見解と意見のみを反映しており、同省はそれらに対して責任を負うとは考えられません。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
5 & ndash;16 MHzリニアアレイプローブ テラソン16L5原稿内の「トランスデューサー」
uSmart 3200T 超音波スキャナーテラソンテラソン TAB3原稿内の「スマートシステム」
UTCソフトウェアUTCイメージングバージョン 1.0.0原稿内の「解析ソフトウェア」
UTCトラッカーUTCイメージング原稿内の「トラッカー」

参考文献

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