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방법 논문

에코 패턴의 안정성 정량화에 의한 인간 아킬레스건의 초음파 조직 특성화

1K 조회수

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DOI:

10.3791/68543

⸱

2025년 9월 5일

 ,  ,  ,  , 
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

이 논문에서

요약

초음파는 아킬레스건의 크기와 구조를 평가하기 위해 임상 환경에서 가장 일반적으로 채택되는 접근 방식입니다. 아킬레스건 평가를 보다 포괄적인 방식으로 확장하기 위해 최근 초음파 조직 특성화(UTC) 접근법이 임상 연구에서 제안되고 검증되었습니다.

초록

힘줄 크기와 구조에 대한 평가는 일반적으로 건강한 운동선수와 다양한 유형의 환자의 임상 관리에 포함되어 훈련이나 재활을 개인화합니다. 여기에 설명된 아킬레스건 구조의 정량적 분석은 비침습적이고, 상대적으로 저렴하고, 휴대가 가능하고, 방사선이 없고, 정확하고 재현 가능한 데이터를 신속하게 수집할 수 있는 최근 도입된 시스템으로 수행할 수 있습니다. 관심 영역을 가로질러 0.2mm의 정확한 단계로 추적기에 의해 자동으로 변위되는 표준 초음파 프로브를 사용하여 연속적인 2차원 초음파 이미지를 수집한 다음 3차원 데이터 블록으로 컴파일합니다. 측정 절차는 간단합니다: 피험자를 10-15분 안에 테스트할 수 있으며 포괄적인 보고서가 자동으로 생성됩니다. 네 가지 다른 에코 유형의 정량화는 조직 무결성의 평가를 가능하게 합니다: 이 정량화는 아킬레스건병증 환자의 진단 및 예후 평가에 유용할 수 있습니다.

서론

아킬레스건은 건병증의 흔한 부위로 통증, 신체 장애 및 장애를 유발합니다 1,2. 아킬레스건병증은 특히 운동선수들 사이에서 과도한 사용으로 인해 발생하는 흔한 장애이지만 앉아서 생활하는 사람과 류마티스 및 내분비 질환 환자에게도 널리 퍼져 있습니다3. 두 가지 뚜렷한 형태의 아킬레스건병증을 진단할 수 있습니다: 종골 삽입 위 2-7cm의 힘줄에 영향을 미치는 중간 부분 건병증과 종골 근위부 힘줄의 원위 2cm를 포함하는 삽입성 건병증4. 중간 부분 아킬레스건병증은 일반적으로 류마티스7 및 내분비8 환자와 Haglund 기형 9 환자에서 발생하는 삽입성 건병증 5,6보다 더 자주 관찰됩니다.

아킬레스건 평가를 위한 진단 검사 중 초음파는 현재 가장 일반적으로 채택된 접근법이지만 임상 실습에서의 사용은 일반적으로 힘줄 크기(즉, 두께 및 단면적)의 정량적 측정 및 힘줄 구조의 정성적 평가로 제한됩니다10,11. 또한 초음파는 시술자 간/시술자 내 가변성 및 획득 프로토콜의 표준화 부족과 같은 문제를 야기합니다12. 따라서 서로 다른 장치 및 서로 다른 수집 프로토콜로 수집한 데이터를 비교하거나 분석하려고 할 때 많은 문제가 발생합니다.

초음파 조직 특성화(UTC)는 힘줄의 구조적 무결성을 정량화하고 기존 초음파 접근법의 일부 한계를 극복하기 위해 제안된 새로운 기술입니다13. 이 방법은 인접한 가로 초음파 영상에서 에코 패턴(강도 및 분포)의 3차원 안정성을 분석하여 아킬레스건의 초미세구조 배열을 정량화할 수 있습니다13. UTC는 네 가지 다른 에코 유형으로 표현되는 힘줄 무결성에 대한 정량적 평가를 제공합니다. 에코 유형 I은 온전하고 정렬된 힘줄 다발을 반영합니다. 에코 유형 II는 약간 중단되고 흔들리는 힘줄 다발에 해당합니다. 에코 유형 III은 주로 섬유 조직에서 발생합니다. 에코 유형 IV는 원섬유, 세포 요소 또는 체액 축적의 현저한 손실이 있는 비정질 매트릭스로 주로 구성된 영역을 나타냅니다 13,14.

최근 연구에 따르면 UTC는 재현성이 우수하거나 우수하며 15,16,17,18 단일 운동 시합19 및 만성 운동 부하20 후 엘리트 운동선수의 아킬레스건 변화를 모니터링하는 데 사용할 수 있으며, 충격파 요법 후 건강한21 및 건병증22 피험자, 중간 부분 건병증환자에서 23,24. 더욱이 UTC는 기존 초음파가 이러한 변화를 감지하지 못하는 경미한 조직 붕괴를 감지하고 정량화하는 것으로 나타났습니다. 실제로 Docking et al.25는 편측성 아킬레스건병증(중간 부분 또는 삽입) 환자에서 양쪽 힘줄이 구조적으로 손상되었음을 보여 건병증의 양측 특성에 대한 증거를 뒷받침했습니다. 우리는 또한 최근 삽입성 건병증이 있는 건선성 관절염 환자에서 UTC 분석이 증상이 편측적인 경우에도 양측 구조적 힘줄 변화를 감지할 수 있음을 발견했습니다26. 일관되게, 최근의 체계적 검토27은 UTC가 아킬레스건병증 환자에게도 예후 정보를 제공할 수 있다고 결론지었습니다: 에코 유형 I 및 II 비율의 감소는 임상 증상의 발생에 선행하고 예측할 수 있습니다. 다음 프로토콜의 목적은 UTC 접근 방식을 통해 아킬레스건을 평가하는 절차를 설명하는 것입니다.

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프로토콜

이 프로토콜은 토리노28 폴리테크닉의 연구 무결성 지침을 따릅니다. 초음파 영상 획득은 지역 윤리 위원회("Comitato Etico Interaziendale": 프로토콜 n. 0001612/30/12/2021)에서 승인한 연구 내에서 수행되었으며 조사 대상자는 서면 동의(연구 참여 및 익명 이미지 게시에 대해).

1. 시스템 준비

알림: 시스템은 네 가지 구성 요소로 구성됩니다( 재료 표 참조): 초음파 스캐너 소프트웨어가 있는 스마트 시스템; 분석 소프트웨어; 공칭 중심 주파수가 11MHz인 4cm 이미징 폭을 커버하는 다중 주파수(5-16MHz) 192요소 선형 어레이 변환기; 추적기: 프레임(사전 장착) 및 스탠드오프(사전 장착).

  1. 변환기 준비
    알림: 변환기는 프레임과 스탠드오프가 제자리에 장착된 가로 위치의 트래커에 장착해야 합니다(보충 그림 S1A).
    1. 트래커 아래에 있는 두 개의 금속 나사를 풀어 트래커에서 스탠드오프를 해제한 다음 스탠드오프의 윗면을 두꺼운 어쿠스틱 젤 층으로 덮습니다. 두 구성 요소를 다시 결합합니다.
    2. 변환기 스트랩의 검은색 나사 두 개와 변환기 홀더 베이스의 잠금 나사를 풉니다. 변환기를 변환기 홀더 베이스에 삽입하고 잠금 나사를 조입니다. 스트랩을 변환기의 목에 완전히 내리고 두 개의 나사를 조입니다.
    3. 변환기 홀더를 제자리에 고정하는 두 개의 검은색 나사를 제거하고 변환기 홀더의 높이를 조정하여 음향 젤과 접촉하여 프레임 및 스탠드오프에서 벗어나도록(반 밀리미터에서 1밀리미터까지) 움직입니다.
    4. 트래커(USB 케이블 포함)와 변환기를 모두 스마트 시스템에 연결합니다. 스마트 시스템의 전원 브릭을 연결합니다.
  2. 시스템 전원 켜기
    1. 손잡이에 파란색 표시등이 보일 때까지 장치의 왼쪽 상단 가장자리에 있는 전원 버튼을 눌러 스마트 시스템을 켭니다.
      알림: 신호음이 몇 번 들립니다.
    2. 바탕 화면에서 초음파 소프트웨어 아이콘을 figure-protocol-1 두 번 클릭한 다음 Smart System 도구 모음에서 초음파 화면을 최소화합니다.
    3. ON/OFF 버튼을 눌러 트래커를 켭니다.
      알림: 트래커와의 스마트 시스템 연결을 확인하는 두 번의 경고음이 들립니다. 이제 시스템이 데이터를 수집할 준비가 되었습니다.

2. 과목 준비

  1. 피험자에게 편안한 엎드린 자세로 누워 맨발을 테이블 끝에 매달아 놓도록 요청합니다.
  2. 뒷다리 원위 부분의 피부를 어쿠스틱 젤로 덮고 두꺼운 층을 형성하여 피부와 변환기 사이의 최적 접촉을 보장합니다.
  3. 피험자의 중족골두에 무릎을 밀어 피험자의 발목을 수동적으로 배측굴곡시킨다(최대 배측굴곡에 도달할 때까지)(보충 그림 S1B).

3. 이미지 획득

  1. 스마트 시스템에서 분석 소프트웨어 아이콘 figure-protocol-2을 두 번 클릭합니다. 상단 도구 모음에서 빨간색 버튼 figure-protocol-3 (획득)을 클릭합니다. 트래커 초기화 확인 메시지에서 확인을 클릭합니다.
  2. 획득 제어 창이 나타나면 START US 를 클릭하여 초음파 소프트웨어의 초음파 이미지를 표시합니다.
    참고: 다음 획득 사전 설정 설정을 사용하십시오: 침투 깊이 30mm, 초점 4개, 중앙 빔 초점 20mm. 측면 및 축 픽셀 크기를 0.0925926mm로 유지합니다. 획득하는 동안 스텝 크기(즉, 한 슬라이스와 다음 슬라이스 사이의 거리)를 0.2mm로 설정합니다.
  3. 획득 제어 창에서 ACQUISITION 을 클릭합니다. Press the Start-button on the tracker to start the acquisition 메시지가 나타나면 OK(확인)를 클릭합니다.
  4. 아킬레스건의 장축에 수직인 종골 부위에 추적기를 놓습니다.
    알림: 종골이 기준점 역할을 하는 뼈 랜드마크로 초음파 스캐너 화면에서 관찰되는지 확인하십시오.
  5. 트래커의 START 버튼을 눌러 획득을 시작합니다. Smart System의 초음파 스캐너 화면을 통해 전체 스캔 절차를 따릅니다.
    알림: 변환기는 원위부에서 근위부까지 힘줄의 길이에 걸쳐 추적기를 따라 자동으로 움직이기 시작합니다. 근위 위치에 도달하면 몇 초 동안 정지한 후 변환기는 힘줄의 가로 그레이 스케일 이미지를 캡처하는 원위 위치로 돌아갑니다(약 45초 동안 총 600개의 이미지에 대해 12cm에 걸쳐 0.2mm마다 하나의 이미지).
  6. 데이터 수집 주기가 끝나면 획득 제어 창에서 확인 을 클릭한 다음 EXIT를 클릭합니다.
  7. 분석 소프트웨어 메뉴에서 화면의 가로 단면(왼쪽 상단)을 클릭하여 화면을 새로 고치고 획득한 이미지를 표시합니다. FILE 드롭다운 메뉴에서 SAVE SCAN 줄을 사용하여 적절한 폴더에 이미지를 저장합니다.

4. 이미지 분석

참고: 획득한 이미지에 대한 분석을 시작하거나 드롭다운 메뉴에서 OPEN SCAN(스캔 열기)을 클릭하여 이전에 저장한 이미지를 엽니다. 파일을 여는 데 몇 초가 걸리고 이미지가 4개의 보기 모두에서 열리며 3차원 단층 촬영 시각화를 위해 스크롤할 수 있습니다(보충 그림 S2).

  1. 컨투어링
    1. 분석 소프트웨어에서 상단 도구 모음의 버튼을 클릭하여 figure-protocol-4 정성적 매개변수 세트에서 정량적 매개변수 세트로 전환합니다.
    2. 상단 도구 모음의 버튼을 클릭하여 figure-protocol-5 분석 매개변수를 설정하면 창이 열립니다.
    3. CUSTOMIZED 1에 플래그를 지정하고 샘플 창을 25로 설정하고 SAVE ALL SETTINGS 버튼을 클릭하여 저장합니다.
      참고: 샘플 창 25는 윤곽선을 그리는 데 이상적입니다.
    4. 창을 닫고 상단 도구 모음의 버튼을 클릭하여 figure-protocol-6 분석을 시작합니다.
    5. 상단 도구 모음의 을 눌러 figure-protocol-7 윤곽선 그리기/편집 모드를 선택하고 창에서 CONTOUR를 선택합니다(보충 그림 S3 및 보충 그림 S4). 종골의 가장자리에서 시작하여(시상면에서 스캔을 통해 미끄러짐으로써) 커서를 이동하고 일정한 간격으로 마우스를 클릭하여 가로 단면에서 힘줄을 둘러싼 윤곽을 그립니다.
    6. 25개의 이미지마다 윤곽을 그리고 시상 섹션에서 다음 위치로 이동하고 분석에서 초음파 모드로 전환합니다.
    7. 모든 윤곽선이 관심 영역 위에 놓이면 버튼을 다시 눌러 figure-protocol-8 창을 닫습니다.
    8. FILE 드롭다운 메뉴에서 SAVE CONTOUR 선을 클릭하여 등고선을 저장합니다.
  2. 통계
    1. 분석 소프트웨어에서 상단 도구 모음의 버튼을 figure-protocol-9 클릭하여 새 분석을 시작합니다.
      참고: figure-protocol-10 버튼은 일반 분석에 이상적인 샘플 창에 해당합니다.
    2. 상단 도구 모음의 버튼을 클릭하면 figure-protocol-11 통계 데이터가 포함된 그래프가 표시되면 창이 열립니다. CONTOUR 를 클릭하면 그려지고 보간된 모든 등고선의 통계 그래프(보충 그림 S5)가 표시됩니다.

5. 보고

알림: 이 프로그램에는 보고 기능이 있습니다. 보고할 데이터를 준비하려면 몇 가지 단계를 수행해야 합니다.

  1. 분석 소프트웨어에서 시상 단면에서 적절한 위치를 선택하고 상단 도구 모음의 STAR 버튼을 클릭하여 참조 이미지의 위치를 선택합니다.
  2. 상단 도구 모음의 버튼을 클릭하여 figure-protocol-12 이미지와 통계 데이터를 PDF 편집기로 가져옵니다. 보고서를 편집하고 환자 정보, 평가 날짜, 작업자, 선택한 참조 이미지 및 관련 섹션의 결과 해석을 입력합니다(보충 파일 1).

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결과

그림 1은 정상 아킬레스건의 대표적인 이미지를 보여줍니다. 힘줄 구조의 정성적 평가(종단 및 가로 스캔 모두에서)는 균질한 에코 발생을 보여주었고 힘줄 크기의 정량적 평가(두께 측정 대상은 가로 보기에서 힘줄의 가장 두꺼운 부분에 해당하는 위치 #2에서 수행됨)는 정상 두께(4mm)를 기록했습니다.

UTC 분석은 힘줄의 정상적인 구조를 보고했습니다: 그림 1 의 하단 패널은 세 가지 대표적인 위치(근위부: #1, 중앙: #2, 원위부: #3)에서 녹색 픽셀(에코 유형 I에 해당)의 높은 범위를 보여줍니다.

그림 2는 병리학적 아킬레스건의 대표적인 이미지를 보여줍니다. 힘줄 구조의 정성적 평가(종방향 및 가로 스캔...

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토론

이 기사에 제시된 절차는 이전에 개발되었고13,14 건강한 힘줄과 병리학적 힘줄 14,15,16,17,18 모두에서 검증된 상업적으로 이용 가능한 솔루션을 통해 아킬레스건의 크기와 구조를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 이 솔루션은 휴대가 간편하고 상대적으로 저렴하고 방사선이 없기 때문에 후속 스캔에 사용해도 안전하다는 몇 가지 장점을 제공합니다. 예를 들어, 스캔 중 조사 대상의 움직임이 있거나 피부와 변환기 사이의 접촉이 불량하여 잔향 아티팩트가 발생할 수 있는 경우 이미...

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공개 사항

저자는 잠재적인 이해 상충이 없음을 선언합니다.

감사의 글

저자는 원고의 최종 버전에 대한 비판적 검토에 대해 Hans van Schie에게 감사를 표합니다. 이 연구는 토리노 대학교(Fondo per la Ricerca Locale - ex-60%)의 지원을 받았으며 PRIN 2022 프로그램 내에서 유럽 연합 - 차세대 EU가 자금을 지원하는 "정량적 이미징 혈관 조절 장애 및 종양(AI-VASCUES)" 프로젝트 내에서 수행되었습니다. 이 원고는 저자의 견해와 의견만을 반영한 것이며 교육부는 이에 대해 책임을 지는 것으로 간주될 수 없습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
5 & ndash; 16 MHz 선형 배열 프로브 테라손16L5원고에 나타난 "트랜스듀서"
uSmart 3200T 초음파 스캐너테라손테라손 TAB3원고에 나타난 "스마트 시스템"
UTC 소프트웨어UTC 영상버전 1.0.0원고 내 "분석 소프트웨어"
UTC 트래커UTC 영상원고 속 "추적자"

참고문헌

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