Re: frozen back 흉요건막 두꺼워짐!! 초음파 진단

[문형철]

Diagnostics (Basel)

. 2023 Apr 16;13(8):1436. doi: 10.3390/diagnostics13081436

Ultrasound Imaging of Thoracolumbar Fascia Thickness: Chronic Non-Specific Lower Back Pain versus Healthy Subjects; A Sign of a “Frozen Back”?

Carmelo Pirri 1,*, Nina Pirri 2, Diego Guidolin 1, Veronica Macchi 1, Andrea Porzionato 1, Raffaele De Caro 1, Carla Stecco 1

Editor: Evangelos Terpos

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PMCID: PMC10137552  PMID: 37189537

Abstract

The thoracolumbar fascia (TLF) plays an important role in lower back pain (LBP). Recent studies have revealed an association between increases in TLF thickness and reduced TLF gliding in patients with LBP. The purpose of this study was to measure and compare by ultrasound (US) imaging the thickness of the TLF at the bilateral L3 level of the lumbar spine in the longitudinal and transverse axes in chronic non-specific LBP and in healthy subjects. A cross-sectional study was performed using US imaging to measure the longitudinal and transverse axes with a new protocol in a sample of 92 subjects: 46 chronic non-specific LBP patients and 46 healthy participants. The findings for TLF thickness revealed statistically significant differences (p < 0.05) in the longitudinal and transverse axes between the two groups. Moreover, in the healthy group, a statistically significant difference was found between the longitudinal and transverse axes (p = 0.001 for left and p = 0.02 for right), which was not evident in the LBP patients. These findings suggest that the LBP patients lost anisotropy of the TLF, with it becoming homogeneously thicker and losing adaptability in the transversal direction. The US imaging eval‎uation suggests that TLF thickness behavior points out altered fascial remodelling compared to healthy subjects, a sort of “frozen back”.

요약

흉요추 근막(TLF)은 요통(LBP)에 중요한 역할을 합니다.

최근 연구에서는

요통 환자의 TLF 두께 증가와 TLF 미끄러짐 감소 사이에

연관성이 있는 것으로 밝혀졌습니다.

TLF thickness and reduced TLF gliding in patients with LBP

이 연구의 목적은

만성 비특이적 요통 환자와 건강한 대조군에서

요추 척추의 양측 L3 수준에서 초음파(US) 영상으로 TLF의 두께를 측정한 후

종축과 횡축에서 비교하는 것이었습니다.

92명의 대상자(만성 비특이적 요통 환자 46명, 건강한 참가자 46명)를 대상으로

새로운 프로토콜을 사용한 초음파 영상으로

종축과 횡축을 측정하는 단면 연구가 수행되었습니다.

TLF 두께에 대한 결과는

두그룹 간 종축 및 횡축에서 통계적으로 유의미한 차이(p < 0.05)를 보여주었습니다.

또한, 건강한 그룹에서는

종방향 및 횡방향 축 간 통계적으로 유의미한 차이가 발견되었습니다(p = 0.001, 좌측; p = 0.02, 우측),

이는 요통 환자에서는 명확히 관찰되지 않았습니다.

이러한 결과는

요통 환자가 TLF의 이방성을 상실했으며,

횡방향으로 균일하게 두꺼워지고

적응력을 잃은 것을 시사합니다.

초음파 영상 평가 결과,

TLF 두께 변화는 건강한 대상군과 비교해

근막 재모델링의 변화를 나타내며,

일종의 ‘동결된 등’ “frozen back”현상을 보여줍니다.

Keywords: fascia, thoracolumbar fascia, ultrasound examination, thickness, low back pain

1. Introduction

Lower back pain (LBP) has received much attention in recent years due to substantial personal and social burden, high disability, and high healthcare expenditure [1,2]. It is one the most common health problems and has a preval‎ence of 60–85% in the adult population [3,4,5], and the trend has been increasing over the last 20 twenty years [6]. It is known as pain or stiffness in the area between the 12th costal margin and the inferior gluteal folds, sometimes accompanied by the presence of pain in the lower extremities [6]. LBP can be classified as non-specific or mechanical LBP [5]. The first one is defined as back pain of unknown disease; the second one is caused by the pathology of spine, intervertebral discs, and some surrounding soft tissues. Moreover, LBP can be categorized based on the duration of pain. Acute LBP is defined when the pain lasts less than 6 weeks, subacute from 6 weeks up to 3 months, and chronic when it persists for longer than 3 months or is recurring LBP [7].

Different etiologies have been proposed for LBP. Numerous papers have established that LBP is attributed to dysfunction of neuro-musculoskeletal system tissues (e.g., nerve roots, muscles, intervertebral discs, and spinal joints), which can determine and contribute to LBP either individually or collectively [8,9,10,11]. Furthermore, much research in recent years has focused on the role of connective tissue, in particular, the thoracolumbar fascia (TLF) [12,13,14,15].

The TLF is one of the main contributors to the rise of non-specific LBP due to it having a lot of free and capsulate nerve endings, including the Pacini’s and Ruffini’s corpuscles that are present within it [16,17,18]. These structures are tightly connected and embedded in the surrounding fibers of collagen, elastin, and the extracellular matrix (ECM) which fascia is made of. The TLF contains layers of loose and dense connective tissue that independently move across each other to facilitate spine movement [19].

The scientific literature suggests that the pathophysiological mechanism is that TLF inflammation and movement disorders caused by LBP lead to increased stiffness and decreased flexibility of the TLF and consequently limitation of movement in chronic LBP [13,20]. Along these lines, LBP may be a consequence of fibrosis or densification of the fascial layers [13,20].

Ultrasound (US) imaging is a conservative, portable, non-invasive tool that, being able to visualize the fascial layers [21], has become important in TLF examination [22]. The increase in TLF thickness is a debated parameter to be eval‎uated during the US examination of TLF. Few researchers have addressed the problem of US TLF thickness eval‎uation. Langevin et al. [14] showed an increase in perimuscular connective tissue thickness among LBP patients, while Almazán-Polo et al. [23] reported no differences between athletes with and without chronic lumbopelvic pain. For this reason, the purpose of this cross-sectional study was to investigate the difference in TLF thickness at the L3 level of the spine, at a point where the best visibility of the structure is possible, among chronic non-specific LBP patients and a healthy control group. Therefore, we aimed to find out an ultrasonographic parameter or difference that can quantify the TLF’s involvement in chronic non-specific LBP patients.

1. 서론

요통(LBP)은

개인적 및 사회적 부담, 높은 장애율, 높은 의료 비용으로 인해

최근 많은 관심을 받고 있습니다 [1,2].

이는 가장 흔한 건강 문제 중 하나로

성인 인구에서 60–85%의 유병률을 보이며 [3,4,5],

지난 20년간 증가 추세를 보이고 있습니다 [6].

이는 12번째 늑골 가장자리와 하부 엉덩이 주름 사이의 부위에서 통증이나 경직으로 나타납니다.

때로는 하체 통증이 동반될 수 있습니다 [6].

 It is known as pain or stiffness in the area between the 12th costal margin and the inferior gluteal folds, sometimes accompanied by the presence of pain in the lower extremities

LBP는

비특이적 또는 기계적 LBP로 분류될 수 있습니다 [5].

non-specific or

mechanical LBP

전자는 원인이 명확하지 않은 요통을 의미하며,

후자는 척추, 추간판, 주변 연부 조직의 병리적 변화로 인해 발생합니다.

또한 요통은

통증의 지속 기간에 따라 분류될 수 있습니다.

급성 요통은 통증이 6주 미만 지속될 때,

아급성 요통은 6주에서 3개월까지,

만성 요통은 3개월 이상 지속되거나 재발하는 요통을 의미합니다 [7].

LBP의 원인은 다양하게 제안되어 왔습니다.

많은 연구에서 LBP는

신경근골격계 조직(예: 신경근, 근육, 추간판, 척추 관절)의 기능 장애에 기인하며,

이는 단독으로 또는 복합적으로 LBP를 유발하거나 기여할 수 있다는 것이

확립되었습니다 [8,9,10,11].

최근 연구에서는 특히 결합 조직,

특히 흉요추 근막(TLF) [12,13,14,15]에 초점을 맞추고 있습니다.

TLF는

파치니와 루피니 소체와 같은

많은 free and capsulate nerve endings이 포함되어 있어

비특이적 LBP의 증가에 주요 기여 요인 중 하나입니다 [16,17,18].

a lot of free and capsulate nerve endings,

including the Pacini’s and Ruffini’s corpuscles

이 구조들은

콜라겐, 엘라스틴, 세포외 기질(ECM)로 구성된

주변 섬유에 밀접하게 연결되어 있습니다.

TLF는 서로 독립적으로 움직여 척추 운동을 촉진하는

느슨한 및 밀집된 결합 조직 층을 포함합니다 [19].

과학 문헌은

TLF의 염증과 요통(LBP)으로 인한 운동 장애가

TLF의 경직 증가와 유연성 감소로 이어지며,

이는 만성 요통에서 운동 제한을 초래한다는 병리생리학적 메커니즘을 제시합니다 [13,20].

이와 일치하게,

요통은 근막 층의 섬유화 또는 밀도 증가의 결과일 수 있습니다 [13,20].

초음파(US) 영상은

보존적, 휴대 가능, 비침습적 도구로,

근막 층을 시각화할 수 있어 [21]

TLF 검사에서 중요한 역할을 하게 되었습니다 [22].

TLF 두께의 증가는

US 검사를 통해 평가해야 할 논쟁의 여지가 있는 매개변수입니다.

TLF 두께 평가 문제를 다룬 연구는

드뭅니다.

Langevin 등 [14]은

요통 환자에서 근육 주변 결합 조직 두께의 증가를 보여주었으며,

Almazán-Polo 등 [23]은 만성 요추부 통증이 있는 운동선수와 없는 운동선수 사이에서 차이를 보고하지 않았습니다.

이 때문에 본 횡단면 연구의 목적은

만성 비특이적 요통 환자군과 건강한 대조군에서

척추 L3 수준에서 구조의 가시성이 가장 좋은 지점에서

TLF 두께의 차이를 조사하는 것이었습니다.

따라서

만성 비특이적 요통 환자에서 TLF의 관여를 정량화할 수 있는 초음파학적 매개변수 또는

차이를 확인하는 것을 목표로 했습니다.

2. Materials and Methods

2.1. Study Design

A cross-sectional study based on the Strengthening the Reporting of Observational Studies in Epidemiology (STROBE) statement was conducted [24] in order to compare the US thicknesses of thoracolumbar fascia in the L3 level of the back among lower back pain patients and healthy volunteers. The Helsinki Declaration and human experimentation rules [25] were considered and the Ethics Committee of the University of Padua approved the research. All of the participants were informed prior to inclusion in the project by being provided with a written consent form.

2.2. Participants

A total sample of 92 subjects was recruited and divided into two groups: “group 1” comprised 46 subjects with chronic non-specific LBP and “group 2” comprised 46 healthy subjects, from March 2020 to July 2022. Based on the following criteria, the inclusion criteria for group 1 participation consisted of some parameters: patients with non-specific LBP (an evolution > 3 months of LBP) with a history of at least one episode per year of recurrent pain in the past two years and a minimum score of 3 on the visual analogue scale (VAS) [26,27]. Moreover, the latter was measured before US imaging. The inclusion criteria for group 2 were no history of LBP and any limiting pain in daily activities. The exclusion criteria for both groups included a history of spine and lower extremities surgery, spinal deformities, severe pain in the lower back, a history of fracture of the spine and lower extremities, fibromyalgia, balance disorders, and systemic disease such as rheumatological conditions, diabetes, etc. The healthy volunteers in group 2 were matched with the non-specific LBP subjects in terms of age, sex, and BMI. The participants underwent a US examination to assess their US TLF thickness. The enrollment of the subjects was performed by a specialized medical doctor with more than 5 years of experience in physical and rehabilitation medicine.

2. 재료 및 방법2.1. 연구 설계

역학 관찰 연구 보고 강화 지침(STROBE)에 기반한 횡단면 연구가 수행되었습니다[24]. 이는 요통 환자 및 건강한 자원자에서 등 L3 수준에서의 흉요추 근막 초음파 두께를 비교하기 위해 진행되었습니다. 헬싱키 선언 및 인간 실험 규칙[25]을 준수했으며, 파두아 대학교 윤리위원회가 연구를 승인했습니다. 모든 참가자는 프로젝트 참여 전에 서면 동의서를 제공받아 사전 동의를 받았습니다.

2.2. 참가자

2020년 3월부터 2022년 7월까지 총 92명의 참가자가 모집되어 두 그룹으로 나누어졌습니다: “그룹 1”은 만성 비특이적 요통을 가진 46명의 참가자로 구성되었고, “그룹 2”는 건강한 46명의 참가자로 구성되었습니다. 그룹 1의 참여 기준은 다음과 같은 기준에 따라 일부 파라미터를 포함했습니다:

비특이적 요통(요통의 지속 기간 > 3개월)을 가진 환자 중

지난 2년간 연간 최소 1회 이상의 재발성 통증 이력이 있으며,

시각적 유사 척도(VAS)에서 최소 3점을 기록한 경우 [26,27].

또한, 후자는 초음파 영상 검사 전에 측정되었습니다.

그룹 2의 포함 기준은 요통 병력이 없으며

일상 활동에 제한을 주는 통증이 있는 환자였습니다.

두 그룹의 배제 기준에는 척추 및 하체 수술 이력, 척추 변형, 심한 요통, 척추 및 하체 골절 이력, 섬유근육통, 균형 장애, 류마티스 질환, 당뇨병 등 전신 질환이 포함되었습니다. 그룹 2의 건강한 대조군은 비특이적 요통 환자와 연령, 성별, 체질량 지수(BMI) 측면에서 매칭되었습니다.

참가자들은 초음파 검사를 통해 초음파 TLF 두께를 평가받았습니다. 대상자 등록은 물리치료 및 재활 의학 분야에서 5년 이상의 경험을 가진 전문 의료진에 의해 수행되었습니다.

2.3. Ultrasound Examination Measurements

Using a high-resolution device (Edge II, Sonosite, FUJIFILM, Inc. 21919, Bothell, WA, USA) with a frequency range of 6–15 MHz and a screen resolution of 1680 × 1050 pixels, US images were taken at the L3 level of the lumbar spine with a specific US scan protocol. A physician specialist in physical and rehabilitation medicine with 7 years of experience in skeletal muscle US examination and US examination of fasciae carried out the US assessments. A standardized protocol was created and used to assess the TLF for bilateral eval‎uation. The US system speed of ultrasound was c = 1540 m/s, conventionally used in diagnostic US systems. The US was set to B-mode and depicted a depth of 30 mm. For adequate scans and to reduce surface pressure on the skin, the ultrasonographer used suitable amounts of gel. The probe was placed on the skin as lightly as possible to avoid tissue compression, but it was quite stable to maintain adequate contact between the probe and the skin for consistent images. To eliminate the influence of possible thickness variations, three equidistant points per image for TLF were measured and the resulting values were averaged for analysis. The ultrasonographer followed the same protocol to ensure that each point of the TLF was quantified in the same way. The US beam was kept perpendicular to the TLF because anisotropy artifacts typically affect them. The power and overall gain of the US machine were adjusted to optimize visualization of the fascial planes and t obtain the best scans possible. The US images were frozen and captured.

고해상도 장치(Edge II, Sonosite, FUJIFILM, Inc. 21919, Bothell, WA, USA)를 사용해 주파수 범위 6–15 MHz 및 화면 해상도 1680 × 1050 픽셀로 요추 L3 수준에서 특정 초음파 검사 프로토콜에 따라 초음파 이미지를 촬영했습니다. 골격근 초음파 검사 및 근막 초음파 검사 경험이 7년인 물리치료 및 재활의학 전문의가 초음파 평가를 수행했습니다. 양측 평가를 위한 표준화된 프로토콜이 작성되어 TLF 평가에 적용되었습니다. 초음파 시스템의 초음파 속도는 진단용 초음파 시스템에서 일반적으로 사용되는 c = 1540 m/s였습니다.

초음파는

B-모드로 설정되었으며

30mm의 깊이를 표시했습니다.

적절한 스캔을 위해 피부 표면 압력을 줄이기 위해 초음파 검사자는 적절한 양의 젤을 사용했습니다. 프로브는 조직 압박을 피하기 위해 피부에 가볍게 접촉시켰지만, 일관된 이미지를 위해 프로브와 피부 사이의 적절한 접촉을 유지하기 위해 충분히 안정적으로 고정되었습니다. 두께 변동의 영향을 제거하기 위해 각 이미지당 TLF의 세 개의 등간격 지점을 측정하고, 결과 값을 평균화하여 분석에 사용했습니다. 초음파 검사자는 각 TLF 지점이 동일한 방식으로 정량화되도록 동일한 프로토콜을 준수했습니다.

초음파 빔은

TLF에 수직으로 유지되었습니다.

이는 이방성 아티팩트가 일반적으로 TLF에 영향을 미치기 때문입니다.

초음파 기기의 출력과 전체 이득은

근막 평면의 시각화를 최적화하고 가능한 최상의 스캔을 얻기 위해 조정되었습니다.

초음파 이미지는 동결되어 캡처되었습니다.

The ultrasonographer used the short axis beforehand, because it is the best axis to visualize and follow the landmarks correlated with the fascial layers’ visualization imaging used by Pirri et al. [25]; then, the probe was rotated 180° degrees to view at the same point in the longitudinal scan. A specific protocol was defined:

The L3 level of the lumbar spine: The patient was relaxed in the prone position and the US transducer was placed parallel to the spine, approximately 2–3 cm lateral to the L3 spinous process (Figure 1). The scans were taken on the short and long axis, rotating the transducer 180° degrees, paying close attention to maintaining the same structure in the center of the US monitoring image, and keeping the probe perpendicular.

초음파 검사자는 Pirri 등 [25]이 근막 층 시각화 이미징에 사용한 랜드마크와 연관된 구조물을 시각화하고 추적하는 데 가장 적합한 축이기 때문에 먼저 단축축을 사용했습니다. 그 다음 프로브를 180° 회전시켜 종축 스캔에서 동일한 점을 관찰했습니다. 특정 프로토콜이 정의되었습니다:

요추 L3 수준: 

환자는 엎드린 자세로 이완되었으며,

초음파 트랜스듀서는 척추와 평행하게 배치되었고,

L3 척추돌기에서 약 2–3cm 옆에 위치했습니다 (그림 1).

단축축과 장축축에서 스캔을 수행했으며,

트랜스듀서를 180° 회전시켰습니다.

초음파 모니터링 이미지 중앙에 동일한 구조를 유지하도록 주의했으며,

프로브를 수직으로 유지했습니다.

Figure 1.

(A) 요추 L3 수준에서의 TLF 두께 초음파 측정 프로토콜. 가로축에서 장축으로 이동하며 프로브를 90° 회전합니다. 프로브: 검은색 사각형. (B) 가로축/단축; (C) 종축/장축. 빨간색 사각형: TLF 두께.

(A) Ultrasound measurements protocol of TLF thickness at the L3 level of the lumbar spine. Starting from the transversal axis to the long axis and rotating the probe 90° degree. Probe: black rectangle. (B) Transversal/short axis; (C) longitudinal/long axis. Red rectangle: TLF thickness.

All images for each axis were frozen and captured at the end of each assessment, and fascial thickness was measured by Image J analysis software (available online: https://imagej.nih.gov/ij/, access on 11 March 2023). Each image was divided into three regions; in each of them, three points representing the best visibility were measured and averaged. To eliminate the influence of possible thickness variations, three equidistant points for the image were measured, and the resulting values were averaged for analysis. The scanner settings were kept constant during the study.

각 축의 모든 이미지는 각 평가 종료 시 동결 및 캡처되었으며, 근막 두께는 Image J 분석 소프트웨어를 사용하여 측정되었습니다. (온라인에서 이용 가능: https://imagej.nih.gov/ij/, 2023년 3월 11일 접속). 각 이미지는 세 구역으로 나누어졌으며, 각 구역에서 가장 잘 보이는 세 점을 측정하고 평균을 구했습니다. 두께 변동의 영향을 제거하기 위해 이미지의 세 등거리 점을 측정하고, 결과 값을 평균화하여 분석에 사용했습니다. 스캐너 설정은 연구 기간 동안 일관되게 유지되었습니다.

2.4. Statistical Analysis

Statistical analysis was performed using GraphPad PRISM 8.4.2 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA), and p < 0.05 was always considered as the limit for statistical significance. The resulting effect size was calculated by G Power 3.1 (Universität Düsseldorf: Psychologie) and interpreted according to Cohen’s kappa as small (d = 0.20), medium (d = 0.50), and large (d = 0.80) [28]. For TLF thickness, the effect size was d = 0.57 in our pilot study, as confirmed by another study [29], α error prob = 0.05, power: 1-β err prob = 0.85, and the total sample size was = 90 [28]. Nevertheless, we could include a sample of 92 individuals in our group.

The normality assessment was carried out using the Kolmogorov–Smirnov test. Descriptive statistics were calculated for both groups separately, including measures of central tendency and their dispersion ranges using the mean and standard deviation (SD) to describe parametric data. Finally, a comparative analysis between the chronic non-specific LBP patients group and the healthy volunteers group was performed using an unpaired Student’s t-test. The differences in the US-estimated thickness across the different types of axes were statistically analyzed by a paired Student’s t-test. In addition, the Pearson’s test was employed for both groups to eval‎uate the correlation between BMI, weight, height, age, and TLF thickness.

Moreover, a two-way mixed model intra-class correlation coefficient (ICC 3, k) type C was used to assess the intra-rater reliability. The ICC values were interpreted as poor when below 0.5, moderate when between 0.5 and 0.75, good when between 0.75 and 0.90, and excellent when above 0.90 [29].

3. Results

A total of 92 subjects (47 females and 45 males) participated in this study. The descriptive data of the sample are summarized in Table 1. No differences were present for BMI, height, weight, and age, showing homogeneity among the groups. Group 1 reported a visual analogue scale (VAS) of 6.8 ± 0.74.

Table 1.

Descriptive data of the samples.

DataGroup 1Group 2p-Value Group 1 vs. Group 2

Age, y Weight, kg Height, cm BMI, Kg/cm2

28.96 ± 10.54 66.22 ± 6.1 168.3 ± 4.83 23.37 ± 5.22

27.09 ± 12.38 70.60 ± 12.20 171.30 ± 6.76 24.03 ± 6.1

p = 0.14 p = 0.45 p = 0.55 p = 0.6

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Mean ± standard deviation (SD) was applied.

3.1. Ultrasound Measurements of the Thoracolumbar Fascia3.1.1. Group 1 (Chronic Non-Specific LBP Patients)

Regarding Table 2, at the L3 level of the spine, the TLF in the chronic non-specific LBP patients had a mean US thickness of 2.11 ± 0.65 mm (Table 2).

Table 2.

Ultrasound thickness measurements of the thoracolumbar fascia at the L3 level of the lumbar spine in chronic non-specific LBP patients. Abbreviations: long. = longitudinal scan; trans. = transversal scan.

Descriptive StatisticsRight (long.)Right (trans.)Left (long.)Left (trans.)

Number of values	46	46	46	46
Minimum	0.9	1.2	1.1	1.33
Maximum	5.32	4	3.9	3.8
Mean	2.088	1.948	2.268	2.129
Std. deviation	0.7704	0.6273	0.631	0.6188
Std. error of the mean	0.1136	0.09249	0.09304	0.09124
Coefficient of variation	36.89%	32.2%	27.82%	29.06%

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Moreover, the left longitudinal axis thickness was statistically significantly greater than the right longitudinal axis thickness (p = 0.038); the same was the case for the left transversal axis vs. the right transversal axis (p = 0.002) (Figure 2).

Figure 2.

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Ultrasound thickness measurements of the TLF in the chronic non-specific LBP patients (Group 1). Long.: longitudinal axis; transv.: transverse axis.

3.1.2. Group 2 (Healthy Volunteers)

In the healthy volunteers, the TFL thickness at the L3 level of the spine was 1.75 ± 0.85 mm (Table 3).

Table 3.

Ultrasound thickness measurements of the thoracolumbar fascia at the L3 level of the lumbar spine in the healthy volunteers.

Descriptive StatisticsRight (long.)Right (transv.)Left (long.)Left (transv.)

Number of values	46	46	46	46
Minimum	1.01	1.1	1.1	1.1
Maximum	3.9	2.52	4.6	2.84
Mean	1.75	1.6	1.96	1.7
Std. deviation	0.71	0.4	0.81	0.51
Std. error of the mean	0.11	0.1	0.12	0.1
Coefficient of variation	40.43%	24.27%	41.28%	30.28%

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Abbreviations: long. = longitudinal scan; trans. = transverse scan.

Moreover, the left longitudinal axis thickness was statistically significantly greater than right longitudinal axis thickness (p < 0.0001), while no statistically significant difference was present in the left transverse axis vs. the right transverse axis (p = 0.179) (Figure 3).

Figure 3.

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Ultrasound thickness measurements of the TLF in the healthy volunteers (Group 2). Long.: longitudinal axis; transv.: transverse axis.

3.2. Ultrasound Measurements of the Thoracolumbar Fascia: Comparison between Group 1 and Group 2

The comparison between the different scans (long. and transv.) between group 1 and group 2 showed a statistically significant difference in the US TLF thickness (Table 4). These differences were present not only for both the longitudinal axis and the transverse axis, but also for both the right and left sides.

Table 4.

Ultrasound measurements comparison between group 1 and group 2. Only statistically significant differences are reported.

Type of ComparisonMean Diff.tp-Value

Group 1 Right (long.) vs. Group 2 Right (long.) Group 1 Right (transv.) vs. Group 2 Right (transv.) Group 1 Left (long.) vs. Group 2 Left (long.) Group 1 Left (transv.) vs. Group 2 Left (transv.)

0.3333 0.3450 0.3059 0.4587

2.019 3.085 2.117 3.887

p < 0.05 p = 0.03 p = 0.03 p = 0.0003

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3.3. Ultrasound Measurements of the Thoracolumbar Fascia Thickness: Comparison between Group 1 and Group 2 for Both the Longitudinal Axis and the Transverse Axis

According to the paired Student’s t-test (Table 5), the comparison between the different axes in the US examination of the TLF thickness within each group showed a statistically significant difference between the longitudinal and the transverse axes in group 2 for both sides (Group 2 Left long. vs. Group 2 Left transv.: p = 0.001; Group 2 Right long. vs. Group 2 Right transv.: p = 0.02) (Table 4). Moreover, in group 2, the TLF had a greater thickness in the longitudinal axis than in the transverse axis (Table 3).

3.3. 흉요추 근막 두께의 초음파 측정: 그룹 1과 그룹 2 간의 종축 및 횡축 비교

쌍측 Student의 t-검정(표 5)에 따르면,

각 그룹 내 TLF 두께의 초음파 검사에서 서로 다른 축 간의 비교 결과,

그룹 2의 양측 모두에서 종축과 횡축 사이에 통계적으로 유의미한 차이가 관찰되었습니다(그룹 2 좌측 종축 vs. 그룹 2 우측 종축: p = 0.001; 그룹 2 좌측 횡축 vs. 그룹 2 우측 종축: p = 0.02; 그룹 2 좌측 횡축 vs. 그룹 2 우측 종축: p = 0 vs. 그룹 2 좌측 횡: p = 0.001; 그룹 2 우측 장 vs. 그룹 2 우측 횡: p = 0.02) (표 4).

또한 그룹 2에서 TLF는 종축에서 횡축보다 두께가 더 컸습니다(표 3).

Table 5.

Ultrasound measurements comparison between th edifferent axes in the US examination of the TLF thickness within each group. Bold: statistically significant differences.

Type of ComparisonMean Diff.tp-Value

Group 1 Left (long.) vs. Group 1 Left (transv.) Group 1 Right (long.) vs. Group 1 Right (transv.) Group 2 Left (long.) vs. Group 2 Left (transv.) Group 2 Right (long.) vs. Group 2 Right (transv.)

−0.1391 −0.1497 0.2920 0.1524

1.922 1.941 3.306 2.347

p = 0.06 p = 0.08 p = 0.001 p = 0.02

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Regarding group, 1 no statistically significant difference was shown (Table 4, Figure 2).

3.4. Correlation Ultrasound Measurements and Descriptive Data

According to the correlation analysis, there was a statistically significant correlation between VAS and US TLF thickness in the right transverse axis for group 1 (r = 0.2920; p = 0.049).

3.5. Intra-Rater Reliability

In addition, the intra-rater reliability was reported as good and excellent. The results for the longitudinal TLF were: left longitudinal (group 1: ICC3,k: 0.91; 0.88–0.94—group 2: ICC3,k: 0.92; 0.88–0.96) and right longitudinal (group 1: ICC3,k: 0.92; 0.88–0.96—group 2: ICC3,k: 0.92; 0.88–0.96). In the transverse TLF: left (group 1: ICC3,k: 0.88; 0.85–0.90—group 2: ICC3,k: 0.88; 0.85–0.90) and right (group 1: ICC3,k: 0.88; 0.85–0.90—group 2: ICC3,k: 0.88; 0.85–0.90) (Table 6).

Table 6.

Intra-rater reliability of the ultrasound TLF measurements within the different axes of group 1 and group 2.

Type of AxisICC

Group 1 Left (long.) Group 1 Left (transv.) Group 1 Right (long.) Group 1 Right (transv.) Group 2 Left (long.) Group 2 Left (transv.) Group 2 Right (long.) Group 2 Right (transv.)

0.91 (0.88–0.94) 0.88 (0.85–0.90) 0.92 (0.88–0.96) 0.88 (0.85–0.90) 0.92 (0.88–0.96) 0.88 (0.85–0.90) 0.92 (0.88–0.96) 0.88 (0.85–0.90)

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4. Discussion

Based on our current knowledge, this study may be stated as the first study detailing the TLF thickness at the L3 level of the lumbar spine in chronic non-specific LBP patients compared with healthy volunteers. As has been reported by other studies examining the TLF, the TLF was easily visualized in the longitudinal and transverse axes, appearing with multilayer, linear, and hyperechogenic layers below the subcutaneous tissue [30,31].

The study’s primary aim was to investigate the difference in the TLF thickness at the L3 level of the lumbar spine in chronic non-specific LBP patients compared with healthy volunteers. An analysis of our results on the TLF thickness showed that in group 1, at the longitudinal and transverse axes, it was thicker (long. = 2.20 ± 0.8 mm; transv.: 2.10 ± 0.61 mm) (Table 2) than group 2 (long. = 1.90 ± 0.8 mm; transv.: 1.65 ± 0.45 mm) (Table 3), showing statistical differences (Table 4, Figure 4).

4. 논의

현재의 지식에 따르면, 이 연구는 만성 비특이적 요통 환자의 요추 L3 수준에서 TLF 두께를 건강한 대조군과 비교하여 상세히 기술한 첫 번째 연구로 볼 수 있습니다. 다른 연구에서 TLF를 조사한 결과와 마찬가지로, TLF는 종축 및 횡축에서 쉽게 관찰되었으며, 피하 조직 아래에 다층적, 선형적, 고에코성 층으로 나타났습니다 [30,31].

본 연구의 주요 목적은 만성 비특이적 요통 환자와 건강한 대조군을 비교하여 요추부 L3 수준에서의 TLF 두께 차이를 조사하는 것이었습니다.

TLF 두께에 대한 우리 연구 결과 분석 결과,

그룹 1(통증환자)에서 종축 및 횡축에서 두께가 더 두꺼웠습니다(종축 = 2.20 ± 0.8 mm; 횡축: 2.10 ± 0.61 mm) (표 2)

그룹 2(정상인)(종축 = 1.90 ± 0.8 mm; 횡축: 1.65 ± 0.45 mm) (표 3)보다 두꺼웠으며,

통계적으로 유의미한 차이를 보였습니다 (표 4, 그림 4).

Ultrasound images of the TLF thickness: (A) Group 1: transverse axis; (B) Group 1: longitudinal axis; (C) Group 2: transverse axis; (D) Group 2: longitudinal axis. Red square: TLF.

In light of these findings, the TLF tends to be thicker in the chronic non-specific LBP patients. It remodeled over time in response to repetitive stresses created by pre-existing altered movement patterns due to repetitive motion, habitual posture, and sports [13]. Moreover, the TLF playing an important role in myofascial force transmission [14] can easily change in terms of stiffness and movement impairment, remodelling itself in debilitated tissue that is densified and fibrotic. These results have confirmed, as has been demonstrated by other studies [13,14,15], that in chronic LBP, microinjury and/or inflammation influence nociceptor activation and body movement patterns through a series of interrelated mechanisms that also include aberrant afferent input and maladaptive tissue remodelling [32].

In addition, statistically significant differences in the TLF thickness were evident between the longitudinal and transverse axes within group 2 for both sides (Group 2 Left long. vs. Group 2 Left transv.: p = 0.001; Group 2 Right long. vs. Group 2 Right transv.: p = 0.02) (Table 4). Pirri et al. [27] showed that expertise in US imaging and identifying anatomical landmarks from a fascial point of view is fundamental, as is the position of the probe and the type of axis; for this reason, we decided to create this protocol for the TLF. Indeed, the latter has a specific basal tension in physiological conditions which lets it perceive the contraction of the underlying muscles due to local mechanoreceptors. This effect permits us to perceive the lateral transmission of force. An alteration to the viscoelastic features of the TLF, which is anatomically in contiguity with it, can modify the field lines of traction within the fascial tissue, creating an alteration in its basal tension. Possibly, we hypothesize that these differences between the longitudinal and transverse axes are evident in healthy volunteers due to normal fascial adaptation to the lateral transmission of force, while in chronic non-specific LBP patients, fascial remodelling creates a situation of blockage of the normal movement with a decrease in fascial adaptation, maintaining the same thickness in the two axes.

Moreover, these findings extend those about the anisotropic behavior of fasciae [33], confirm‎ing how a healthy TLF has a good adaptive capacity that is different in multiple directions of movement [34]. According to our data, the patients with chronic non-specific LBP lost TLF anisotropy, with it becoming homogeneously thicker. The aponeurotic fasciae, as with the TLF, are usually more rigid in the longitudinal direction, working as a tendon, connecting different body segments and different muscles, and being more adaptable in the transversal direction [34]. This behavior allows the adaptability of the fasciae to the volume variation of the underlying muscles. In our patients, the US eval‎uation suggests that the TLF lost this anisotropic behavior, with it becoming thicker and rigid in both directions, a sort of “frozen back”.

Myofascial pathways of force have been observed at various levels including between adjacent fibers [35]. The use of advanced magnetization transfer contrast imaging (MRI) has demonstrated the effect of aging but also the effect of disuse on the remodelling of the extracellular matrix by force transmission in the human musculoskeletal system [36]. Indeed, in chronic non-specific LBP patients, some authors have suggested micro-injuries of paraspinal connective tissue and the TLF as possible causes of LBP [37]. Adhesions between TLF layers and epimysium of the erector spinae and multifidus muscles and densification of the TLF are considered determinants of LBP [38]. All of this alters and limits daily movement determining the flaccidity of lumbar segments and altered pattern motion [12]. That being said, the alteration in the muscle activation patterns in chronic non-specific LBP patients modifies the proprioception of these subjects in a cascade (Figure 5).

이러한 결과에 따르면,

TLF는 만성 비특이적 요통 환자에서 더 두꺼운 경향을 보입니다.

이는 반복적인 운동, 습관적인 자세, 스포츠 등으로 인해

발생한 기존 운동 패턴의 변화로 인한

반복적인 스트레스에 반응하여 시간이 지나며 재형성되었습니다 [13].

또한, 근막력 전달에 중요한 역할을 하는 TLF[14]는

경직과 운동 장애 측면에서 쉽게 변화하며,

밀도가 높아지고 섬유화된 약화된 조직에서 재형성됩니다.

이 결과는 다른 연구[13,14,15]에서 입증된 바와 같이,

만성 요통에서 미세 손상 및/또는 염증이 구심성 입력 및 부적응적인 조직 재구성을 포함하는

일련의 상호 관련 메커니즘을 통해

통각 수용체 활성화 및 신체 운동 패턴에 영향을 미친다는 것을 확인했습니다 [32].

또한,

그룹 2의 양측에서 종방향 축과 횡방향 축 사이에서

TLF 두께에 통계적으로 유의미한 차이가 관찰되었습니다(그룹 2 좌측 종방향 vs. 그룹 2 좌측 횡방향: p = 0.001; 그룹 2 우측 종방향 vs. 그룹 2 우측 횡방향: p = 0.02) (표 4).

Pirri 등 [27]은

초음파 영상 기술과 근막 관점에서 해부학적 지점을 식별하는 전문성이 필수적이며,

프로브의 위치와 축 유형도 중요하다고 지적했습니다.

이 때문에 우리는 TLF를 위한

이 프로토콜을 개발하기로 결정했습니다.

실제로 TLF는 생리적 조건에서 특정 기초 장력을 가지고 있어, 국소 기계수용체를 통해 밑에 있는 근육의 수축을 감지할 수 있습니다. 이 효과는 힘의 측방 전파를 감지하는 데 허용합니다. TLF와 해부학적으로 접촉하는 TLF의 점탄성 특성의 변화는 근막 조직 내 견인력 선을 변경시켜 기초 장력의 변화를 초래할 수 있습니다. 가능성 있는 가설로, 건강한 자원자에서는 정상적인 근막 적응으로 인해 종방향과 횡방향 축 간의 차이가 명확히 관찰되지만, 만성 비특이적 요통 환자의 경우 근막 재구조화가 정상적인 운동의 차단과 근막 적응 감소 상황을 초래해 두 축의 두께가 동일하게 유지된다고 추정됩니다.

또한, 이러한 결과는 근막의 이방성 행동에 대한 기존 연구[33]를 확장하며, 건강한 TLF가 다양한 운동 방향에서 다른 적응 능력을 갖는다는 점을 확인합니다[34]. 우리 데이터에 따르면, 만성 비특이적 요통 환자는 TLF의 이방성을 상실했으며, 두께가 균일하게 두꺼워졌습니다. 아포네우로틱 근막은 TLF와 마찬가지로 종방향으로 더 경직되어 힘줄처럼 작용하며, 서로 다른 신체 부위와 근육을 연결하며, 횡방향으로 더 적응력이 있습니다[34]. 이 행동은 근막이 밑에 있는 근육의 부피 변화에 적응할 수 있도록 합니다. 우리 환자에서 초음파 평가 결과, TLF는 이 이방성 행동을 상실했으며, 두 방향 모두에서 두꺼워지고 경직되어 '동결된 등'과 같은 상태가 되었습니다.

근막의 힘 전달 경로는 인접한 섬유 사이를 포함해 다양한 수준에서 관찰되었습니다 [35]. 고급 자기화 전이 대비 영상(MRI)은 노화뿐만 아니라 사용 부족이 인간 근골격계에서 힘 전달을 통해 세포외 기질의 재모델링에 미치는 영향을 보여주었습니다 [36]. 실제로 만성 비특이적 요통 환자에서 일부 연구자들은 척추 주변 결합 조직과 TLF의 미세 손상이 요통의 가능성 있는 원인이라고 제안했습니다 [37]. TLF 층과 척추기립근 및 다중근의 표층근막 사이의 유착 및 TLF의 밀도 증가가 요통의 결정 요인으로 간주됩니다 [38]. 이러한 모든 변화는 일상적인 움직임을 제한하고 요추 부위의 이완성과 운동 패턴의 변화를 초래합니다 [12]. 이와 함께, 만성 비특이적 요통 환자의 근육 활성화 패턴 변화는 이들의 proprioception을 연쇄적으로 변화시킵니다(그림 5).

Figure 5.

TLF 두께의 초음파 이미지: (A) 그룹 1: 가로 축; (B) 그룹 1: TLF에 가해지는 비장력력; (C) 그룹 2: TLF의 가로 축 프로파일; (D) 그룹 2: TLF의 가로 축 프로파일. 빨간색 사각형: TLF.

Ultrasound images of the TLF thickness: (A) Group 1: transverse axis; (B) Group 1: non-tensional force on the TLF; (C) Group 2: TLF profile in the transverse axis; (D) Group 2: TLF profile in the transverse axis. Red square: TLF.

Furthermore, the correlation between VAS and US TLF thickness in the right transverse axis for group 1 (r = 0.2920; p = 0.049) could be explained by the fact that after the TLF becomes densified and sensitized, those free endings will be more and more stimulated when the TLF is strained by the contraction of the muscle. For this reason, a vicious circle of a “frozen back” leads to fascial remodelling that blocks the stretch of free nerve endings to reduce pain, maintaining homogeneous and greater thickness.

The results have confirmed, as has been demonstrated by other studies, that there is good and excellent intra-rater reliability in the US assessment of the deep fasciae, in the case of sonographers with optimal US technical skills and fascial anatomy knowledge [27].

This is the first work to our knowledge to examine and compare the TLF thickness in different axes using US imaging between chronic non-specific LBP patients and healthy volunteers. Future longitudinal studies including a larger number of patients will be able to contribute to our knowledge of the pathophysiology of different thickness patterns. US may also be able to uncover changes that are invisible during clinical examination. Finally, being able to define TLF thickness in fascial dysfunction would facilitate a more targeted approach to treatment.

또한 그룹 1의 오른쪽 가로축에서

VAS와 초음파 TLF 두께 간의 상관관계(r = 0.2920; p = 0.049)는

TLF가 밀집화되고 민감해지면

근육 수축으로 인해 TLF가 긴장될 때

자유 신경 말단이 점점 더 자극되기 때문으로 설명될 수 있습니다.

이로 인해 “동결된 등”이 발생하여

자유 신경 말단의 신장을 차단해 통증을 감소시키고

균일하고 더 두꺼운 두께를 유지하는 악순환이 발생합니다.

결과는 다른 연구에서 입증된 바와 같이, 초음파 기술이 우수하고 근막 해부학 지식을 갖춘 초음파 검사자에서 깊은 근막의 초음파 평가에 있어 우수한 intra-rater 신뢰도가 있음을 확인했습니다 [27].

이 연구는 만성 비특이적 요통 환자와 건강한 자원자를 대상으로 초음파 영상법을 사용하여 TLF 두께를 다양한 축에서 비교 분석한 첫 번째 연구입니다. 향후 더 많은 환자를 포함한 장기적 연구는 다양한 두께 패턴의 병리생리학에 대한 이해에 기여할 수 있을 것입니다. 초음파는 임상 검진 시 보이지 않는 변화를 발견하는 데도 도움이 될 수 있습니다. 마지막으로, 근막 기능 장애 시 TLF 두께를 정의할 수 있다면 치료에 더 타겟팅된 접근이 가능해질 것입니다.

Limitation of Study

The low power of the study means that it is not possible to statistically analyze the preval‎ence of the US findings as well as explain their possible causes, prognostic significance, and therapeutic implications. Moreover, the US examination of TLF morphology greatly depends on the skill of the sonographer as well as the proper setting of the US device.

5. Conclusions

US permits an optimal visual examination of the fascial layers in patients with chronic non-specific LBP, with it being a safe, inexpensive, non-invasive, portable, and, most of all, effective instrument that can help clinicians to better understand fascial dysfunction and pathology. In addition, it may reveal changes not highlighted by normal clinical examination. A few of these changes require further investigation because they have not yet been described. To conclude, the study results confirm‎ that in chronic non-specific LBP patients, the TLF is thicker than in healthy volunteers. Moreover, in these patients, no statistically significant difference was found between the longitudinal and transverse axes, which was instead evident in the healthy subjects. The TLF thickness behavior in these patients points out altered fascial remodelling that maintains a homogenous and greater thickness compared to the healthy subjects, a sort of “frozen back”.

5. 결론

초음파는 만성 비특이적 요통 환자의 근막 층을 최적의 시각적 검사로 가능하게 하며, 안전하고 저렴하며 비침습적, 휴대 가능하며, 무엇보다도 효과적인 도구로 임상가가 근막 기능 장애와 병리를 더 잘 이해하는 데 도움을 줍니다. 또한 정상적인 임상 검사로 강조되지 않는 변화를 드러낼 수 있습니다. 이 중 일부 변화는 아직 보고되지 않았기 때문에 추가 연구가 필요합니다.

결론적으로, 본 연구 결과는

만성 비특이적 요통 환자의 TLF 두께가 건강한 대조군보다 두꺼움을 확인했습니다.

또한 이 환자들에서는

종방향 축과 횡방향 축 사이의 통계적으로 유의미한 차이는 관찰되지 않았으며,

이는 건강한 대상군에서 명확히 나타났습니다.

이 환자들에서의 TLF 두께 변화는

건강한 대상군에 비해 균일하고 더 두꺼운 두께를 유지하는 변형된 근막 재모델링을 시사하며,

이는 “동결된 등”과 같은 상태를 나타냅니다.

Acknowledgments

The authors thank the Institute of Human Anatomy, University of Padova.

Author Contributions

Conceptualization, C.P. and C.S.; methodology, C.P., N.P., D.G. and C.S.; software, C.P. and D.G.; validation, C.P., N.P., D.G., V.M., A.P., R.D.C. and C.S.; formal analysis, C.P., N.P., D.G., V.M., A.P., R.D.C. and C.S.; investigation, C.P. and N.P.; resources, C.P. and C.S.; data curation, C.P. and N.P.; writing—original draft preparation, C.P.; writing—review and editing, C.P., N.P. and C.S.; visualization, C.P., N.P., D.G., V.M., A.P., R.D.C. and C.S.; supervision, C.P. and C.S.; project administration, C.P. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

Institutional Review Board Statement

The Ethics Committee of the University of Padua approved the research. Ethical approval was not sought for the present study by the ethical committee of the Institute of Anatomy of the University of Padua because it was just an observational study without treatment and only involved volunteers. This study was completed in accordance with the Helsinki Declaration, as revised in 2013.

Informed Consent Statement

Informed consent was obtained from all subjects involved in the study.

Data Availability Statement

The data presented in this study are available upon request from the corresponding author. The data are not publicly available due to privacy.

Conflicts of Interest

The authors declare no conflict of interest.

Funding Statement

This research received no external funding.

Footnotes

Disclaimer/Publisher’s Note: The statements, opinions and data contained in all publications are solely those of the individual author(s) and contributor(s) and not of MDPI and/or the editor(s). MDPI and/or the editor(s) disclaim responsibility for any injury to people or property resulting from any ideas, methods, instructions or products referred to in the content.

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