Re: shear-wave elastography 전단파 탄성 초음파 검사 --＞ 흉요건막 검사신뢰도! 네이처!!

[문형철]

위와같이 자세를 정확하게 취하면 흉요근막의 굳어짐 정도를 정확하게 

측정가능하다는 논문!!

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Reliability of shear-wave elastography in assessing thoracolumbar fascia elasticity in healthy male

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• Published: 17 November 2020

Reliability of shear-wave elastography in assessing thoracolumbar fascia elasticity in healthy male

• Baizhen Chen, 
• Hongzhou Zhao, 
• Linrong Liao, 
• Zhijie Zhang & 
• Chunlong Liu 

Scientific Reports volume 10, Article number: 19952 (2020) Cite this article

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Abstract

The objectives of this study were to examine the intra and inter-operator reliability of shear wave elastography (SWE) device in quantifying the shear modulus of thoracolumbar fascia (TLF) and the device’s abilities to examine the shear modulus of the TLF during upper body forward. Twenty healthy male subjects participated in this study (mean age: 18.4 ± 0.7 years). Two independent operators performed the shear modulus of TLF during upper body forward using SWE, and interclass correlation coefficient (ICC) and minimum detectable change (MDC) were calculated. The shear modulus of the TLF was quantified by operator A using SWE at upper body forward 60°. The intra-operator (ICC = 0.860–0.938) and inter-operator (ICC = 0.904–0.944) reliabilities for measuring the shear modulus of the TLF with the upper body forward 0° were rated as both excellent, and the MDC was 4.71 kPa. The TLF shear modulus of upper body forward 60°was increased 45.5% (L3) and 55.0% (L4) than that of upper body forward 0°. The results indicate that the SWE is a dependable tool to quantify the shear modulus of TLF and monitor its dynamic changes. Therefore, this device can be used for biomechanical study and intervention experiments of TLF.

요약

이 연구의 목적은

흉추-요추 근막(TLF)의 전단 모듈러스를 정량화하는 데 있어

전단파 탄성측정법(SWE) 장치의 intra- 및 inter-operator 신뢰성을 평가하고,

상체 전방 굴곡 시 TLF의 전단 모듈러스를 측정하는 장치의 능력을 조사하는 것이었습니다.

이 연구에는

20명의 건강한 남성 대상자가 참여했습니다(평균 연령: 18.4 ± 0.7세).

두 명의 독립된 운영자가 SWE를 사용하여 상체 전방 자세에서 TLF의 전단 모듈러스를 측정했으며,

군내 상관 계수(ICC)와 최소 감지 변화량(MDC)을 계산했습니다.

TLF의 전단 모듈러스는

운영자 A가 상체 전방 60° 자세에서 SWE를 사용하여 측정되었습니다.

상체 전방 0°에서 TLF의 전단 모듈러스를 측정하는

운영자 내 신뢰도(ICC = 0.860–0.938)와 운영자 간 신뢰도(ICC = 0.904–0.944)는

모두 우수했으며, MDC는 4.71 kPa로 나타났습니다.

상체 전방 60°에서의 TLF 전단 모듈러스는

상체 전방 0°에 비해 L3에서 45.5%, L4에서 55.0% 증가했습니다.

이 결과는

SWE가 TLF의 전단 모듈러스를 정량화하고

동적 변화를 모니터링하는 신뢰할 수 있는 도구임을 나타냅니다.

따라서 이 장치는

TLF의 생체역학 연구 및 개입 실험에 활용될 수 있습니다.

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Introduction

The thoracolumbar fascia (TLF), as a support band or collateral ligament, is mainly responsible for transmitting and absorbing loads in twisting trunk and maintaining body posture. They play an important role in maintaining spinal stability and transmitting1,2,3. Studies have demonstrated that the increase of thoracolumbar fascia (TLF) hardness is associated with low back pain (LBP)4,5. However, the elastic properties of TLF lack specific vivo numerical data. Thus, the detection methods to quantify the elastic properties of TLF in a quick and reliable manner may provide useful information for the biomechanical study of spine and the clinical research of LBP and fascia therapy.

Few techniques already exist to assess the vivo stiffness of soft tissue, as MyotonPRO and magnetic resonance elastography (MRE)6,7. However, the MyotonPRO cannot provide images of the measurement area. The MRE needs to restrict the subject's position during measurement8. Therefore, none of these techniques meet the requirements of quantitative and dynamic monitoring of TLF elastic performance.

Shear wave elastography is a non-invasive imaging technique. It can quantitative measurement of local tissues elasticity in real time without restricting the patient position9,10,11. Our previous studies have shown that SWE is a reliable and effective tool for measuring the elastic properties of skeletal muscles, such as quadriceps muscle, gastrocnemius and upper trapezius and describing the dynamic biomechanical properties of the soft tissues12,13,14. However, SWE has not been applied to the elastic properties measurement of TLF. Furthermore, in clinical treatment and research, in order to reflect the progress of the disease, treatment effect and the accuracy of the test, patients usually must undergo multiple eval‎uations by one or more testers (doctors, therapists, researchers). Therefore, it is important to eval‎uate the intra- and inter-operator reliabilities of SWE. To our knowledge, intra- and inter-operator reliabilities of the SWE for the measurement of TLF shear modulus have not been determined. To collect reliable data in the future, it is necessary to determine the precision of SWE measurement, intra- and inter-operator reliabilities.

The objectives of this study are to determine the intra and inter-operator reliability of quantifying the TLF shear modulus using SWE techniques and to calculate the minimum detectable change (MDC) and investigate the change of elastic properties of TLF during various body positions.

소개

흉요추 근막(TLF)은

지지대 또는 부인대 역할을 하며,

주로 몸통이 비틀릴 때 하중을 전달하고 흡수하며 신체 자세를 유지하는 역할을 합니다.

척추의 안정성을 유지하고 하중을 전달하는 데 중요한 역할을 합니다1,2,3.

연구 결과,

흉요추 근막(TLF)의 경도 증가가

요통(LBP)과 연관되어 있다는 것이 밝혀졌습니다4,5.

요추등근막(LF)은 특발성 요통의 가능한 원천으로 제안되어 왔습니다. 실제로, 조직학적 연구를 통해 LF 내에 통각 수용성 자유 신경 말단이 존재하는 것이 입증되었으며, 이는 또한 만성 요통 환자에서 형태학적 변화가 나타나는 것으로 보입니다. 그러나 이러한 특성이 통증의 원인과 어떤 관련이 있는지는 아직 명확하지 않습니다. LF를 실험적으로 자극하여 요통을 유발한 결과, 척수 후각 뉴런이 흥분성을 증가시키며 반응하는 것으로 나타났습니다. 이러한 근막 관련 후각 뉴런의 과민 반응은 LF의 미세 손상 및/또는 염증과 관련이 있을 수 있습니다. 이용 가능한 데이터는 LF가 요통에서 중요한 역할을 한다는 것을 시사하지만, 관련된 신경생리학적 역학을 더 잘 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

그러나

TLF의 탄성 특성에 대한 구체적인 생체 내 수치 데이터는 부족합니다.

따라서

TLF의 탄성 특성을 빠르고 신뢰성 있게 정량화하는 검출 방법은

척추 생체역학 연구 및 요통과 근막 치료의 임상 연구에 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.

생체 내 연부 조직의 경도를 평가하는 기술은 MyotonPRO와 자기공명 탄성영상법(MRE)6,7 등이 존재합니다. 그러나 MyotonPRO는 측정 부위의 이미지를 제공하지 않습니다. MRE는 측정 중 대상자의 자세를 제한해야 합니다8. 따라서 이러한 기술은 TLF 탄성 성능의 정량적 및 동적 모니터링 요구사항을 충족하지 못합니다.

전단파 탄성 촬영술은

비침습적 영상 기술입니다.

환자의 자세를 제한하지 않고

실시간으로 국소 조직의 탄성도를 정량적으로 측정할 수 있습니다9,10,11.

우리 이전 연구에서는 SWE가

대퇴사두근, 가자미근, 상부 승모근과 같은 골격근의 탄성 특성을 측정하고

연부 조직의 동적 생체역학적 특성을 설명하는

신뢰성 있고 효과적인 도구임을 보여주었습니다12,13,14.

그러나

SWE는 TLF의 탄성 특성 측정에 적용되지 않았습니다.

또한 임상 치료 및 연구에서 질병의 진행, 치료 효과 및 검사 정확도를 반영하기 위해 환자는 일반적으로 한 명 이상의 검사자(의사, 치료사, 연구자)에 의해 여러 번 평가를 받아야 합니다. 따라서 SWE의 검사자 내 및 검사자 간 신뢰성을 평가하는 것이 중요합니다. 현재까지 TLF 전단 모듈러스 측정을 위한 SWE의 검사자 내 및 검사자 간 신뢰도는 결정되지 않았습니다. 미래에 신뢰할 수 있는 데이터를 수집하기 위해서는 SWE 측정 정밀도, 검사자 내 및 검사자 간 신뢰도를 결정하는 것이 필요합니다.

이 연구의 목적은 SWE 기술을 사용하여 TLF 전단 모듈러스의 정량화에서 intra-operator 및 inter-operator 신뢰성을 평가하고, 최소 검출 가능 변화량(MDC)을 계산하며, 다양한 신체 자세에서 TLF의 탄성 특성 변화를 조사하는 것입니다.

Methods

Ethical approval

This study received institutional approval by the Human Subjects Ethics committee of Luoyang Orthopaedic Hospital of Henan Province (Number: KY2019-001-01).This research follows the principles of the Helsinki Declaration. Before the commencement of the study, all the subjects fully understood the purpose, process and safety of SWE and the basic rights of the subjects and signed the informed consent.

Subjects

From September to November 2019, twenty healthy young male subjects were recruited from the Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine in the study (mean age: 18.4 ± 0.7 years; mean height: 1.73 ± 0.05 m; mean weight: 61.1 ± 9.6 kg; mean body mass index: 20.5 ± 3.0 kg/m2). The subjects had no lower back pain or history of lumbar surgery or trauma for at least the previous 6 months, and everyone was right-handed. All the participants were banned from physical activity 48 h before the experiment.

Equipment

The TLF shear modulus of the ultrasound examinations was performed using an Aixplorer ultrasound device(Aixplorer Supersonic Imagine, France) with a 40 mm linear array sensor(SL10-2, Supersonic Imagine, France), using the instrument’s default standard musculoskeletal settings, with the selection of SWE mode (enhanced mode, 85% opacity).The range of measurable was adjusted from 0 to 300 kPa.

Procedures

The TLF shear modulus was measured at the third and fourth lumbar vertebra levels (L3 and L4).The location of the L4 spinous process was identified by a body surface marker and reconfirmed by B-mode ultrasound. Then, the position of the L3 spines is determined by B-mode ultrasound. The longitudinal center of the probe at horizontally 2 cm from the right side of the L2–3 and the L3–4 midline (Fig. 1)5,15,16. These gauge points were marked with an oil-based pen. The marker of each experiment was cleaned at the end of the experiment.

윤리적 승인

이 연구는 허난성 루오양 정형외과 병원 인간 대상 윤리 위원회(번호: KY2019-001-01)로부터 기관 승인을 받았습니다. 이 연구는 헬싱키 선언의 원칙을 준수합니다. 연구 시작 전 모든 대상자는 SWE의 목적, 과정, 안전성 및 대상자의 기본 권리에 대해 완전히 이해하고 서면 동의서를 작성했습니다.

대상

2019년 9월부터 11월까지 광저우 중의약 대학에서 건강한 젊은 남성 20명을 대상으로 연구에 참여했습니다(평균 연령: 18.4±0.7세; 평균 신장: 1.73±0.05m; 평균 체중: 61.1±9.6kg; 평균 체질량 지수: 20.5±3.0 kg/m2). 참가자들은 지난 6개월 동안 요통이나 요추 수술 또는 외상 이력이 없었으며, 모두 오른손잡이였습니다. 모든 참가자는 실험 48시간 전부터 신체 활동을 금지받았습니다.

장비

초음파 검사를 통해 TLF 전단 모듈러스는 Aixplorer 초음파 장치(Aixplorer Supersonic Imagine, 프랑스)와 40mm 선형 배열 센서(SL10-2, Supersonic Imagine, 프랑스)를 사용하여 기기의 기본 표준 근골격계 설정을 적용하고 SWE 모드(강화 모드, 85% 투과도)를 선택하여 측정되었습니다.측정 범위는 0에서 300 kPa로 조정되었습니다.

절차

TLF 전단 모듈러스는 제3 및 제4 요추 수준(L3 및 L4)에서 측정되었습니다. L4 척추 돌기의 위치는 신체 표면 마커로 표시된 후 B-모드 초음파로 재확인되었습니다. 이후 L3 척추의 위치는 B-모드 초음파로 결정되었습니다. 프로브의 종방향 중심은 L2–3 및 L3–4 중간선에서 오른쪽으로부터 수평으로 2cm 떨어진 위치에 배치되었습니다(그림 1)5,15,16. 이 측정점은 오일 기반 펜으로 표시되었습니다. 각 실험 후 마커는 실험 종료 시 청소되었습니다.

Figure 1

Illustration of the two postures (a) sitting; (b) sitting-forward 60°, and setting out plan of ultrasound transducer (c).

두 가지 자세(a) 앉은 자세; (b) 60° 앞으로 기울인 앉은 자세, 및 초음파 트랜스듀서 배치 계획도(c).

All subjects performed experiments in a given posture: sitting, sitting-forward 60° (Fig. 1). In all postures, subjects are required to keep their heads in a neutral posturewith their upper limbs at their sides. In sitting posture, the subjects are required to keep their feet shoulder-width apart and both feet flat on the floor. Their legs are perpendicular to the ground, and their knees bent at 90°.We used a self-made sloping panel to keep the subjects' upper body at 0° and 60° of forward tilt.

To ensure that the muscles and fascia are at rest, the subjects were allowed to have a 5 min rest before testing. Then, the subjects were placed at appropriate posture, and ultrasonic gel was applied to the skin around the marked location. Under the B-mode image, the probe was placed perpendicular to the skin and slightly adjusted parallel to the upper tendon muscle fibers to obtain a clear image. Once the probe orientation was aligned with the direction of the muscle fibers, we switched to E mode to quantify the shear modulus of the upper TLF (Fig. 2). The size of the region of interest (ROIs) is set to match the thickness of the TLF shallow (a variable range is chosen to achieve a larger area and to keep the border of the ROIs at a certain distance from the upper subcutaneous tissue and the lower muscles17).Three measurements were taken for each measurement point, and the measurements were averaged. In addition, to avoid the influence of abdominal fluctuation caused by breathing, we specifically save the image at the end of expiration to ensure the consistency of test results.

모든 피험자는 지정된 자세(앉은 자세, 60° 앞으로 기울인 앉은 자세(그림 1))에서 실험을 수행했습니다. 모든 자세에서 피험자는 머리를 중립 자세로 유지하고 상지(팔)를 몸 옆에 두어야 합니다. 앉은 자세에서는 피험자는 발을 어깨 너비로 벌리고 양발을 바닥에 평평하게 놓아야 합니다. 다리는 바닥과 수직을 이루며 무릎은 90°로 구부려야 합니다.우리는 피험자의 상체를 0°와 60°의 전방 기울기 위치에 유지하기 위해 자체 제작한 경사 패널을 사용했습니다.

근육과 근막이 휴식 상태에 있도록 하기 위해 실험 전 5분간의 휴식을 허용했습니다. 그 다음, 피험자는 적절한 자세로 배치되었고, 표시된 부위 주변의 피부에 초음파 젤이 적용되었습니다. B-모드 이미지에서 프로브는 피부에 수직으로 배치된 후 상부 힘줄 근육 섬유와 평행하도록 약간 조정되어 명확한 이미지를 얻었습니다. 프로브 방향이 근육 섬유 방향과 일치하면 E 모드로 전환하여 상부 TLF의 전단 모듈을 정량화했습니다(그림 2). 관심 영역(ROI)의 크기는 TLF의 두께와 일치하도록 설정되었습니다(변동 범위를 선택하여 더 넓은 영역을 확보하고 ROI의 경계를 상부 피하 조직과 하부 근육으로부터 일정 거리 떨어진 위치에 유지하기 위해17). 각 측정 점당 3회 측정을 수행했으며, 측정값을 평균화했습니다. 또한 호흡으로 인한 복부 변동의 영향을 피하기 위해, 호흡의 끝 단계에서 이미지를 특별히 저장하여 시험 결과의 일관성을 확보했습니다.

Figure 2

SWE maps of the thoracolumbar fascia. (A) sitting posture; (B) sitting-forward 60°.

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For the intra-operator reliability, all subjects' right side TLF was examined by operator A according to the aforementioned program. Five days after the first measurement, operator A had made a second measurement of the same subject. To eval‎uate inter-operator reliability, all subjects' right side TLF were examined by operator A and operator B respectively, with the two measurements were taken 30 min apart. The measurement results were recorded by researcher C after all the tests were completed.

Data analysis

SPSS 21.0 software (version 21.0 Chicago, IL) was used for statistical analysis. Demographic information was calculated by descriptive statistics, and measurement data was expressed as mean ± standard deviation (SD). For reliability analysis, an interclass correlation coefficient (ICC) with a 95% confidence interval was used as the reliability index within and between operators. ICC (3,1) (two-way mixed-effect model, consistency) and ICC (2,2) (two-way random effects model, absolute agreement) were used to assess reliability within-operator, between-operator reliability. ICC values were eval‎uated using international standards, poor less than 0.40, moderate between 0.40 and 0.59, good between 0.60 and 0.74, and excellent between 0.75 and 1.0017. The standard error of measurement (SEM) was calculated using the formula SEM = SD × √("1 − ICC" ), and the MDC was calculated using MDC = 1.96 × SEM × √2.14,18. The coefficient of variance(CV = SD/mean × 100%) was computed. Intra- and inter-operator reliabilities are shown by the Bland and Altman graphs (Fig. 3). A paired t test was performed to compare the average shear modulus of TLF between 0° and 60° of upper body forward, and statistical significance was P < 0.05.

운영자 내 신뢰도를 평가하기 위해 모든 대상자의 오른쪽 TLF는 운영자 A가 앞서 언급된 프로그램에 따라 검사했습니다. 첫 번째 측정 후 5일 후, 운영자 A는 동일한 대상자에 대해 두 번째 측정을 수행했습니다. 운영자 간 신뢰도를 평가하기 위해 모든 대상자의 오른쪽 TLF는 운영자 A와 운영자 B가 각각 검사했으며, 두 측정 간 간격은 30분으로 유지되었습니다. 모든 테스트가 완료된 후 연구자 C가 측정 결과를 기록했습니다.

데이터 분석

SPSS 21.0 소프트웨어(버전 21.0, 시카고, 일리노이)를 사용하여 통계 분석을 수행했습니다. 인구 통계학적 정보는 기술 통계로 계산되었으며, 측정 데이터는 평균 ± 표준 편차(SD)로 표시되었습니다. 신뢰도 분석을 위해 운영자 내 및 운영자 간 신뢰도 지표로 95% 신뢰 구간을 포함한 상호 클래스 상관 계수(ICC)를 사용했습니다. ICC (3,1) (이중 혼합 효과 모델, 일관성)과 ICC (2,2) (이중 무작위 효과 모델, 절대 일치도)를 사용하여 운영자 내 신뢰성과 운영자 간 신뢰성을 평가했습니다. ICC 값은 국제 기준에 따라 평가되었으며, 0.40 미만은 불량, 0.40~0.59는 중간, 0.60~0.74는 우수, 0.75~1.00은 우수로 분류되었습니다. 측정 표준 오차(SEM)는 SEM = SD × √(“1 − ICC”) 공식을 사용하여 계산되었으며, MDC는 MDC = 1.96 × SEM × √2.14,18로 계산되었습니다. 변동계수(CV = SD/평균 × 100%)가 계산되었습니다. 동일 조작자 내 신뢰도와 조작자 간 신뢰도는 Bland-Altman 그래프(그림 3)로 표시되었습니다. 상체 전방 0°에서 60° 사이의 TLF 평균 전단 모듈러스를 비교하기 위해 쌍측 t 검정이 수행되었으며, 통계적 유의성은 P < 0.05였습니다.

Figure 3

Bland and Altman plots of intra- and inter-operator reliabilities of TLF shear modulus. The difference in TLF stiffness between day 1 and day 5 is plotted against mean TLF stiffness (average of the 2 days for operator A) for each participant in the L3 (A) and L4 (C). The difference in TLF stiffness between operator A and operator B is plotted against mean TLF stiffness (average of the 2 operators) for each participant in the L3 (B) and L4 (D). In each picture, the continuous line is the mean difference and the dotted lines represent two SD above and below the mean difference.

그림 3

TLF 전단 모듈러스의 운영자 내 및 운영자 간 신뢰도를 나타내는 Bland-Altman 그래프. 각 참가자의 L3(A) 및 L4(C)에서 운영자 A의 2일 평균 TLF 강성(평균)을 축에 대고 1일차와 5일차의 TLF 강성 차이를 플롯했습니다. 조작자 A와 조작자 B 간의 TLF 강성 차이는 각 참가자의 L3 (B) 및 L4 (D)에서 두 조작자의 평균 TLF 강성(2명의 조작자 평균)에 대해 플롯되었습니다. 각 그림에서 연속선은 평균 차이를 나타내며, 점선은 평균 차이의 상하 2 표준편차(SD)를 나타냅니다.

Results

Intra- and inter-operator reliabilities of TLF shear modulus

The ICC values of the intra-operator (ICC = 0.860–0.938) and inter-operator (ICC = 0.904–0.944) were excellent, SEM less than 1.7 kPa, MDC less than 4.71 kPa, and CV less than 6.3% (Table 1). Figure 3A is the Bland and Altman plot of intra-operator reliability at the L3, showing that the mean difference is 0.6 kPa and the 95% limits of agreement is − 3.6 to 4.8 kPa. Figure 3(B) is the Bland and Altman plot of inter-operator reliability at the L3, showing that the mean difference is 0.3 kPa and the 95% limits of agreement is − 6.0 to 6.6 kPa. Figure 3C is the Bland and Altman plot of intra-operator reliability at the L4, showing that the mean difference is − 0.1 kPa and the 95% limits of agreement is − 6.8 to 6.6 kPa. Figure 3D is the Bland and Altman plot of inter-operator reliability at the L4, showing that the mean difference is 0 kPa and the 95% limits of agreement is − 8.0 to 8.0 kPa.

결과

TLF 전단 모듈러스의 조작자 내 및 조작자 간 신뢰도

운영자 내(ICC = 0.860–0.938) 및 운영자 간(ICC = 0.904–0.944) ICC 값은 우수했으며, SEM은 1.7 kPa 미만, MDC는 4.71 kPa 미만, CV는 6.3% 미만이었습니다. (표 1). 그림 3A는 L3에서의 intra-operator 신뢰도를 나타내는 Bland and Altman 플롯으로, 평균 차이는 0.6 kPa이며 95% 신뢰 구간은 −3.6에서 4.8 kPa입니다. 그림 3(B)는 L3에서의 운영자 간 신뢰도 Bland-Altman 플롯으로, 평균 차이는 0.3 kPa이며 95% 신뢰 구간은 −6.0에서 6.6 kPa입니다. 그림 3C는 L4 단계에서의 운영자 내 신뢰도 Bland-Altman 플롯으로, 평균 차이는 −0.1 kPa이며 95% 신뢰 구간은 −6.8에서 6.6 kPa입니다. 그림 3D는 L4 수준에서의 운영자 간 신뢰도 Bland-Altman 플롯으로, 평균 차이는 0 kPa이며 95% 신뢰 구간은 −8.0에서 8.0 kPa입니다.

Table 1 Intra- and inter-operator reliabilities of SWE for thoracolumbar fascia shear modulus.

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Changes in the shear modulus of the TLF

At vertebral level L3, the shear modulus of the TLF at sitting-forward 60° (170.5 ± 9.3 kPa) was significant greater than that of the TLF at sitting forward 0° (117.2 ± 6.3 kPa) (p < 0.001. Figure 4). At vertebral level L4, the significant increase in the shear modulus of the TLF was found sitting-forward 60° (212.2 ± 5.7 kPa) compared to the sitting forward 0° (136.9 ± 6.9 kPa) (p < 0.001. Figure 4).

Figure 4

Mean and standard deviation of TLF shear modulus examined during 0° (white bar) or 60° (black bar) of upper body forward. ***Significant intergroup difference (P < 0.001).

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Discussion

Overall, the present study results show that SWE is a reliable tool to quantify the dynamic change of TLF shear modulus. We found that the SWE has excellent intra- and inter-operator (ICC > 0.75) reliabilities. The relatively low values of SEM and MDC in the results prove the precision of the measurement. The stiffness of TLF increased significantly when sitting-forward 60° was compared with sitting-forward 0°.

This is the first study to examine the intra- and inter-operator reliabilities of elastic properties of TLF using SWE. Other studies of the same type only examined the reliability of measuring the stiffness of skeletal muscles using the SWE device. For example, Moreau et al.16 used SWE to quantify the shear modulus of multifidus muscle (L2–3, L4–5) with high reliability (ICC = 0.72–0.95). Blain et al.17 studied the reliability of SWE in measuring the shear modulus of multifidus and erector spinalis muscles in five different postures. The results showed that the reliability of SWE in various postures ranged from general to excellent (ICC = 0.386–0.862), which the SWE had the ability to quantify the dynamic changes of the measuring multifidus and erector spinalis muscles. But the shear modulus of TLF was not measured. Our results are similar to those studies for measuring skeletal muscle stiffness using the SWE device. In addition to using ICC values to assess reliability, our study also used the Bland–Altman plot provides visual eval‎uation for limits of agreement. As shown in Fig. 3, all data points were within the 95% consistency limit, which indicates that the intra- and inter-operator reliabilities have high consistency. Therefore, the Bland–Altman plots further verified the reliability of our experimental results.

Five days after the initial test, the same subject was retested by researcher A. The experimental results showed a high consistency, but intra-operator reliability (ICC = 0.860–0.938) was lower than inter-operator reliability (ICC = 0.904–0.944). Zhang et al.14 revealed similar results that the inter-operator reliability (ICC = 0.94–0.98) were higher than intra-operator reliability (ICC = 0.85–0.86) for quantifying the shear modulus of upper trapezius using the SWE. The possible explanation is that the amount of exercise and other uncontrollable factors during the 5 days may have influenced the reliability of repeated measurements.

In this experiment, we also calculated the MDC of sitting position, which reflects the precision of the device and real change. In terms of our research results, the measurements of TLF stiffness in other positions should be 4.71 kPa more than that in sitting position to reflect real change.

The present study revealed an increase of 45.5% (L3) or 55.0% (L4) in the shear modulus of the TLF from 0° to 60° of upper body forward tilt. The stiffness variation value from 0° to 60° is greater than the MDC (4.71 kPa) of sitting position, which indicates that the stiffness change from sitting-forward 60° was caused by real change rather than error. Because there are only a few studies that consider the shear modulus of TLF from the perspective of a healthy person, it is difficult to compare our results directly with the results of previous studies. However, previous studies investigated the passive tensile response of shear modulus of multifidus muscle similar with our results at the same location. For example, Moreau et al.16 used SWE to measure the shear modulus of the multifidus at L3, and they found that the shear modulus of the multifidus at passive stretching (13.8 ± 2.9 kPa) was greater than that at prone posture (8.5 ± 1.9 kPa).In addition, Langevin et al.5 found that the TLF shear strain in people with chronic lower back pain was 20% lower than that in healthy subjects. Therefore, the increase of TLF stiffness in the present experimental resultsfurther verifies that poor posture may be one of the potential factors causing LBP.

In our study, we observed that the elastic images showed uneven stiffness of TLF.This phenomenon may be related to the anatomical structure of TLF and the uneven distribution of tension. In terms of anatomical structure, the posterior layer of TLF is further divided into three thinner sub-layers (superficial, middle, deep). The superficial layer, the middle layer and the deep layer is regarded as the continuation of the deep fascia of latissimus dorsi, the continuation of the tendon of latissimus dorsi, and a loose connective tissue composed of longitudinal and transverse collagen fibers crisscross arrangement respectively19. This indicates that the TLF is a composite structure composed of fascial layer, ligament and loose connective tissue, which is heterogeneous in itself. In addition, the fiber of each layer in the three-layer structure of TLF has a specific direction, and the movement between each layer is relatively independent, so the response of TLF to the change of tension has strong anisotropy5,19. Therefore, we take three adjacent ROIs to expand the detection range to reduce the impact caused by the heterogeneity during the test. According to the reliability research results of the experiment, our method has beensuccessful.

There are some limitations to this study. First, this study recruited only young men as the research objects. In previous studies, the difference in age was a potential confounding factor, because aging affects the myofascial muscle tension by reducing the number of muscles fibers and their cross-sectional area20. Another potential factor was gender, and an increased in estrogen may lead to sagging of muscles and ligaments and thickening of TLF21. Hence, only healthy young men were selected in this study to rule out age- and gender-related problems; thus, the effect of age and gender differences on fascia stiffness cannot be assessed. We need to include females and subjects of different ages in future research. Second, the subjects were healthy people with no discomfort or pain in their back. Therefore, future studies should be focused on the biomechanical changes of TLF in people with low back discomfort, to explore the pathogenesis of LBP and improve the clinical applicability of SWE.

논의

전체적으로 본 연구 결과는 SWE가 TLF 전단 모듈러스의 동적 변화를 정량화하는 신뢰할 수 있는 도구임을 보여줍니다. SWE는 우수한 intra- 및 inter-operator 신뢰도(ICC > 0.75)를 보여주었습니다. 결과에서 SEM과 MDC의 상대적으로 낮은 값은 측정 정밀도를 입증합니다.

상체 전방 기울기 60°와 0°를 비교할 때

TLF의 강성이 유의미하게 증가했습니다.

이 연구는 SWE를 사용하여 TLF의 탄성 특성에 대한 intra- 및 inter-operator 신뢰성을 평가한 첫 번째 연구입니다. 동일한 유형의 다른 연구들은 SWE 장치를 사용하여 골격근의 강성 측정의 신뢰성만을 조사했습니다. 예를 들어, Moreau 등16은 SWE를 사용하여 L2–3, L4–5 부위의 다중근(multifidus muscle)의 전단 모듈러스를 높은 신뢰성(ICC = 0.72–0.95)으로 정량화했습니다. Blain 등17은 다섯 가지 다른 자세에서 다중근과 척추기립근의 전단 모듈러스 측정에 대한 SWE의 신뢰성을 연구했습니다. 결과는 SWE의 신뢰성이 다양한 자세에서 일반적에서 우수(ICC = 0.386–0.862)까지 범위를 보였으며, SWE는 측정된 다중근과 척추기립근의 동적 변화를 정량화할 수 있는 능력을 보여주었습니다. 그러나 TLF의 전단 모듈러스는 측정되지 않았습니다. 본 연구 결과는 SWE 장치를 사용하여 골격근 강성을 측정하는 기존 연구 결과와 유사합니다. 신뢰성을 평가하기 위해 ICC 값을 사용한 것 외에도, 본 연구는 Bland–Altman 플롯을 통해 합의 한계의 시각적 평가를 추가로 수행했습니다. 그림 3에 표시된 바와 같이 모든 데이터 점이 95% 일치 한계 내에 위치했으며, 이는 intra- 및 inter-operator 신뢰성이 높은 일관성을 나타냅니다. 따라서 Bland–Altman 플롯은 실험 결과의 신뢰성을 추가로 검증했습니다.

초기 테스트 5일 후, 동일한 대상자가 연구자 A에 의해 재검사를 받았습니다. 실험 결과는 높은 일관성을 보였지만, intra-operator 신뢰도(ICC = 0.860–0.938)는 inter-operator 신뢰도(ICC = 0.904–0.944)보다 낮았습니다. Zhang 등14은 유사한 결과를 보고했으며, 운영자 간 신뢰도(ICC = 0.94–0.98)가 운영자 내 신뢰도 (ICC = 0.85–0.86)보다 높다는 유사한 결과를 보고했습니다. 가능한 설명은 5일 동안의 운동량과 기타 통제 불가능한 요인이 반복 측정 신뢰성에 영향을 미쳤을 수 있습니다.

본 실험에서는 장치의 정밀도와 실제 변화를 반영하는 앉은 자세의 MDC도 계산했습니다. 본 연구 결과에 따르면, 다른 자세에서의 TLF 강성 측정치는 앉은 자세에서의 측정치보다 4.71 kPa 더 높아야 실제 변화를 반영합니다.

본 연구는

상체 전방 기울기 0°에서 60°까지

TLF의 전단 모듈러스가 45.5% (L3) 또는 55.0% (L4) 증가함을 보여주었습니다.

0°에서 60°까지의 강성 변동 값은 앉은 자세의 MDC(4.71 kPa)보다 크며,

이는 앉은 자세에서 60° 앞으로 기울인 상태에서의 강성 변화가

오류가 아닌 실제 변화에 의해 발생했음을 나타냅니다.

건강한 사람을 대상으로 TLF의 전단 모듈러스를 연구한 연구가 매우 적기 때문에, 본 연구 결과를 이전 연구 결과와 직접 비교하기는 어렵습니다. 그러나 이전 연구들은 우리 연구와 동일한 위치에서 다중근의 전단 모듈러스의 수동적 인장 반응을 조사했습니다. 예를 들어, Moreau 등16은 SWE를 사용하여 L3 부위의 다중근의 전단 모듈러스를 측정했으며, 수동적 신장 시(13.8 ± 2.9 kPa)의 전단 모듈러스가 엎드린 자세(8.5 ± 1.9 kPa)보다 높다는 것을 발견했습니다.또한 Langevin 등5은 만성 요통 환자의 TLF 전단 변형률이 건강한 대상군보다 20% 낮다는 것을 발견했습니다. 따라서 본 실험 결과에서 TLF 강성의 증가는 나쁜 자세가 요통의 잠재적 원인 중 하나일 수 있음을 추가로 검증합니다.

본 연구에서 탄성 영상은 TLF의 불균일한 강성을 보여주었습니다. 이 현상은 TLF의 해부학적 구조와 긴장 분포의 불균일성과 관련될 수 있습니다. 해부학적 구조 측면에서 TLF의 후방 층은 세 개의 얇은 하부 층(표면층, 중간층, 심층)으로 추가로 구분됩니다. 표면층, 중간층, 심층은 각각 광배근의 심층 근막의 연장, 광배근 건의 연장, 종방향과 횡방향 콜라겐 섬유가 교차 배열된 느슨한 결합 조직으로 구성됩니다19. 이는 TLF가 근막층, 인대, 느슨한 결합 조직으로 구성된 복합 구조이며, 자체적으로 이질적임을 나타냅니다. 또한 TLF의 3층 구조에서 각 층의 섬유는 특정 방향을 가지고 있으며, 각 층 간의 움직임은 상대적으로 독립적이기 때문에 TLF는 장력 변화에 대한 반응이 강한 이방성을 보입니다5,19. 따라서 이질성으로 인한 영향을 줄이기 위해 세 개의 인접한 ROI를 선택하여 검출 범위를 확장했습니다. 실험의 신뢰성 연구 결과에 따르면, 본 방법은 성공적이었으며,

이 연구에는 몇 가지 한계가 있습니다. 첫째, 이 연구는 젊은 남성만을 연구 대상으로 모집했습니다. 이전 연구에서 연령 차이는 잠재적 혼란 요인이었으며, 노화는 근육 섬유의 수와 단면적을 감소시켜 근막 근육의 장력을 영향을 미치기 때문입니다20. 또 다른 잠재적 요인은 성별로, 에스트로겐 증가가 근육과 인대의 이완 및 TLF 두께 증가를 유발할 수 있습니다21. 따라서 본 연구에서는 연령 및 성별 관련 문제를 배제하기 위해 건강한 젊은 남성만을 대상으로 선정했으며, 따라서 연령 및 성별 차이에 따른 근막 경직도의 영향은 평가할 수 없습니다. 향후 연구에서는 여성과 다양한 연령대의 대상자를 포함해야 합니다. 두 번째로, 대상자는 등 부위에 불편감이나 통증이 없는 건강한 사람들이었습니다. 따라서 향후 연구는 요통을 겪는 사람들의 TLF의 생체역학적 변화를 조사하여 요통의 병리 메커니즘을 탐구하고 SWE의 임상적 적용성을 개선하는 데 초점을 맞춰야 합니다.

결론

이 연구는 SWE가 TLF의 경직도를 정량화하는 신뢰할 수 있는 도구임을 보여주었으며, 경직도 변화가 4.71 kPa를 초과할 경우 오류가 아닌 진정한 변화로 간주될 수 있습니다. 또한 이 기술은 앉은 자세 0°와 60° 사이의 TLF 변화를 감지할 수 있어, TLF의 동적 변화를 연구하는 데 가능성을 제공합니다.

Conclusions

The study demonstrated the SWE is a reliable tool to quantify the stiffness of TLF, and the stiffness change more than 4.71 kPa can be considered as a true change rather than error. Furthermore, this technique is capable ofdetecting the change of TLF between sitting forward 0° and sitting-forward 60°, which provides the possibility for further studies the dynamic changes of TLF.

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