State Medical Institution No. 67 named after L.A. Vorokhobov branch Center of Manual Therapy
Russian Federation
Pirogov Russian National Research Medical University
Russian Federation
State Medical Institution No. 67 named after L.A. Vorokhobov branch Center of Manual Therapy
Russian Federation
The article provides a detailed description of the application of techniques ofultrasound diagnostics of the spine using the L5-S1 intervertebral disc as an example. An assessment was made of the reproducibility and reliable determination of degenerative signs of the structure of the disc four indicators (heterogeneity of the nucleus pulposus, thinning of the fibrous ring, decrease in the height of the intervertebral disc, rupture/damage/"fissure" of the fibrous ring) based on the agreement of ultrasound diagnostic doctors and the application of statistical calculations using the κ criterion (Cohen's kappa).
intervertebral disc, nucleus pulposus, annulus fibrosus, kappa criterion, ultrasound diagnostics
Последствия дегенерации межпозвонкового диска (МПД) являются одной из основных причин развития болевых синдромов, в том числе на примере хронической боли в пояснице[5,10].Каскад дегенеративных процессов часто инициируется дисбалансом между катаболическими и анаболическими процессами в МПД и окружающих тканях.В результате деградации внеклеточного матрикса происходят неоиннервация и неоваскуляризация в веществе диска.И в конечном итоге этот дегенеративный процесс приводит к выбуханию части МПД, дегидратациипульпозного ядра (ПЯ)с последующей потерей высоты диска[10,18].
Понимание патофизиологии дегенеративных заболеваний МПД важно как для совершенствования существующих технологий, так и для перспектив в разработке инновационных методов возможного (частичного) обращения вспять дегенеративных процессов в дисках[6].
Дегенеративные изменения обычно обнаруживаются при визуализации позвоночника.Не секрет, что подобная картина на магнитно-резонансных изображениях часто имеет место как у людей без боли в спине, так и у людей с болями.Необходимо понимать, что при визуализации дегенеративные процессы позвоночника у большого количества «бессимптомных» людей с возрастом увеличиваются.Многие дегенеративные признаки чаще всего являются этапоместественного старения и не связаны с болью.Безусловно, любые данные визуализации следует интерпретировать в контексте клинического состояния пациента[4,6,8].
На сегодняшний день системы оценки дегенерации диска основаны на современной магнитно-резонансной томографии (МРТ) и соответствующих исследованиях воспроизводимости[16,17].В настоящее время такие данные изучены на основании разработанного диагностического алгоритма и оптимизированы на основе анализа поясничных Т2-взвешенных МР-изображений[15].Существуют наиболее точные оценки вариантов дегенерации диска на рутинных Т2-взвешенных магнитно-резонансных изображениях[13-15].
Изменения по Modicсоотносятся к дегенеративным изменениямМПД и имеют три, как правило, взаимоконвертируемых типа,представляя разные стадии одного и того же патологического процесса, который характеризуетсяследующими признаками[14]:
I– воспаление, сопровождающееся снижением интенсивности МР-сигнала на Т1-взвешенных изображениях и увеличением интенсивности МР-сигнала в Т2-режиме;
II - структурные изменения костной ткани в виде жировой инфильтрации, сопровождающиеся повышением МР-сигналов в Т1- и Т2-взвешенных изображениях;
III–фиброз, склерозирование МПД (МР-сигналы низкоинтенсивные в Т1- и Т2-взвешенных изображениях).
Модель заболеванияпо Модиксчитается индикатором с высокой чувствительностью и подразумевает повреждение диска/замыкательной пластинки и сохранение воспалительного раздражителя (например, скрытый дисцит или аутоиммунный ответ на повреждение диска)[8].
Наряду с высокоинформативнымметодом МРТ такжебылипредложеныметодикиколичественнойоценкихрящевойткани МПД приультрасонографии[1,2,17]. Получениеколичественныхданныхоботраженииультразвуковогосигналаотструктурхрящевойткани, сопоставимых у различныхбольных, достаточносложен, посколькууровеньотраженияопределяетсянетолькосвойствамиткани, но и условиямипроведенияисследования. Объективность УЗ-диагностики, надежность ее результатов, интерпретацияУЗ-изображенийзависят отрядафакторов ихарактеристикобъекта (анатомическиеособенностипозвоночногостолба, пространственногорасположенияпозвоночно-двигательныхсегментов (ПДС), конституциональныеособенностипациента), опыта и квалификацииэксперта (врач УЗ-диагностики)[2,19].
Сегодняотмечается значительный прогресс и качественное усовершенствование УЗ-диагностики, чтопозволяетврачу-диагностумаксимально точно проследить структурные особенности не только паренхиматозных органов, но и костно-мышечную систему и хрящевую ткань, включая параметры межпозвонковых дисков [1-4,11,17].
Ранее нами проводилось УЗ-исследование отдельных ПДС и параметров МПД шейного и поясничного отделов позвоночника, подтверждающее надёжность метода УЗ-диагностики позвоночника [3]. Но предыдущее исследование проводилось на небольшой выборке пациентов, носило экспериментальный и несистемныйхарактер. Стоит упомянуть, что существующие трудности в корректной диагностике и интерпретации Т2-взвешенных МР-изображений МПД требуютбольшей детализации и уточнения характера изменений структур МПД, характерных для разных стадий дегенерации.Несмотря на высокую чувствительность, формирование картины «темного диска» на Т2-взвешенных изображениях, изменения имеют низкую специфичность [18]. Поэтому актуальность получаемых нами УЗ-данных приобретает новое значение в свете использования статистической модели и оценкикритерияκ(каппы - Cohen'skappa).Нынешнее наше исcледованиепроведеноне столько дляподтверждения воспроизводимостиметода УЗИ позвоночника, но и для выделения значимых, на наш взгляд, четырех егопараметров,приусловиисогласованностимеждудвумянаблюдателями – врачами УЗ-диагностики.
Причины проведения исследования:
- некорректная оценка структуры МПД;
- гипо-/гипердиагностика участков повреждения фиброзного кольца (ФК);
- сложности в дифференцировке участка грыжи диска с иными процессами (эпидуральный отек, гематома, фиброз/кальциноз, дисцит и др.).
Условия исследования
1. Оценка критерия κ (каппа-статистики) в оценке непараметрических данных УЗ-исследования (структура ПЯ, изменения ФК, наличие повреждения/разрыва ФК, высота МПД).
2. При проведении УЗ-исследования врачи-эксперты не обмениваются информацией, выполняя условия «слепого исследования». При завершении диагностики в ограниченной выборке больных и заполнении протоколов данные по оценке согласованности результатов анализировалисьтретьим участником с использованием статистики критерия κ.
3. Оценка УЗ-признаков проводится по отработанной методике исследования МПД, согласно стандартной подготовке УЗ-специалистов по диагностике патологии костно-мышечной системы.
Возможность использования улучшенныхпроцессов ультразвуковой визуализации предполагает объективнееи точнее оцениватьрезультаты исследования на примере поясничного отдела позвоночника [2,11,17,19].Представляется актуальным проведение УЗ-исследования структурно-морфологических процессов МПД методом согласованной оценки врачей, экспертов с опытом использования в практике методики УЗ-диагностикипоясничного отдела позвоночника.В связи с наибольшей частотой дегенеративного поражения в популяции МПД L5-S1, последний был выбран нами в качестве объекта исследования.
Цельисследования:объективизациявоспроизводимости метода УЗ-диагносткипри исследовании структуры пульпозного ядра, фиброзного кольца МПД L5-S1 (четыре показателя), на основании согласованностиврачей(экспертов).
Материал и методы
Исследование проводилось на базе филиала 67-й ГКБ им. Ворохобова, Центра мануальной терапии ДЗМ, в период с 2021 по 2023 гг., двумя врачами-экспертами – специалистами по УЗ-диагностике. Врачипроводили УЗ-исследованиепоясничногоотделапозвоночникапо предварительному согласию у одних и техжепациентов,каждый в своемкабинете. Данныетестирования (наличие- да / отсутствие - нет УЗ-признака) заносились в заранееподготовленныйпротокол (пример протокола - таблица 1). Обсуждениерезультатовдиагностикиврачамипроводилосьтолько в подготовительный (тренировочный) период. Во времяпроведениясамогоисследованияспециалисты УЗ-диагностикиинформациейо своих результатахнеобменивались. Призавершениидиагностики в ограниченнойвыборкебольных и заполнениипротоколовданныепередавалисьтретьемуучастнику, которыйпроводилоценкусогласованностиполученных данных исследователями, применяястатистикуκ (Cohen’sкappa)[9].
Таблица 1
Пример вариантов согласованности (n=4)
|
Протокол, исследователь |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Исследователь 1 |
да |
нет |
нет |
да |
|
Исследователь 2 |
да |
нет |
да |
нет |
УЗ-исследование поясничного отдела позвоночника проводилось в положении больного лежа на спине, натощак, через переднюю брюшную стенку.Былапроведена подробная оценка структуры МПД L5-S1 в сагиттальной и горизонтальной проекции[2,3,11]. Опыт при проведении данного обследования составлял более 10 лет у каждого из врачей, работающих в одном медицинском учреждении (ЦМТ), но в разных кабинетах на идентичных по классу УЗ-приборах.
Исследование было проведено 94 пациентам в возрасте от 20 до 65 лет. Пациенты - 37 мужчин и 57 женщин, сопоставимых по возрасту и полу, со спондилогенными болевыми синдромами поясничной локализации различной давности. При этом у всех отмечались те или иные изменения структуры МПДL5-S1.
С цельюстандартизацииметодабылпроведентренировочныйпериод, которыйзанял у нас10рабочихдней. Срокиразвития и течениязаболевания у пациентовразличалисьотнесколькихдней (дебют) до15 лет.
Предварительно52пациентапрошли МРТ-исследованиепоясничногоотделапозвоночникас целью верификации выявленных структурных изменений, чтопозволилонамсопоставить полученныеданныес УЗИ.
В процессе исследования производиласьоценкачетырех УЗ-признаков (тестов), структурнонаиболееизменчивыхи отражающих степень дегенерации МПД, с использованиемдихотомическогопринципа (да/нет):
Iтест- неоднородность/перемещение ПЯ.
IIтест - истончение ФК.
IIIтест- разрыв/повреждение/”трещина” ФК.
IVтест- снижениевысоты МПД.
Тестрасценивалсякак«позитивный»,есливрач-экспертвыявлялопределенный признак в исследованном МПД. Если структурных измененийпо каждому из признаков отмечено не было, тотестрасценивалсякак«негативный».
Критериивключения:любыепациенты с различным болевымсиндромом в областипоясничногоотделапозвоночника разной давностии предполагаемыми УЗ-признаками структурных изменений МПД L5-S1.
Критерии исключения: пациенты, по разным причинам отказавшиеся от исследования, пациенты с сопутствующими заболеваниями (туберкулез, психические заболевания, онкологические заболевания и пр.).
Порядок проведения исследования:
Длярасчетакритерияκполученныеданныезаносились в«ячейки» a,b,c,dконтингентнойтаблицы.
Значения ячеек в табл. 2:
a-числослучаев, когдаобаисследователясогласованновыявилиналичиесимптома;
d- числослучаев, когдаобаспециалистаустановилиотсутствиепризнака.
b- числослучаев, когдаисследовательАневыявилпатологическихизменений, а исследовательБ – выявил;
c-число, отражающееслучаи, когдаисследовательАвыявилпатологическийпризнак, а исследовательБ – невыявил.
Первыйврач (исследовательА), обследуябольного, проводил УЗ-исследованиезаданныхпараметров и заносилданные (наличие / отсутствиеУЗ-признака) в своипротоколы(4 протоколанакаждый УЗ-признак). Второйврач (исследовательБ), обследуятогожебольного, проводилтожеУЗ-исследование изаносилданные (наличие / отсутствиеУЗ-признака) в свои4 протокола, такжепокаждомупризнаку.
Таблица 2
Матрицаэкспертныхоценокдлярасчетастатистикиκ
|
|
Исследователь А |
||
|
Да |
Нет |
||
|
Исследователь Б |
Да |
a |
b |
|
Нет |
c |
D |
|
По завершении исследования, когда были осмотрены все больные, врачи УЗ-диагностики, не сверяя полученных данных, отдавали протоколы третьему участнику (исследователю В), проводящему статистическую обработку полученного материала [3,11].
Результаты
В представленных таблицах рассчитаны четыре УЗ-признака МПД L5-S1. При этом каждое исследование проводилось в сагиттальной и фронтальной плоскостях с параллельной оценкой окружающих диск тканей и структур (связочный аппарат, эпидуральная клетчатка, позвоночный канал).
Таблица 3
Экспертные оценкиУЗ-признаков неоднородности/перемещения ПЯ (n=94)
|
Неоднородность/перемещение ПЯ |
Исследователь 1 |
|
||
|
|
Да |
Нет |
|
|
|
Исследователь 2 |
Да |
a да/да - 32 |
b да/нет - 12 |
44 |
|
Нет |
c нет/да - 14 |
d нет/нет - 36 |
50 |
|
|
|
|
46 |
48 |
94 |
Расчетобщейсогласованностиисследователей (overallagreement) P0выполнялся последующейформуле:
P0= ,n - число тестов, проведенных каждым исследователем (n=94).
P0 = = 32+36/94 = 0,72;т.е, общая согласованность мнений участников исследования составила 72%.
Расчет ожидаемой согласованности Pcпроводился по формуле:
Pc= .
|
Pc = |
32+12 |
x |
32+14 |
x |
14+36 |
x |
12+36 |
= 0,06 |
|
94 |
94 |
94 |
94 |
Критерий κ рассчитывали по формуле:
=
.
В нашем примере значение критерия (статистики) составило:
|
κ= |
0,72 - 0,06 |
= 0,66 |
|
1 - 0,06 |
=
.
Полученное значение критерия κ(эмпирическое) сопоставляли с рядами критических значений по следующему правилу(см. табл. 4, разработаннуюLandis и Koch в 1977 г.) [12].
Таблица 4
Критические значения статистики κ(kappa)
|
Диапазон значений |
Согласованность - уровень достоверности |
|
|
Менее 0,00 |
Недостаточное |
Poor |
|
0,00 – 0,20 |
Незначительное |
Slight |
|
0,21 – 0,40 |
Удовлетворительное |
Fair |
|
0,41 – 0,60 |
Умеренное |
Moderate |
|
0,61 – 0,80 |
Значимое |
Substantial |
|
0,81 – 1,00 |
Точное |
Almost perfect |
Определения:
- Po = наблюдаемаяпропорциясогласованности (observed proportion of agreement);
- Pc = ожидаемаяслучайно, пропорциясогласованности (proportion of agreement, expected by chance);
- P = (распространенность) prevalence;
- κ = (kappa)коэффициентсогласованности (coefficient of agreement, corrected for the chance).
Таблица 5
Экспертные оценки УЗ-признаков истончения ФК (n=94)
|
Истончение ФК |
Исследователь 1 |
|
||
|
|
Да |
Нет |
|
|
|
Исследователь 2 |
Да |
a да/да - 57 |
b да/нет - 11 |
68 |
|
Нет |
c нет/да - 17 |
d нет/нет - 9 |
26 |
|
|
|
|
74 |
20 |
94 |
P0= 0,7 (общая согласованность 70%);Pc = 0,03;κ = 0,69
Таблица 6
Экспертные оценки УЗ-признаков разрыва/повреждения ФК (n= 94)
|
Разрыв/повреждение ФК |
Исследователь 1 |
|
||
|
|
Да |
Нет |
|
|
|
Исследователь 2 |
Да |
a да/да - 17 |
b да/нет - 19 |
36 |
|
Нет |
c нет/да - 23 |
d нет/нет - 35 |
58 |
|
|
|
|
40 |
54 |
94 |
P0= 0,55 (общая согласованность 55%);Pc = 0,06;κ = 0,5
Таблица 7
Экспертные оценки УЗ – признаков снижения высоты МПД (n= 94)
|
Истончение ФК |
Исследователь 1 |
|
||
|
|
Да |
Нет |
|
|
|
Исследователь 2 |
Да |
a да/да - 39 |
b да/нет - 7 |
46 |
|
Нет |
c нет/да - 12 |
d нет/нет - 36 |
48 |
|
|
|
|
51 |
43 |
94 |
P0= 0,79 (общая согласованность 79%);Pc = 0,06;κ = 0,78
График 1
Сравнение данных общей согласованности и коэффициента согласованности κдля всех четырех УЗ-признаков
Полученные показатели согласованности на достаточно большой выборке пациентов в нашем исследовании выявили несколько закономерностей. Наиболее точный и анатомически устойчивый признак в виде снижения высоты МПД имел значимый показатель среди экспертов (κ = 0,78), по сравнению с другими четырьмя, что подтверждает эффективность УЗ-диагностики, как достаточно эффективного и практичного скрининг-метода диагностики.
УЗ-изображение и рисунок МПД L5-S1–1(сагиттальная проекция)
|
|
|
|
ПК – позвоночный канал
УЗ-изображение и рисунок МПД L5-S1 – 2. (фронтальная проекция).
ВыявлениеУЗ-признаков разрыва/повреждения/”трещины” ФК, не такой уж частый дегенеративный признак МПД.Результаты согласованности по этому показателю у УЗ – исследователей соответствовали κ = 0,5 (уровень достоверности - умеренный).Притом, что образование структурных и анатомических особенностей участков повреждения ФК(разные формы разрывов, локальный или обширный участок повреждения/”трещины”, давность процесса и др.)требуют детальной оценки.Это связано с регистрацией сигналов различной степениэхогенности и интенсивности со структур ПЯ и ФК. Причиной таких различий мы видим в фазе и степени выраженности воспалительных процессов в МПД, по аналогии с изменениями типа ModicI,II. Т.е. наличие выраженного гипоэхогенного сигнала с заднего контура ФК при “свежем” повреждении отличим от гиперэхогенного сигнала с ПЯ (рис. 2). И, наоборот, гиперэхогенные включения ФК в месте “старого” разрыва свидетельствуют о начале фибротизации и резорбтивных процессов в МПД, соответствующих изменениям типа ModicIII. Данные наблюдения важны в динамике, с целью уточнения и определения последующего терапевтического подхода.
Заключение
Изученные изменения МПДметодом УЗИ, вероятно, являются чем-то большим, чем просто выбором методики,ее воспроизводимости, надежностью оценки согласованностимежду экспертами. В данном случае, это результат объективизациидегенеративных процессов у пациентов с болью в нижней части спины на примере МПД L5-S1, как наиболее подверженного дегенеративно-дистрофическим изменениям диска в популяции.Выявляемые доказанные изменения в структуре МПД, представляют собой основную патологию, которая должна быть мишенью для терапии. Применение ультразвуковых методов позволяет детально визуализировать изменения структуры МПД (проекцию и размеры участков повреждений/трещин/разрывов ФК). Определение давности процессов повреждения/разрывов ФК, фазы воспалительных процессов в МПД, описываемых при наличии т.н. «трещин» задача последующих исследований, с целью улучшения описания выявляемых патологических изменений диска, что важно в организацииединого диагностического подходаи выбранной тактики лечения.
1. Vdovichenko VA. Echographic videodensitometry of intervertebral discs in complex X-ray diagnostics of spinal osteochondrosis. Cand. Sci. (Med.) Thesis. Kazan; 2021:22. (In Russ.)
2. Kinzersky AYu, Medvedev DV, Burulev AL. Ultrasonography of the spine. Chelyabinsk: Ieroglif Publishing House; 2001. 164 p. (In Russ.)
3. Kuzminov KO, Bakhtadze MA, Laushkin SI. The reproducibility of ultrasound diagnostics of the spine in patients with cervical and lumbar pain syndrome: the experience of kappa-statistics application. Manualnaya Terapiya = Manual Therapy. 2012;1(45):48-55. (In Russ.)
4. Makina SK, Drobyshev VA. Comparative characteristics of intervertebral disc ultrasonography in the rehabilitation of patients with lumbosacral dorsopathy. Meditsina i Obrazovanie v Sibiri = Medicine and Education in Siberia. 2013:3. (In Russ.)
5. Sitel AB, Kuzminov KO, Kanaev SP, Nikonov SV, Belyakov VV. Compression syndromes in disco-radicular conflict in patients with intervertebral disc lesions. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii im. S.S. Korsakova = S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2009;6:24-26. (In Russ.)
6. BrinjikjiW, LuetmerPH, ComstockB, BresnahanBW, ChenLE, DeyoRA, HalabiS,TurnerJA, AvinsAL, JamesK, WaldJT, KallmesDF,JarvikJG. Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations.Am J Neuroradiol. 2015 Apr;36(4):811-6. DOI:https://doi.org/10.3174/ajnr.A4173
7. Carpentier M, Combescure C, Merlini L, Perneger TV. Kappa statistic to measure agreement beyond chance in free-response assessments.BMC Med Res Methodol. 2017 Apr 19;17(1):62. DOI:https://doi.org/10.1186/s12874-017-0340-6
8. Dudli S, Fields AJ, Samartzis D, Karppinen J, Lotz JC.Pathobiology of Modic changes.Eur Spine J. 2016 Nov;25(11):3723-3734. DOI:https://doi.org/10.1007/s00586-016-4459-7
9. Haas M. How to evaluate intra-examiner reliability using an intra-examiner reliability study design. JMPT. 1995;18(1):10-15.
10. Kirnaz S, Capadona C, Wong T, Goldberg JL, Medary B, Sommer F, McGrath LB Jr, Härtl R. Fundamentals of Intervertebral Disc Degeneration.World Neurosurg. 2022 Jan:157:264-273. DOI:https://doi.org/10.1016/j.wneu.2021.09.066
11. KuzminovKO, Bakhtadze MA, Laushkin SI. Ultrasound studies of some lumbar spine structures. Proceedings of FIMM International Academy Conference. Amsterdam; 2010.
12. Landis JR, Koch GG. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 1977;33:159-174.
13. Milette PC, Fontaine S, Lepanto L, et al. Differentiating lumbar disc protrusions, disc bulges, and discs with normal contour but abnormal signal intensity. Spine. 1999;24:44–53.
14. Modic MT. Degenerative disorders of the spine. In: Magnetic resonance imaging of the spine. New York: Yearbook Medical, 1989:83–95.
15. Pfirrmann CW, Metzdorf A, Zanetti M, et al. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine. 2001;26:1873–8.
16. Schellhas KP, Pollei SR, Gundry CR, et al. Lumbar disc high intensity zone. Correlation of magnetic resonance imaging and discography. Spine. 1996;21:79–86.
17. Tervonen O, Lahde S, Vanharanta H. Ultrasound diagnosis of lumbar disc degeneration. Comparison with computed tomography/discography. Spine.1991 Aug;16(8):951-4.
18. Zhang YG, Guo TM, Guo X, Wu SX. Clinical diagnosis for discogenic low back pain.Int.J.Biol.Sci. 2009;5(7):647–658.
19. Yrjӓmӓ M, Tervonen O, Vanharanta H. Ultrasonic imaging of lumbar discs combined with vibration pain provocation compared with discography in the diagnosis of internal annular fissures of the lumbar spine.Spine. 1996;21(5):571-575.
