
模拟使用鼠标时不同腕位用力对腕管内正中神经、肌腱及韧带的影响。
2017年6至11月温州医科大学数字化医学研究所和温州医科大学附属第一医院超声影像科选取49名18~27岁健康青年志愿者,共98例手,其中男24名(48例手),女25名(50例手)。通过美国GE公司LOGIQ E9超声诊断仪结合德国Zebris公司足底压力分布测量系统实时同步连续观测三个手部体位(正常超声检查体位、模拟垂直用力握鼠标体位、模拟横向用力握鼠标体位),在自然(0 N)与用力(25 N、50 N)状态下观察腕管内神经、肌腱与韧带的17个参数,采用多元广义估计方程模型(GEE)进行两因素方差分析。
随着压力的增加(0、25、50 N),正中神经与腕横韧带之间的距离均<0.2 cm。正中神经与拇长屈肌的距离在不同压力下和不同体位下,以及正中神经与拇长屈肌及第2、3指浅屈肌组中点的三角形顶角在不同压力下和不同体位下差异均有统计学意义(均P<0.01)。腕管内其他结构参数随着压力的变化不明显(均P>0.05)。
腕横韧带对正中神经的卡压属于压力性挤压激惹,拇长屈肌对正中神经的影响属于张力性牵拉激惹,指浅屈肌对正中神经的影响属于混合性剪切激惹。
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腕管综合征(carpal tunnel syndrome,CTS)是手外科常见的腕管部位周围神经卡压征[1]。凡是挤压或缩小腕管容量的因素均可压迫正中神经而引发CTS[2]。而日常长时间使用键盘与鼠标姿势不当造成慢性积累性损伤,也可诱发CTS。目前临床上对于CTS的诊断,高频超声具有重要的辅助作用[3]。LOGIQ E9超声诊断仪是目前国际最先进的大型超声诊断设备,具有高分辨率、无辐射的优点,可较精确地测量出正中神经与相邻的肌腱、韧带之间的各种参数。目前国内外开展动态状态下手部超声诊断的研究尚不多见。本研究意图通过设计、模拟正常超声检查体位、垂直用力握鼠标体位、横向用力握鼠标体位下腕管内神经、肌腱、韧带发生的动态变化,采用LOGIQ E9超声诊断仪和Zebris足底压力分布测量系统实时同步连续测量腕管结构参数指标,分析自然体检状态和两种使用鼠标用力状态对腕管内部神经、肌腱、韧带的影响。
2017年6至11月在温州医科大学数字化医学研究所和温州医科大学附属第一医院超声影像科选取49名年龄在18~27岁健康青年志愿者,共98例手,其中男24名(48例手),女25名(50例手);年龄(21.0±1.8)岁,体重(56±9) kg,身高(1.67±0.08) m,体质指数(BMI)(20.2±2.5) kg/m2。本研究获得了温州医科大学伦理委员会的批准。
志愿者纳入标准:(1)临床无CTS症状,且经肌电图检查无异常;(2)发育良好,无腕部骨折外伤史,无外观畸形。排除标准:(1)明显肥胖,BMI≥30 kg/m2;(2)有可能诱发CTS的外伤史,如Colles或Smith桡骨骨折、错位;(3)有可能诱发CTS的全身性代谢紊乱性疾病,如糖尿病、风湿、高血压、酒精中毒等。
采用美国GE公司LOGIQ E9超声诊断仪结合德国Zebris公司足底压力分布测量系统对腕管内部神经、肌腱及韧带结构,在不同手部体位及不同用力状态下(0、25、50 N)进行实时同步连续测量。
压力测量采用德国Zebris公司足底压力分布测量系统,检测到足底(手掌)压力的大小,通过计算机显示不同时间下压力的变化线图。超声测量采用美国GE公司LOGIQ E9超声诊断仪(图1A),该设备可对大量成像参数实现动态优化,将超声图像与其他成像技术如CT和MR的图像融合,能较精确地测量腕管内部神经、肌腱及其附属结构的参数指标。


检查部位为腕管近端的豌豆骨截面,手部体位设计有3种:(1)手部正常超声检查体位(体位①下,模拟不用力虚握鼠标,手掌朝上,与实际手握鼠标姿势相差180°)(图1B);(2)模拟垂直用力握鼠标体位(体位②下,掌指关节紧贴鼠标正上面,掌面呈水平面,并用90°直尺紧贴前臂,前臂呈铅垂线,使其垂直施加压力)(图1C);(3)模拟横向用力握鼠标体位(体位③下,手握鼠标掌面与水平面垂直,与实际手握鼠标姿势相差90°,掌指关节斜下用力,同时用45°三角尺一端紧贴第五掌指关节,另一端紧贴尺骨鹰嘴,使手臂与水平面保持45°)(图1D)。鼠标型号为华硕UT220收线蓝光光学鼠标,长宽高分别为95、57、36 mm。手部三种体位均置于水平放置的Zebris压力测试板上的鼠标垫,LOGIQ E9超声诊断仪的超声探头均垂直置于腕管近端的掌侧部位,微调方向直至超声显示屏对象图像清晰可见。
测量前培训志愿者,适应三种体位下的实验流程,拍摄实验图。实验按体位①、②、③的顺序进行。首先测量体位①,按常规超声检查指南测量豌豆骨截面的腕管内神经肌腱及其附属结构指标。其次,测量体位②、③。测量时,超声仪、压力测量仪操作者及志愿者准备就绪。(1)超声仪操作者发号施令,志愿者和压力测量仪及超声仪操作者同时开始实验,实时同步。志愿者在压力测量仪上缓慢加力,20 s内由0 N加到50 N并维持数秒。(2)压力测量仪操作者在压力测量系统中找到0、25、50 N对应的时间节点,并告知超声仪操作者(图1E)。(3)超声仪操作者根据对应时间节点在超声仪上分别测量各指标数值。每次实验开始前令志愿者微动拇指、第2至第5手指并观察超声仪屏幕中对应的部位,以明确测试部位的正确位置,并记录。
腕管内部神经、肌腱及其附属结构共有17个指标(图2),所有周长、长径、短径、距离等长度单位为厘米(cm),面积单位为平方厘米(cm2):(1)正中神经4个指标:周长C、面积A、长径d1、短径d2(cm);用LOGIQ E9超声诊断仪黄色虚线圈出,位于最靠近腕横韧带下方的低密度椭圆形1。(2)拇长屈肌4个指标:周长C、面积A、长径d1、短径d2(cm);用LOGIQ E9超声诊断仪左侧黄色虚线圈出,位于下方左侧的低密度椭圆形2。(3)指浅屈肌组4个指标(将与正中神经相邻的第2、3指浅屈肌看作一个指浅屈肌组):周长C、面积A、长径d1、短径d2;用LOGIQ E9超声诊断仪右侧黄色虚线圈出,位于下方右侧的低密度椭圆形3(包含第2、3指浅屈肌)。(4)正中神经与腕横韧带的距离D1:指从正中神经椭圆中心至垂直于腕横韧带的距离的黄色线段4。(5)正中神经与拇长屈肌的距离D2:指正中神经椭圆中心至拇长屈肌椭圆中心的距离的黄色线段5。(6)正中神经与指浅屈肌组的距离D3:指正中神经椭圆中心至指浅屈肌组椭圆中心(即第2、第3指浅屈肌的中点)的距离的黄色线段6。(7)指浅屈肌组和拇长屈肌的距离D4:指浅屈肌组椭圆中心至拇长屈肌椭圆中心的距离的黄色线段7。(8)正中神经与拇长屈肌及指浅屈肌组围成的三角形顶角α1(°):指正中神经椭圆中心、拇长屈肌椭圆中心、指浅屈肌组椭圆中心围成的三角形的顶角,位于正中神经黄色椭圆内。


采用Excel构建原始资料数据库,使用SAS 9.4中文版进行数据管理和分析。两因素方差分析研究体位、压力及两者间的交互作用对腕管内神经、肌腱与韧带的17个观察指标的影响,多元广义估计方程模型(GEE)分析不同体位、不同压力与观察指标的关系,所有检验均为双侧,P<0.05表示差异有统计学意义。
实验发现正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组的周长C、面积A、长径d1、短径d2,正中神经与指浅屈肌组的距离D3,拇长屈肌与指浅屈肌组的距离D4,均随着压力变化不明显(F=0.02~6.47,均P>0.05),对腕管的影响较小(表1,表2)。

不同体位与不同压力下正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组等的参数指标测量结果(
±s)
不同体位与不同压力下正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组等的参数指标测量结果(
±s)
| 观察指标 | 压力 | 变量来源 | 自由度 | 离均差平方和 | F值 | P值 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 N | 25 N | 50 N | ||||||
| 正中神经C:体位① | 1.077±0.127 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.05 | 1.12 | 0.327 |
| 正中神经C:体位② | 1.042±0.126 | 1.039±0.115 | 1.068±0.128 | 体位 | 2 | 2.30 | 56.47 | <0.001 |
| 正中神经C:体位③ | 1.154±0.168 | 1.189±0.154 | 1.179±0.171 | 压力 | 2 | 0.07 | 1.62 | 0.199 |
| 正中神经A:体位① | 0.068±0.015 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.21 | 0.814 |
| 正中神经A:体位② | 0.070±0.016 | 0.070±0.016 | 0.071±0.018 | 体位 | 2 | 0.00 | 0.29 | 0.745 |
| 正中神经A:体位③ | 0.069±0.019 | 0.071±0.018 | 0.071±0.019 | 压力 | 2 | 0.00 | 0.32 | 0.730 |
| 正中神经d1:体位① | 0.470±0.069 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.01 | 1.10 | 0.333 |
| 正中神经d1:体位② | 0.432±0.071 | 0.432±0.066 | 0.450±0.074 | 体位 | 2 | 1.23 | 96.82 | <0.001 |
| 正中神经d1:体位③ | 0.522±0.098 | 0.536±0.083 | 0.530±0.092 | 压力 | 2 | 0.02 | 1.27 | 0.281 |
| 正中神经d2:体位① | 0.183±0.034 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.33 | 0.717 |
| 正中神经d2:体位② | 0.208±0.043 | 0.208±0.042 | 0.204±0.051 | 体位 | 2 | 0.19 | 52.27 | <0.001 |
| 正中神经d2:体位③ | 0.171±0.044 | 0.171±0.040 | 0.172±0.040 | 压力 | 2 | 0.00 | 0.13 | 0.877 |
| 拇长屈肌C:体位① | 0.991±0.093 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.03 | 0.966 |
| 拇长屈肌C:体位② | 1.019±0.139 | 1.001±0.123 | 1.017±0.132 | 体位 | 2 | 0.17 | 6.47 | 0.002 |
| 拇长屈肌C:体位③ | 1.044±0.107 | 1.021±0.099 | 1.036±0.106 | 压力 | 2 | 0.04 | 1.68 | 0.188 |
| 拇长屈肌A:体位① | 0.076±0.014 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.17 | 0.846 |
| 拇长屈肌A:体位② | 0.080±0.015 | 0.078±0.013 | 0.081±0.015 | 体位 | 2 | 0.00 | 5.75 | 0.003 |
| 拇长屈肌A:体位③ | 0.083±0.016 | 0.080±0.015 | 0.083±0.016 | 压力 | 2 | 0.00 | 1.86 | 0.156 |
| 拇长屈肌d1:体位① | 0.354±0.047 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.06 | 0.944 |
| 拇长屈肌d1:体位② | 0.374±0.055 | 0.363±0.052 | 0.370±0.054 | 体位 | 2 | 0.05 | 8.33 | <0.001 |
| 拇长屈肌d1:体位③ | 0.383±0.058 | 0.371±0.054 | 0.376±0.054 | 压力 | 2 | 0.01 | 2.18 | 0.114 |
| 拇长屈肌d2:体位① | 0.274±0.029 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.02 | 0.979 |
| 拇长屈肌d2:体位② | 0.273±0.033 | 0.274±0.033 | 0.279±0.034 | 体位 | 2 | 0.00 | 0.22 | 0.806 |
| 拇长屈肌d2:体位③ | 0.275±0.031 | 0.275±0.032 | 0.281±0.031 | 压力 | 2 | 0.00 | 2.07 | 0.127 |
| 指浅屈肌C:体位① | 1.449±0.187 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.02 | 0.980 |
| 指浅屈肌C:体位② | 1.471±0.173 | 1.490±0.198 | 1.496±0.178 | 体位 | 2 | 0.06 | 0.74 | 0.480 |
| 指浅屈肌C:体位③ | 1.483±0.214 | 1.494±0.215 | 1.500±0.247 | 压力 | 2 | 0.05 | 0.55 | 0.577 |
| 指浅屈肌A:体位① | 0.132±0.023 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.11 | 0.900 |
| 指浅屈肌A:体位② | 0.128±0.023 | 0.131±0.026 | 0.133±0.025 | 体位 | 2 | 0.06 | 3.77 | 0.023 |
| 指浅屈肌A:体位③ | 0.152±0.154 | 0.147±0.113 | 0.150±0.123 | 压力 | 2 | 0.00 | 0.04 | 0.965 |
| 指浅屈肌d1:体位① | 0.623±0.086 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.18 | 0.832 |
| 指浅屈肌d1:体位② | 0.636±0.106 | 0.643±0.115 | 0.644±0.102 | 体位 | 2 | 0.03 | 1.18 | 0.309 |
| 指浅屈肌d1:体位③ | 0.643±0.113 | 0.644±0.105 | 0.658±0.106 | 压力 | 2 | 0.01 | 0.57 | 0.566 |
| 指浅屈肌d2:体位① | 0.270±0.034 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.42 | 0.658 |
| 指浅屈肌d2:体位② | 0.260±0.044 | 0.262±0.041 | 0.265±0.042 | 体位 | 2 | 0.01 | 2.44 | 0.088 |
| 指浅屈肌d2:体位③ | 0.261±0.064 | 0.272±0.061 | 0.272±0.057 | 压力 | 2 | 0.01 | 1.38 | 0.253 |
注:周长C(cm)、面积A(cm2)、长径d1(cm)、短径d2(cm);体位①为正常超声检查体位,体位②为模拟垂直用力握鼠标体位,体位③为模拟横向用力握鼠标体位;-:无数据

不同体位与不同压力下腕横韧带、正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组等相互关系的测量结果(
±s)
不同体位与不同压力下腕横韧带、正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组等相互关系的测量结果(
±s)
| 观察指标 | 压力 | 变量来源 | 自由度 | 离均差平方和 | F值 | P值 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 N | 25 N | 50 N | ||||||
| D1:体位① | 0.153±0.028 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.09 | 0.916 |
| D1:体位② | 0.169±0.041 | 0.172±0.045 | 0.169±0.049 | 体位 | 2 | 0.12 | 40.55 | <0.001 |
| D1:体位③ | 0.139±0.033 | 0.143±0.036 | 0.142±0.033 | 压力 | 2 | 0.00 | 0.30 | 0.738 |
| D2:体位① | 0.515±0.118 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.05 | 0.948 |
| D2:体位② | 0.444±0.125 | 0.479±0.158 | 0.505±0.182 | 体位 | 2 | 1.82 | 27.74 | <0.001 |
| D2:体位③ | 0.548±0.195 | 0.595±0.221 | 0.616±0.235 | 压力 | 2 | 0.42 | 6.44 | 0.002 |
| D3:体位① | 0.292±0.050 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.00 | 0.19 | 0.829 |
| D3:体位② | 0.349±0.092 | 0.354±0.095 | 0.357±0.095 | 体位 | 2 | 0.20 | 12.95 | <0.001 |
| D3:体位③ | 0.322±0.079 | 0.329±0.095 | 0.341±0.100 | 压力 | 2 | 0.02 | 1.18 | 0.307 |
| D4:体位① | 0.511±0.067 | - | - | 体位*压力 | 2 | 0.01 | 0.46 | 0.632 |
| D4:体位② | 0.542±0.095 | 0.538±0.106 | 0.540±0.106 | 体位 | 2 | 0.08 | 4.60 | 0.010 |
| D4:体位③ | 0.540±0.097 | 0.524±0.096 | 0.519±0.096 | 压力 | 2 | 0.02 | 0.87 | 0.418 |
| α1:体位① | 72.35±23.14 | - | - | 体位*压力 | 2 | 416.41 | 0.30 | 0.742 |
| α1:体位② | 83.22±23.96 | 77.38±24.85 | 72.75±24.23 | 体位 | 2 | 34 999.80 | 25.04 | <0.001 |
| α1:体位③ | 70.07±29.96 | 62.31±29.27 | 55.48±28.71 | 压力 | 2 | 15 441.56 | 11.05 | <0.001 |
注:正中神经与腕横韧带的距离D1(cm),正中神经与拇长屈肌的距离D2(cm),正中神经与指浅屈肌组的距离D3(cm),拇长屈肌与指浅屈肌组的距离D4(cm),正中神经与拇长屈肌及指浅屈肌组围成的三角形顶角α1(°);体位①为正常超声检查体位,体位②为模拟垂直用力握鼠标体位,体位③为模拟横向用力握鼠标体位;-:无数据
GEE分析校正后结果表明,正中神经与腕横韧带的距离D1均<0.2 cm。以压力为变量,对D1在不同体位下分析,发现D1随压力变化不明显(P>0.05);但以体位为变量,对D1在不同压力下分析,发现体位对D1有一定影响(P<0.01)。同时,压力与体位的交互作用分析,发现两者为互不干扰的独立变量(P=0.916,表2)。
以压力为变量,对正中神经与拇长屈肌的距离D2在不同体位下分析,发现D2随压力变化明显(P<0.05);且以体位为变量,对D2在不同压力下分析,发现体位对D2也有一定影响(P<0.01)。同时,压力与体位的交互作用分析,发现两者为互不干扰的独立变量(P=0.948,表2)。
以压力为变量,对正中神经与拇长屈肌及指浅屈肌组围成的三角形顶角α1在不同体位下分析,发现α1随压力变化明显(P<0.05);且以体位为变量,对α1在所有不同压力下分析,发现体位对α1也有一定影响(P<0.01)。同时,压力与体位的交互作用分析发现,说明两者为互不干扰的独立变量(P=0.742,表2)。
CTS为正中神经在腕部受卡压而引起手部感觉异常和迟钝等一系列症状和体征[1,4,5]。CTS发病与慢性损伤有关,腕关节和手指反复伸屈过度容易发病[6]。由于现代社会使用计算机键盘和鼠标的概率大大增加,手部不当姿势可能导致腕管压力(CTP)升高从而引发CTS,这一类CTS俗称"鼠标手"[6]。在CTS的诊断检查方法中,高频超声是重要的检查方法之一[7,8],其灵敏度为71.6%~83.6%,特异度为78.9%~94.8%[9],接近电生理检查(灵敏度80%~90%,特异度95%)[10]。静态超声显像已经被广泛用于CTS的研究,CTS患者正中神经区域超声表现与神经传导检查的结果有很强的相关性[11,12,13]。
文献报道CTS患者钩骨钩水平腕横韧带的厚度术中直接测量结果为(0.40±0.08) cm,而健康人群为(0.29±0.07) cm[14]。本研究中测得正常人群正中神经的短径厚度为(0.18±0.03) cm,长径厚度为(0.47±0.07) cm,而正中神经与腕横韧带的距离均<0.2 cm量级。使用鼠标时,腕管掌侧一般挤压鼠标垫,腕管掌侧体表压力作用于腕横韧带后,较易通过腕管内充满的结缔组织和组织液传导到正中神经,长期作用易导致正中神经卡压损伤,这属于压力性挤压激惹损伤机制。
本研究GEE分析结果表明,在手部用力体位状态下,正中神经与拇长屈肌的距离随压力增加而明显拉长;而且不同体位之间差异也较显著。这表明在手部用力状态下,压力和体位对正中神经与拇长屈肌的距离产生较大的影响。拇长屈肌通过拉力的传递作用对正中神经造成张力性牵拉激惹损伤。此外,正中神经与指浅屈肌组及拇长屈肌之间的夹角,随着手部压力增加均呈现出明显减小趋势;且不同体位之间差异亦显著。这表明腕管体表压力和体位对这个夹角产生较大的影响,从而使第2、第3指浅屈肌组对正中神经产生了剪切力,所引发的正中神经损伤属于混合性剪切激惹损伤机制。
正中神经、拇长屈肌、指浅屈肌组三者围成的腕管内"激惹三角形",对CTS的发生具有重要意义。"激惹三角形"的顶角减小,表明三角形乃至整个腕管受到了尺侧与桡侧的双侧剪切挤压作用,导致整个腕管横截面积减小,进一步造成腕管内产生即时内压升高。而CTS的发生机制是持续的腕管内高压,若腕管内压力超过40 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)[4],可影响神经内微循环静脉回流,导致静脉淤滞,引起神经内膜水肿和组织渗透性降低。神经外膜和神经束间质也可发生水肿,导致神经膜纤维化增厚[4]。这是CTS发生的混合性激惹损伤的生物力学基础。
感谢王正国院士、戴尅戎院士、李兰娟院士、郑进佑教授在活体数字人、活体生物力学、数字化医学、骨科临床研究领域中给予学术指导。感谢约翰霍普金斯大学公共卫生学院毛广运教授在数据统计学分析中给予技术指导,温州医科大学本科生严镱展和加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学本科生陈娜分别在实验实施和英文编辑中给予帮助





















