Hochfrequenzsonographie der Äste des Nervus digitalis und des Nervus palmaris bei peripheren Nervenerkrankungen

Zusammenfassung

Das vorliegende Protokoll beschreibt die hochfrequente neuromuskuläre Sonographie der digitalen und palmaren Äste des Nervus medianus und des Nervus ulnaris, die bei der Lokalisierung von peripheren Nervenerkrankungen helfen und zur Beurteilung von Verletzungen des digitalen Nerven angepasst werden kann.

Zusammenfassung

Der Ultraschall des peripheren Nerven ist ein etabliertes bildgebendes Verfahren zur Beurteilung bestimmter Erkrankungen des peripheren Nerven. Es besteht jedoch eine schlechte Korrelation zwischen Ultraschallanomalien peripherer Nerven und elektrodiagnostischen oder klinischen Hinweisen auf einen axonalen Verlust. Dies ist eine signifikante Einschränkung des Ultraschalls des peripheren Nerven, da viele Erkrankungen des peripheren Nerven, die im klinischen Umfeld auftreten, mit dem Verlust des Axons zusammenhängen. Darüber hinaus korreliert der klinische und elektrodiagnostische Nachweis eines axonalen Verlusts direkt mit einer Behinderung bei allen peripheren Nervenerkrankungen. Aufgrund der in elektrodiagnostischen Studien häufig auftretenden Bodeneffekte sind diese Korrelationen sowie endgültige Diagnosen jedoch oft eine Herausforderung. Daher sind bildgebende Verfahren, die mit dem axonalen Verlust korrelieren, unerlässlich, um den Nutzen des peripheren Nervenultraschalls als potenziellen Biomarker für periphere Nervenerkrankungen zu erweitern. Mit neuen technologischen Fortschritten und den ständig wachsenden Bildgebungsmöglichkeiten des Hochfrequenzultraschalls können die palmaren und digitalen Nervenäste der Hand auch mit Point-of-Care-Ultraschallgeräten mit außergewöhnlich hoher Auflösung abgebildet werden. Ihre oberflächlichen und distalsten anatomischen Lokalisationen sind ideal für die Beurteilung von Polyneuropathien, da diese Äste am frühesten während des Axonverlustes degenerieren. Es gibt jedoch keine Studien, in denen diese Nervenäste systematisch untersucht wurden, um festzustellen, ob sie mit Ultraschall reproduzierbar gemessen werden können. Das aktuelle Protokoll wurde für die systematische Beurteilung von Querschnittsflächen des Nervus medianus und des Nervus ulnaris in der Handfläche und den Fingern der Hand angepasst. Dieses Protokoll liefert Referenzdaten für eine Untergruppe von Nerven, die hohe Intraklassen-Korrelationskoeffizienten zwischen drei separaten Ultraschallgeräten aufweisen. Als Proof of Concept und zur Demonstration der klinischen Anwendungen dieses Protokolls werden schließlich repräsentative Daten von Personen mit genetisch bestätigten vererbten Polyneuropathien mit etablierten normativen Daten verglichen, um Querschnittsflächenunterschiede zu untersuchen.

Einleitung

Die Ausweitung des klinischen Ultraschalls zur Beurteilung peripherer Nerven und Muskeln hat die Fähigkeit zur Diagnose neuromuskulärer Erkrankungen erheblich verbessert¹. In den letzten 2 Jahrzehnten hat sich Ultraschall zu einem Werkzeug entwickelt, um anatomische Veränderungen im neuromuskulären System, die mit pathologischen Prozessen korrelieren, direkt abzubilden. Ultraschall wird am häufigsten mit der klinischen Anamnese und Untersuchung kombiniert, um weitere Details zu liefern oder elektrodiagnostische Studien zu unterstützen, die als Goldstandard-Äquivalent für die Diagnose der peripheren Nervenerkrankung gelten². In einigen Fällen von fokalen Neuropathien wie dem Karpaltunnelsyndrom kann Ultraschall anstelle von elektrodiagnostischen Ergebnissen mit hoher Sensitivität und Spezifität eingesetzt werden³. Aufgrund seiner geringen Kosten, seiner Möglichkeit, am Krankenbett durchgeführt zu werden, und seiner nicht-invasiven Eigenschaften ist Ultraschall für viele Ärzte die bevorzugte Bildgebungsmethode für das neuromuskuläre System ^4,5.

Der Ultraschall des peripheren Nerven hat sich ausdrücklich als unschätzbar wertvoll für die Lokalisation von peripheren Nervenerkrankungen erwiesen, die durch Anomalien im Myelin verursacht werden, wie z. B. chronische immundemyelinisierende Polyneuropathien (CIDP)^6,7 und Charcot-Marie-Tooth-Krankheit Typ 1A (CMT1A)^7,8. Bei diesen Erkrankungen sind die fokalen oder diffusen Querschnittsflächenvergrößerungen der Nerven in der oberen und unteren Extremität gut beschrieben. Die Querschnittsflächenvergrößerung ist jedoch nicht spezifisch für demyelinisierende Erkrankungen, wie sie auch bei axonalen Polyneuropathien beschrieben wurde, wenn auch nur spärlich⁸. Allerdings ist die Querschnittsvergrößerung bei axonalen Erkrankungen deutlich weniger robust und im gesamten Nerv ungleichmäßig. Aufgrund dieser Herausforderungen ist der Nutzen von Ultraschall bei axonalen Neuropathien begrenzt.

Die meisten Ultraschalluntersuchungen des peripheren Nerven konzentrierten sich auf die Bildgebung relativ proximaler Nervenlokalisationen, vor allem aufgrund der größeren Nervengröße, was die Identifizierung einfacher macht. Die distalsten Äste der peripheren Nerven degenerieren jedoch am frühesten in einer Waller'schen Weise während des axonalen Verlusts bei Polyneuropathien ^9,10. Aufgrund ihrer kleineren Durchmesser war die bildgebende Auflösung ein limitierender Faktor für die reproduzierbare Abbildung dieser Nervenäste. In jüngster Zeit hat sich die Auflösung des Schallkopfs aufgrund schnellerer und nahtloserer Bildzusammensetzungstechniken nachhaltig verbessert. Jetzt können Strukturen von etwa 500 μm routinemäßig mit Point-of-Care-Ultraschall abgebildet werden, und Strukturen mit einer Größe von nur 30 μm können mit Ultrahochfrequenzsystemen abgebildet werden¹¹. So ist es denkbar, dass die distalen Nervenäste in den Füßen und Händen mit Point-of-Care-Ultraschall zuverlässig beurteilt werden könnten.

Die palmaren und digitalen Nervenäste der Hand sind die distalsten Äste des Nervus medianus, des Nervus radialis und des Nervus ulnaris. Die palmaren Äste transportieren neben den digitalen sensorischen Nerven auch motorische Nerven (nur median und ulnar) zu den Musculus interossei, zusätzlich zu den digitalen sensorischen Nerven¹². In Leichenuntersuchungen messen der palmare und der digitale Ast zwischen 0,8 mm und 2,1 mm im Durchmesser¹³, was gut im Nachweisbereich für hochfrequente Ultraschallwandler liegt. Darüber hinaus ermöglicht ihre oberflächliche Lage eine Hoch- und Ultrahochfrequenzbildgebung, da der Frequenzverlust durch Bindegewebe oder Muskeln minimal ist. Es gibt jedoch keine Studien, in denen normative Querschnittsbereiche der Äste des Nervus digital oder des Palmarnervs der Hand mittels Ultraschall ermittelt wurden, die für klinische und Forschungsstudien erforderlich sind. Daher werden im vorliegenden Protokoll die palmaren und digitalen Nervenäste in der Hand ausgewertet.

Technische Überlegungen
Die Prinzipien des neuromuskulär fokussierten Ultraschalls müssen als Grundlage überprüft werden, bevor mit diesem Protokoll begonnen wird¹⁴. Darüber hinaus wurden einige spezifische Überlegungen für das aktuelle Protokoll angestellt. Ein Wandler mit geringem Platzbedarf und einer Frequenz über 15 MHz wird aufgrund der natürlichen Konturen der Hand empfohlen. Es wurde ein 10-22 MHz Schallkopf mit einer Grundfläche von 8 mm x 13 mm (siehe Materialtabelle) mit einem kompatiblen digitalen Ultraschallsystem verwendet.

Die nächsten Überlegungen betreffen die Bildtiefe und die Fokuszonen. In allen vorliegenden bildgebenden Untersuchungen waren der Palmar- und der Nervus digitalis weniger als 0,35 cm tief. Daher wird für die Reproduzierbarkeit eine gleichbleibende Tiefe von 1 cm empfohlen. Darüber hinaus kann eine verbesserte Bildgebung in dieser Tiefe erreicht werden, indem zwei Fokuszonen auf der maximalen Höhe des Geräts platziert werden.

Konsistente Bildanpassungen (Frequenz, Verstärkung und Graukennfelder) werden dringend empfohlen. Da das oberflächliche Gewebe nur minimal über den Nerven liegt und sie umgibt, verbessern Anpassungen dieser Parameter während der Bildgebung die Auflösung oder Qualität der Bildgebung nicht. Angesichts der kleinen Durchmesser dieser Nerven wird die Verwendung einer sekundären Bildanalysesoftware wie ImageJ^15,16 für Querschnittsflächenmessungen empfohlen.

Protokoll

Alle Experimente in dieser Studie wurden in Übereinstimmung mit den Institutional Review Boards (IRB) der Wayne State University und des Detroit Medical Center im Rahmen eines genehmigten Protokolls für den natürlichen Verlauf von Personen mit peripheren Neuropathien durchgeführt. Die Einverständniserklärung wurde von allen menschlichen Teilnehmern eingeholt.

1. Instrumenteller Aufbau

1. Geben Sie den Namen des Patienten oder andere Identifikatoren ein, um die aufgenommenen Bilder zu organisieren.
2. Desinfizieren Sie die Ultraschallsonde (siehe Materialtabelle) und tragen Sie vor der Bildgebung reichlich Ultraschallgel auf den Kopf des Schallkopfs auf.
3. Stellen Sie die Erfassungsfrequenz auf die höchste Frequenz ein, die vom Ultraschallgerät zugelassen wird und keine weitere Bildzusammensetzung oder Kontrastierung erfordert.
   HINWEIS: Für die vorliegende Studie wurden 20 MHz verwendet.
4. Stellen Sie die Gesamtabbildungs- bzw. Bildschirmtiefe auf 1 cm ein, wobei zwei Fokuspositionen so oberflächlich wie möglich sind.
   HINWEIS: Diese Tiefen- und Fokuspositionen ermöglichen die Darstellung aller palmaren und digitalen Teile des Nervus medianus und des Nervus ulnaris in der Hand. Nach der Bestimmung durch die Präferenz des Untersuchers wird eine konsistente Verstärkung und Graukarte für die Reproduzierbarkeit der Messungen empfohlen.

2. Vorbereitung des Patienten

HINWEIS: Das Patienteneinschlusskriterium für erbliche periphere Neuropathie war eine bestätigte Mutation in einem Gen, von dem bekannt ist, dass es eine vererbte periphere Neuropathie verursacht (siehe Abschnitt "Repräsentative Ergebnisse"), ohne Ausschlusskriterien. Bei den Kontrollen war das Einschlusskriterium ein normales Ergebnis der elektrodiagnostischen Untersuchung der oberen Extremitäten. Zu den Ausschlusskriterien der Kontrolle gehörten eine Vorgeschichte oder aktuelle Diagnose von Diabetes mellitus, Schilddrüsenfunktionsstörungen, bekannte Vitaminanomalien, frühere bariatrische Operationen, das metabolische Syndrom, ein Body-Mass-Index von mehr als 29, eine traumatische Nervenverletzung in der Vorgeschichte oder eine periphere Neuropathie mit großen oder kleinen Fasern.

1. Bringen Sie den Patienten in Rückenlage, wobei der Ellenbogen ausgestreckt und das Handgelenk so supiniert ist, dass die Rückenfläche des Unterarms bequem auf dem Tisch aufliegt.
   HINWEIS: Untersuchen Sie vor der Positionierung die Hand und den Arm, die beurteilt werden, da Wunden, Hautausschläge oder Hautreizungen in der Nähe oder über den abzubildenden Bereichen relative Kontraindikationen sind und eine Ultraschallbildgebung ausschließen können.
2. Strecken Sie das Handgelenk und die Mittelhandknochen des Patienten so aus, dass die Fingernägel die Oberfläche des Tisches berühren. Lassen Sie den Daumen für mehr Komfort leicht adduziert und gebeugt werden.

3. Ultraschalluntersuchung

ANMERKUNG: Es gibt vier gemeinsame palmare Äste des Nervus medianus und zwei gemeinsame palmare Äste des Nervus ulnaris¹³. Jede Finger hat einen medialen und lateralen digitalen Ast, wobei die Ziffern 1-3 rein median innerviert und die Ziffern 5 rein ulnar innerviert sind. Digit 4 wird doppelt durch den Nervus medianus auf der lateralen Fläche und den Nervus ulnaris auf der medialen Oberfläche innerviert. Dieses Protokoll konzentriert sich auf die Abbildung des Nervus palmaris medianus bis zur Ziffer 2, des lateralen digitalen Astes bis zur Ziffer 2, des ulnaren gemeinsamen Palmarastes bis zur Ziffer 5 und des medialen Astes bis zur Ziffer 5.

1. Beginnen Sie mit der Identifizierung des medianen gemeinsamen palmaren Astes bis zu Ziffer 2 mit der lateralen Querbeuge-Palmarfalte als Orientierungspunkt (Abbildung 1).
   HINWEIS: Der mediane gemeinsame Palmarast bis zur Ziffer 2 und der ulnare gemeinsame Palmarast bis zur Ziffer 5 sind im Vergleich zu den digitalen Nerven signifikant größer als die begleitenden Blutgefäße. Daher kann die erste Identifizierung dieser Nerven bei der Identifizierung in distaleren Ästen hilfreich sein, die im Querschnitt den Blutgefäßen ähnlicher sind.
2. Platzieren Sie den Schallkopf proximal an der palmaren Falte des radialen Beugers (Abbildung 1).
   HINWEIS: In der vorliegenden Studie wurden keine Personen ohne radiale Beugepalmarfalte angetroffen. Im Falle einer fehlenden Palmarfalte platzieren Sie den Schallkopf jedoch 2 cm proximal zur Basis des zweiten Mittelhandknochens.
3. Halten Sie den Schallkopf senkrecht zum erwarteten Verlauf des Nervs mit so wenig Druck wie möglich, während Sie dennoch vollen Kontakt mit dem Schallkopf und der Haut gewährleisten.
   HINWEIS: Aufgrund der oberflächlichen Lage des palmaren und des digitalen Astes sind sie anfällig für Druckverzerrungen durch den Wandler.
4. Stellen Sie den Winkel des Schallkopfes so ein, dass die kleinste Querschnittsfläche mit einem einheitlichen Epineurium identifiziert wird. Diese Technik verringert die Wahrscheinlichkeit von Out-of-Plane-Imaging, die die Ergebnisse verändern kann.
5. Optimieren Sie das Bild, indem Sie den Schallkopf sanft hin und her bewegen, um die Anisotropie des Nervs zu minimieren.
   HINWEIS: Anistrophie bezieht sich auf die Varianz in den reflektierten Ultraschallwellenformen basierend auf dem Winkel des Schallkopfs¹⁷. Durch das Einstellen des übertragenen Wellenwinkels werden reflektierende Wellenformen erzeugt, die außerhalb der Ebene liegen und vom Ultraschallwandler nicht empfangen werden, was zu einer Hypoechogenität (oder einer Erhöhung des schwarzen Signals) einer Struktur führt. Nerven haben eine relativ geringe Anisotropie, was bedeutet, dass signifikante Winkeländerungen erforderlich sind, um eine Hypoechogenität des Nervs zu erzeugen. Im Vergleich dazu weisen Muskeln und Sehnen eine relativ hohe Anisotropie auf. Durch Ausführen kleiner Hin- und Herbewegungen mit dem Schallkopf können die Winkelgrenzen, in denen die Anisotropie entsteht, helfen, die richtige Ebene für die Nervenbildgebung^{zu identifizieren 18}.
6. Wenn möglich, verwenden Sie die Power-Doppler-Bildgebung (PDI, siehe Materialtabelle), um Blutgefäße in der Nähe zu identifizieren (an allen Stellen durchführen).
7. Erfassen Sie das Bild nach der Optimierung an dieser Stelle. Markieren Sie den Nerv vor dem Speichern im Ultraschallsystem, damit der Nerv für die weitere Messung lokalisiert werden kann. Beschriften Sie das Bild mit dem Namen, der Position und der Seite des Nervs.
8. Als nächstes stellen Sie den lateralen digitalen Ast von Ziffer 2 am Metacarpophalangealgelenk dar, indem Sie den Schallkopf distal in Richtung des Endes der Ziffer 2 vorschieben. Stoppen Sie dann den Schallkopf direkt distal und lateral zur Mitte der Beugefalte des zweiten Metacarpophalangealgelenks.
9. Erfassen Sie das Bild nach der Optimierung an dieser Stelle. Markieren Sie den Nerv vor dem Speichern im Ultraschallsystem, damit der Nerv für die weitere Messung lokalisiert werden kann. Beschriften Sie das Bild mit dem Namen, der Position und der Seite des Nervs.
10. Zur Beurteilung fokaler Pathologien oder ungleichmäßiger Querschnittsvergrößerungen des palmaren oder digitalen Astes zur Ziffer 2 schieben Sie den Schallkopf distal in Richtung des Endes der Ziffer 2 vor.
    HINWEIS: Digitale Nerven können innerhalb von 1,5-2 cm proximal des distalen Interphalangealgelenks (DIP) adäquat dargestellt werden.
11. Folgen Sie dann vom distalsten Punkt, von dem aus der Ast sichtbar gemacht werden kann, dem Nerv proximal bis zum Nervus medianus communus, gerade distal des Karpaltunnels.
12. Als nächstes stellen Sie den ulnaren Palmarast bis zu Ziffer 5 dar, indem Sie die ulnare Querpalmardfalte identifizieren (Abbildung 1).
13. Platzieren Sie den Schallkopf senkrecht zum erwarteten Verlauf des Nervs und stellen Sie die Bildgebung wie in den Schritten 3.3.-3.6 beschrieben ein.
14. Erfassen Sie das Bild nach der Optimierung an dieser Stelle. Markieren Sie den Nerv vor dem Speichern im Ultraschallsystem, damit der Nerv für die weitere Messung lokalisiert werden kann. Beschriften Sie das Bild mit dem Namen, der Position und der Seite des Nervs.
15. Als nächstes wird der mediale Ast am Metacarpophalangealgelenk (MCP) abgebildet, indem der Schallkopf in Richtung des Endes der Ziffer 5 vorgeschoben wird und direkt distal der Beugefalte des MCP anhält.
16. Optimieren Sie das Bild, wie bereits in den Schritten 3.3.-3.6 erwähnt.
17. Erfassen Sie das Bild nach der Optimierung an dieser Stelle. Markieren Sie den Nerv vor dem Speichern im Ultraschallsystem, damit der Nerv für die weitere Messung lokalisiert werden kann. Beschriften Sie das Bild mit dem Namen, der Position und der Seite des Nervs.
18. Untersuchen Sie auf fokale oder segmentale Querschnittsanomalien entlang von Ziffer 5. Durch die Identifizierung der distalsten Stelle, visualisieren Sie den Nerv und scannen Sie proximal zurück zum Guyon-Kanal.
    HINWEIS: Der Guyon-Kanal, auch bekannt als Ulnarkanal oder -tunnel, befindet sich auf der medialen Seite der Hand/des Handgelenks, wo der Nervus ulnaris und die Arterie verlaufen. Die Grenzen des Guyon-Kanals umfassen das oberflächliche Karpalband superior, das Musculum flexorretinaculum und die Musculus hypothenar inferior, das Ligamentum pisiformis und das Ligamentum pisohamatus medial und den Hook des Hamatus lateral¹⁹.
19. Führen Sie alle Messungen auf beiden Seiten durch.
    HINWEIS: Für die vorliegende Studie war bei Personen mit einem BMI von weniger als 33 mit dem hier verwendeten Schallkopf die Abbildung des gesamten Verlaufs des Nervus medianus und des Nervus ulnaris zurück in den Plexus brachialis möglich. Obwohl sich dieses Protokoll nur auf eine begrenzte Anzahl von Nerven konzentriert, wird bei fokalen oder traumatischen Neuropathien (für die die Bewertung der Nerven in diesem Protokoll nicht dargestellt ist) empfohlen, die distalen Köpfe der Mittelhandknochen als Ausgangspunkt für die Verfolgung und Bewertung anderer digitaler und palmarer Nerven zu verwenden.
20. Speichern Sie alle Bilder und exportieren Sie sie auf ein Massenspeichergerät. Wenn Sie ImageJ verwenden, exportieren Sie die Bilder als .jpg Dateien.

4. Messung der Querschnittsfläche

HINWEIS: ImageJ, eine Open-Source-Bildverarbeitungssoftware (siehe Materialtabelle), wurde für die vorliegende Studie verwendet, und die folgenden Schritte wurden für diese Software angepasst.

1. Öffnen Sie die ImageJ-Software.
2. Wählen Sie in der Programmoberfläche Datei und klicken Sie auf Öffnen. Navigieren Sie zu dem Verzeichnis, in dem die Ultraschallbilder gespeichert sind.
3. Wählen Sie die .jpg aus, die mit dem zu messenden Nerv verbunden ist.
4. Legen Sie den Maßstab für das Bild fest, indem Sie das Linienwerkzeug auswählen und mit der Maßstabsleiste auf dem ursprünglichen Ultraschallbild eine gerade Linie von 1 cm zeichnen. Klicken Sie auf Analysieren und wählen Sie Set Scale.
   HINWEIS: Der Abstand in Pixeln wird automatisch aus der 1-cm-Linie berechnet und automatisch in das erste Feld eingetragen. Um Messungen in Millimetern zum Quadrat (^{mm 2}) auszugeben, ändern Sie den bekannten Abstand in 10. Schließen Sie das Feld für den eingestellten Maßstab.
5. Verwenden Sie das Freihand-Auswahlwerkzeug, um den Nerv an der Grenze des Epineuriums und des umgebenden Gewebes zu skizzieren (Abbildung 2, gelbe Linie).
   HINWEIS: Die Zoomfunktion kann in ImageJ verwendet werden, um die genauen Pixel zu bestimmen, die das Epineurium von den umgebenden Strukturen trennen, um genauere Messungen zu ermöglichen.
6. Messen Sie die Querschnittsfläche, indem Sie auf Analysieren klicken und Messen wählen.

Ergebnisse

Für die normativen Daten wurden 20 Personen ausgewählt, die normale elektrophysiologische Ergebnisse, keine neurologischen Beschwerden, Diabetes mellitus in der Vorgeschichte oder aktuell hatten, Schilddrüsenfunktionsstörungen, Vitaminanomalien, metabolisches Syndrom, Karpal- oder Kubitaltunnelsyndrom, Exposition gegenüber Chemotherapeutika oder schweres Handtrauma und die innerhalb des letzten 1 Jahres nicht schwanger waren (Tabelle 1). Angesichts der kleinen Unter...

Diskussion

Das vorliegende Protokoll beschreibt den hochfrequenten Ultraschall der Äste des Nervus digital und des Palmarnervs der Hand. Diese Studie sollte die Hypothese testen, dass die Vergrößerung der Querschnittsfläche in distalen Nervenästen mit dem axonalen Verlust korreliert. Umfangreiche multizentrische naturkundliche Studien von Individuen mit verschiedenen Untergruppen axonaler Erkrankungen sind erforderlich, um diese Hypothese zu klären. Zusätzlich zu seinen potenziellen Vorteile...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
10-22mHz Transducer	General Electric Health Care	H48062AB	Small foot print transducer
ImageJ	NIH	N/A	https://imagej.nih.gov/ij/
Logiq eR8 Ultrasound Beam Former	General Electric Health Care	H48522AS	This is the beamformer and image processor which includes Power Doppler Imaging
Ultrasound Gel	Parker Labratories	44873	Standard ultrasonoic gel, non sterile