柔性纳米电极型小针刀在颈型颈椎病诊治中的应用

徐彬 李爽 丁伟国 许新伟 盛红枫 徐卫星

1.浙江省立同德医院 杭州 310012 2.浙江大学生物医学工程与仪器科学学院

小针刀疗法是颈型颈椎病的优势疗法[1]，但缺乏统一规范的治疗规程，全凭术者的手感和临床经验，而且疗效的评估缺乏统一性和客观性，大多仅凭医师主观评定。为了实现对颈型颈椎病治疗方法及疗效的科学化、定量化研究，需要在颈型颈椎病患者的病变处，即出现僵硬的颈肩部肌肉软组织处进行治疗前和治疗后的定量化生理参数测量。柔性纳米电极是在传统柔性电极的基础上修饰了纳米材料，纳米材料的加入大大提高了柔性电极的比表面积、导电性、刚性、耐高温高压及抗腐蚀等能力，尤其是石墨烯制备成本低而量产率高，采用它研制成的柔性纳米电极型小针刀具有很好的生物相容性，同时还可承受高温高压等医用消毒环境。

经过本项目组前期研究，已成功研制出柔性纳米电极型小针刀。为进一步建立此型针刀系统在颈型颈椎病中的数据模型和评价体系，项目组将研制的柔性纳米电极型小针刀应用于健康志愿者及颈型颈椎病患者，以评估研制它的稳定性、信度、效度和最小意义变化值，评价其在治疗颈型颈椎病应用的可行性，并为其临床应用提供理论基础。

1 对象与方法

1.1 研究对象 自2016年7月至2018年1月，共招募志愿者60人，其中30人为颈型颈椎病患者，30人为未患有颈椎病的健康人（健康志愿者组为医学院校的学生和刚毕业的医学规范化培训生）。

根据《颈椎病诊治与康复指南》（中国康复医学会发布）制定的颈型颈椎病的诊断标准纳入颈型颈椎病患者。纳入标准：①符合上述诊断标准者；②年龄25～60岁；③本次发病时间大于7天，病史大于1年；④签署知情同意书；⑤如果已经接受针灸、推拿或牵引等治疗，在筛选入组后需经过7天的洗脱期，同时符合上述各项者方可纳入。排除标准：①年龄在25岁以下，或60岁以上的患者；②本次发病时间小于7天，病史小于1年；③颈痛视觉模拟评分（Visual Analogue Scale,VAS）评分大于7分或颈椎功能指数（Neck Disability Index,NDI）评分大于25分；④有头晕头痛、肢体麻木等症状者；⑤肩周炎和肌筋膜炎等非颈椎病疾患；⑥疑有或已确诊的椎体或椎管内肿瘤、结核及严重骨质疏松者；⑦接受过颈椎手术治疗，严重颈椎先天畸形者；⑧哺乳、妊娠或正准备妊娠的妇女。脱落标准：①受试者在研究过程中不愿继续临床试验，提出退出试验；②疗程期内失访导致该病例不能按研究方案完成试验。

健康志愿者入选标准：①年龄为21～28周岁的青年男女；②最近1年内未出现过颈肩痛等颈型颈椎病的临床症状；③肩颈部触诊，软组织无紧张、压痛等体征；④无头晕头痛、肢体麻木等症状者；⑤非哺乳、妊娠或正准备妊娠的妇女；⑥愿意为祖国医疗事业做贡献的医学院学生或规培生，签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 纳米针刀的操作与数据采集

1.2.1.1 健康志愿者组 共30例正常人为研究对象，在第2、5、7颈椎棘突旁开1.5～2cm处双侧进针，共计6个进针点，分别在10k、30k、50k频率下，记录5分钟内的阻抗变化，记录时间间隔为5s，每个频率共计61个时间点。各研究对象在不同频率下，各时间点的阻抗值取6个进针点的平均值进行统计学分析。由研究者A进行分别对健康志愿者进行两次检测，为A1及A2，由研究者B进行一次检测为B。分别由研究者A及B对健康志愿者进行莫克吉尔疼痛问卷调查（McGill Pain Questionnaire,MPQ）[2-3]，取平均值进行数据分析。

1.2.1.2 颈型颈椎病患者组 共30例颈型颈椎病为研究对象，在患者的颈肩部寻找激痛点或硬结、条索状物，若无明确激痛点和硬结、条索物的患者定位第2、5、7颈椎棘突两旁或患侧旁开1.5～2cm处用记号笔标记，进行局部碘伏消毒，用柔性纳米型小针刀刃口线与肌纤维方向平行加压分离并刺入，我们根据健康组稳定性研究结果选择最佳频率，在数据稳定的时间点进行采集，记录结果。记录完数据后用纳米针刀与肌纤维平行方向纵切3～5刀，然后旋转刀柄90°后再切2～3刀，达到松解局部硬结或条索；再次在最佳频率、数据稳定的时间点进行采集，并记录结果；最后拔出柔性纳米针刀，用棉球压迫止血针孔1分钟，敷贴覆盖针刀眼。分别由研究者A及B对颈型颈椎病患者在治疗前后进行MPQ评分，取平均值进行数据分析。

1.2.2 数据模型评价 采用健康志愿者组数据进行稳定性及信度评价，数据A1及A2的平均值评估稳定性，数据A1、A2、B评估信度。稳定性评价包括时间稳定性及个体稳定性。时间稳定性评价：在不同频率下，取30例健康志愿者在5分钟内，各时间点的阻抗平均值，计算各时间点阻抗的平均值及标准差，得出时间变异系数，以评估时间稳定性。通过阻抗随时间的变化图，获得数据稳定的时间点，再进行个体稳定性评价：在不同频率下，取数据稳定时间点，获得30例健康志愿者的阻抗值，计算平均值及标准差，得出个体变异系数，以评估个体稳定性。应用可靠性检验分别计算A1及A2数据组的组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)，和 A1及 B数据组的ICC，进行不同频率下阻抗值的信度评价。通过稳定性及信度评价，获得最佳频率。

采用颈型颈椎病患者组数据进行效度评价。在最佳频率下，取30例颈型颈椎病患者在数据稳定时间点的阻抗值，评估患者组的MPQ值，应用线性回归分析，得出相关系数及线性回归方程。计算效应尺度：效应尺度=（治疗前MPQ值-治疗后MPQ值）/治疗前标准差。效应尺度大于0.8时，表明为高效应指标[4]。

计算治疗前后患者组MPQ值、阻抗值，及两者的变化值，分别通过校标法和线性回归曲线计算阻抗的最小临床意义变化值（minimal clinically important difference,MCID）。

1.2.3 统计学方法 采用SPSS 22.0（SPSS公司，美国）软件进行数据录入及统计分析。计量资料采用Student’s t检验，计数资料采用Pearson卡方检验。检验水准α取双侧0.05。

2 结果

2.1 一般情况 共纳入30例正常人为健康志愿者组，30例颈型颈椎病患者为患者组。两组患者的性别、身高、体重及体重指数（body mass index,BMI），差异无统计学意义，患者组年龄较健康志愿者组年龄大，两组之间存在统计学差异（P<0.001）。见表1。

表1 两组一般情况比较Tab.1 The general information comparison of two groups

2.2 稳定性评价

2.2.1 时间稳定性 当频率为10k时，30例健康志愿者平均阻抗随时间的变化见图1，在5分钟内的平均阻抗为356.02Ω，标准差为13.02，变异系数为0.037；当频率为30k时，30例健康志愿者平均阻抗随时间的变化见图1，在5分钟内的平均阻抗为289.06Ω，标准差为0.66，变异系数为0.002；当频率为50k时，健康志愿者平均阻抗随时间的变化见图1，在5分钟内的平均阻抗为244.61Ω，标准差为0.72，变异系数为0.003。因此结合不同频率下各组的标准差及变异系数，当频率为30k时，标准差及变异系数最小，时间稳定性最好。见图1。

图1 阻抗随时间变化图Fig.1 Impedance change with time

2.2.2 个体稳定性 根据阻抗随时间变化表可见，3组的阻抗在3s之后处于稳定状况，因此选择在3s这个时间点下，比较不同频率下，健康志愿者之间的个体稳定性。当频率为10k时，30例健康志愿者的阻抗分布见图2，平均阻抗为345.78，标准差为1.18，变异系数为0.003。当频率为30k时，30例健康志愿者的阻抗分布见图3，平均阻抗为287.12，标准差为0.39，变异系数为0.001。当频率为50k时，30例健康志愿者的阻抗分布见图4，平均阻抗为244.33，标准差为0.68，变异系数为0.003。因此结合不同频率下，各组的标准差及变异系数，当频率为30k时，标准差及变异系数最小，个体稳定性最好。见图2、图3、图4。

图2 10k频率下各健康志愿者间阻抗波动Fig.2 Impedance of every subject at 10k frequency

图3 30k频率下各健康志愿者间阻抗波动Fig.3 Impedance of every subject at 30k frequency

图4 50k频率下各健康志愿者间阻抗波动Fig.4 Impedance of every subject at 50k frequency

2.3 信度评价 以30例健康志愿者为研究对象，由研究者A分别对受试者进行两次检测，为A1及A2，由研究者B进行一次检测为B。结果显示当频率为30k时，同一检测者重复检测及不同检测者重复检测下信度系数最高。见表2。

2.4 效度评价 当频率为30k时，时间稳定性及个体稳定性均最好，且具有良好的信度，因此选择最佳频率为30k，选择安置装置后3s作为数据采取时间点，采集患者的阻抗，同时评估患者的MPQ评分。患者组阻抗与MPQ评分之间的相关系数r为0.927，为正相关，有显著的统计学意义（P<0.001）。线性回归方程为：阻抗=1.437×MPQ+295.11。患者组与健康志愿者组之间的阻抗存在差异，差异有统计学意义（P<0.001）。本量表的效应尺度为4.53。见图5。

表2 不同频率的信度评价情况Tab.2 Reliability evaluation under different frequencies

图5 阻抗与MPQ之间的线性回归曲线Fig.5 Linear regression curve between impedance and MPQ

2.5 治疗前后评价指标水平及改变 共纳入30例颈型颈椎病患者，治疗后阻抗较治疗前降低，降低值为18.22±6.13，差异有统计学意义（P<0.001）。治疗后MPQ评分较治疗前降低，降低值为10.40±4，差异有统计学意义（P<0.001）。治疗前后阻抗及MPQ评分情况见表3。患者组治疗前后阻抗变化见图6。

在30例患者中，MPQ改善在5分以内共4例（13.33%），在5分至10分共6例（20%），改善在10分及以上共20例（66.67%）。有效率为86.67%。MPQ改善情况见表4。

2.6 阻抗的最小临床意义变化值

2.6.1 校标法 以MPQ改变值≥5分视为有效，此部分患者阻抗改变值为19.63±7.25，以MPQ改变值＜5分视为无效，此部分患者阻抗改变值为9.73±2.31，因此显示有效的MCID=19.63-9.73=9.9。患者组阻抗平均值与健康志愿者组阻抗平均值差值为42.81，其结果大于MCID，因此MCID具有临床意义。以MPQ改变值≥10分视为明显改善，此部分患者阻抗改变值为22.52±5.19，以MPQ改变值＜10分视为无效或轻度改善，此部分患者阻抗改变值为9.88±3.20，因此显示显著有效的MCID=22.52-9.88=12.64。见表5。

表3 患者治疗前后阻抗及MPQ评分Tab.3 Impedance and MPQ score before and after treatment

图6 患者组治疗前后阻抗值Fig.6 Impedance values in the patients group before and after treatment

表4 治疗后MPQ评分变化值分布Tab.4 Distribution of changes in MPQ scores after treatment

2.6.2 线性回归分析 阻抗改变值与MPQ评分改变值之间的相关系数r为0.864，为正相关，有显著的统计学意义（P<0.001）。线性回归方程为：阻抗改变值=1.27×MPQ+3.27。以MPQ改变值≥5分视为有效，因此显示有效的MCID=1.27×5=6.35。以MPQ改变值≥10分视为显著有效，因此显著有效的MCID=1.27×10=12.7。见图7。

3 讨论

颈型颈椎病是临床上最为常见的颈椎病类型，大量临床研究证实[5-8]，此型颈椎病实际上是颈椎病发病的最初阶段，也是治疗最为有利的时机。因此，颈型颈椎病及时的诊断和治疗是避免颈椎病恶化和治愈颈椎病、减少患者痛苦的最佳途径。临床数据表明[9-10]，小针刀疗法是颈型颈椎病的优势疗法，具有治愈率高、疗程短、副作用小、微创等优势，深受广大人民群众推崇。虽然小针刀疗法在治疗颈型颈椎病的临床研究上已经取得了很大的成绩，但缺乏统一规范的治疗规程，全凭术者的手感和临床经验，而且疗效的评估缺乏统一性和客观性，大多仅凭医师主观评定。为了实现对颈型颈椎病治疗方法及疗效的科学化、定量化研究，本项目组研制了柔性纳米电极型小针刀。柔性电极[11-13]是一种利用高柔韧性及良导电性的高分子聚合物作为柔性衬底材料，在可穿戴设备研发、在体检测、植入式设备研制等方面均有广泛的应用[14]。柔性电极易随外力弯曲，能够保护靶点组织不因测量而受到破坏，且能更好地贴合测量点，增大测量面积，减少因接触不良产生的噪声，从而能够提高测量准确性和灵敏度。结合其具备的良好生物相容性，柔性电极很适合用于人体软组织靶点的定点定量研究[15]。柔性纳米电极是在传统柔性电极的基础上修饰了纳米材料（如石墨烯等），它们的加入大大提高了柔性电极的比表面积、导电性、刚性、耐高温高压及抗腐蚀等能力[16-18]；尤其是石墨烯等碳材料，制备成本低而量产率高，资源储备丰富，是柔性纳米电极制备的理想材料[19-21]。这些柔性纳米电极具有更好的生物相容性，无毒害作用，同时还可承受高温高压等医用消毒环境，能够很好地与现有医疗器械如小针刀相结合，赋予这些器械实时传感监测能力的同时不影响其本身功能，在医疗领域具有十分广阔的应用前景[22-25]。

表5 各临床效果的MPQ改变值、阻抗改变值及最小临床意义变化值Tab.5 MPQ change value,impedance change value and minimal clinically important difference of different clinical effect

图7 阻抗改变值与MPQ改变值线性相关图Fig.7 Linear correlation between impedance change and MPQ change

经过本项目组前期研究，已成功研制出柔性纳米电极型小针刀，将具有生物相容性的柔性纳米电极和小针刀相结合，利用柔性电极易于结合、不破坏靶点组织及能定点定量传输生理信号的特点，实现对颈型颈椎病痉挛变性的软组织在小针刀松解治疗前后病变组织内生物电阻抗的高灵敏、动态、实时的传感检测，进而实现小针刀在治疗颈型颈椎病时局部软组织内的实时监测和疗效评定的客观定量化。为进一步建立此型针刀系统在颈型颈椎病中的数据模型和评价体系，本项目组将研制的柔性纳米电极型小针刀应用于健康志愿者及颈型颈椎病患者，以评估研制它的稳定性、信度、效度和最小意义变化值，评价应用它在治疗颈型颈椎病的可行性，并为其在临床应用中提供理论基础。研究结果显示当频率为30k时，标准差及变异系数最小，时间稳定性、个体稳定性最好，信度评价和效度评价也是最好的。因此柔性纳米电极型小针刀的最佳频率为30k。患者组阻抗与MPQ评分之间的相关系数r为0.927，为正相关，有显著的统计学意义（P＜0.001）。MPQ 评分是由 R.Melzack创立的[2]，目前多数学者认为MPQ灵敏、可靠、评价全面、有量化标准、可重复性、便于统计学处理。在国外得到公认和普遍应用，是目前英语国家广泛应用的疼痛评估方法[3]。因此，应用柔性纳米电极型小针刀检测颈型颈椎病患者局部的阻抗值，可反映其疾病的严重程度。应用校标法，显示有效的最小意义变化值为9.9，应用线性回归分析，显示有效的最小意义变化值为6.35，这对应用柔性纳米电极型小针刀判断针刀治疗效果有指导意义。所以本项目组研制出的柔性纳米电极型小针刀在频率为30k时，具有良好的稳定性及信度和效度，且可反映颈型颈椎病患者的疾病程度与针刀治疗的效果，在颈型颈椎病的诊治中具有良好的可行性。

柔性纳米电极型小针刀不仅为小针刀治疗颈型颈椎病的有效性提供“量化”的数字依据，也可为新入门的术者运用此新型针刀在治疗颈型颈椎病的过程中，通过病变软组织内实时监测到的数据来实时引导术者操作，为病变软组织需松解到何种程度提供明确、可靠、量化的科学依据。