Name: Erhalten von qualitativ hochwertigen Ultraschallbildern mit erweitertem Sichtfeld der Skelettmuskulatur zur Messung der Muskelfaszikellänge (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-12-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 57 s
Description: Erfahren Sie die erweiterte Sichtfeld-Ultraschallmethode zur präzisen Messung von Muskelfaszikellängen. Diese Technik ermöglicht die Erfassung gekrümmter Faszikel, die über das Standard-Sichtfeld hinausgehen.

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Wir danken Vikram Darbhe und Patrick Franks für ihre experimentelle Anleitung. Diese Arbeit wird vom Graduate Research Fellowship Program der National Science Foundation unter der Fördernummer grant no. DGE-1324585 sowie NIH R01D084009 und F31AR076920. Alle Meinungen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen, die in diesem Material zum Ausdruck gebracht werden, sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der National Science Foundation oder des NIH wider.

Das Institutional Review Board (IRB) der Northwestern University genehmigte die Verfahren dieser Studie. Alle Teilnehmer, die an dieser Arbeit teilnahmen, gaben vor Beginn des unten beschriebenen Protokolls ihre Einwilligung nach Aufklärung. HINWEIS: Das spezifische Ultraschallsystem, das in dieser Studie verwendet wurde, verfügte über EFOV-US-Fähigkeiten und wurde übernommen, weil wir Details und Validitätsbewertungen für den Algorithmus in der wissenschaftlichen Literatur überprüfen konnten22,26; mehrere andere Systeme mit EFOV-US existieren ebenfalls18,20,30. Zum Einsatz kam ein linearer Array-Wandler 14L5 (Frequenzbandbreite 5-14 MHz). Die in diesem Protokoll abgebildeten Muskeln sind nur eine kleine Untergruppe von Muskeln, für die US-Bilder aufgenommen und Faszikellängen gemessen wurden (z. B. Trizeps25, Extensor carpi ulnaris23, medialer Gastrocnemius10, Vastus lateralis24, Bizeps femoris8,31). Dieses Protokoll soll Hinweise geben und die notwendigen Standards beschreiben, damit es über die beiden von uns bereitgestellten Beispiele hinaus auf Muskeln angewendet werden kann.
1. Sammeln von EFOV-US-Bildern von Muskeln
Präparat
<ol><li>Sonographen-Vorbereitung<ol>
<li>Lesen Sie vor dem Betrieb des Ultraschallsystems das Handbuch des Systems durch, um sich mit der Systemsicherheit vertraut zu machen, sich um die Wartung des Systems, die Einrichtung und Steuerung des Systems usw. zu kümmern. Lesen Sie außerdem die Anweisungen des Systems zum Abrufen von EFOV-US-Bildern und machen Sie sich mit der Methode vertraut, die zum Abrufen der EFOV-US-Bilder implementiert wurde. HINWEIS: Verschiedene Ultraschallsysteme benennen den EFOV-US-Modus mit unterschiedlicher Terminologie. Beispielsweise wird in dem hier verwendeten System der EFOV-Modus als "Panoramic Imaging" bezeichnet. Während die technischen Details des in verschiedenen kommerziellen Systemen implementierten Algorithmus in der Regel geistiges Eigentum sind und daher nicht frei verfügbar sind, beschreiben viele kommerzielle Systeme mit Panorama-Ultraschallfähigkeiten aus einer oberflächlichen Überprüfung einen Ansatz, der dem von Weng et al.22 beschriebenen ähnelt. Die Bewertung der allgemeinen Validität von Messungen, die von einem beliebigen System erfasst werden, entweder durch einholen detaillierterer Informationen direkt von dem Unternehmen, das das System herstellt, durch die Verwendung eines abbildenden Phantoms26,32 oder durch andere Mittel (z. B. Vergleich mit Tierdissektion24), wird als wichtiger Schritt empfohlen, bevor Eine Forschung mit menschlichen Teilnehmern eingeleitet wird.</li>
		<li>Nehmen Sie sich Zeit, um sich mit der Anatomie der interessierenden Muskeln sowie der umgebenden Anatomie vertraut zu machen. Es wird empfohlen, dass der Sonograph ein Anatomielehrbuch oder vorzugsweise ein interaktives Online-3D-Anatomiemodell verwendet, um sich mit der Anatomie von Interesse vertraut zu machen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung der Teilnehmer<ol>
<li>Erklären Sie dem Teilnehmer das Protokoll der Studie und holen Sie die vom IRB genehmigte Zustimmung ein, bevor Sie mit dem Bildgebungsprotokoll beginnen.</li>
		<li>Bitten Sie den Teilnehmer, geeignete Kleidung zu tragen, um den Zugang zum interessierenden Muskel zu ermöglichen. Wenn der Sonograph beispielsweise plant, einen Unterarmmuskel abzubilden, sollte der Teilnehmer gebeten werden, ein kurzärmeliges Hemd zu tragen.</li>
		<li>Setzen Sie den Teilnehmer in einen verstellbaren Stuhl, der arretiert werden kann. Nehmen Sie sich Zeit, um den Stuhl so einzustellen, dass es dem Teilnehmer so bequem wie möglich ist und gleichzeitig Zugang zum interessierenden Muskel bietet. HINWEIS: Wenn ein verstellbarer Stuhl, der völlig flach liegen kann, nicht verfügbar ist, können einige Studiendesigns die Verwendung eines Tisches erfordern, um auf den interessierenden Muskel (d. H. Oberschenkel) zuzugreifen.</li>
		<li>Platzieren Sie die Gelenke, die der interessierende Muskel überspannt, in einer Haltung, die kontrolliert und wiederholt werden kann. Verwenden Sie klinische Leitlinien33 für die Lokalisierung anatomischer Orientierungspunkte und die Implementierung der Goniometrie; Verwenden Sie ISB-Standards für die Definition des gemeinsamen Koordinatensystems34,35. Um den Gelenkwinkel zu messen, markieren Sie im Allgemeinen anatomische Landmarken mit einem hautsicheren Marker (Tabelle der Materialien) und richten Sie dann die Mitte eines Handgoniometers mit der Rotationsachse des Gelenks und den Armen des Goniometers mit den Gelenksegmenten aus. HINWEIS: Bei der Bildgebung des passiven Muskels wird empfohlen, den interessierenden Muskel in eine relativ verlängerte Position zu bringen, um eine Darstellung eines schlaffen Muskels zu vermeiden.<ol>
<li>Um den Bizeps brachii zu replizieren, wie er in dieser Studie abgebildet ist, sitzen die Teilnehmer mit gestützten Füßen, geradem Rücken, Schulter bei 85 ° der Abduktion und 10 ° horizontaler Beugung, Ellbogen bei 25 ° Beugung und Unterarm, Handgelenk und Fingern bei neutral.</li>
			<li>Um die Tibialis anterior zu replizieren, wie in dieser Studie dargestellt, sitzen teilnehmer mit Knie bei 60 ° Beugung und dem Knöchel bei 15 ° der Plantarbeugung.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sichern Sie das Glied des Teilnehmers mit Stoffgurten, um die Bewegung während des Bildgebungsprotokolls zu minimieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>Bildaufnahme
<ol start="3"><li>Schließen Sie das Ultraschallsystem an und schalten Sie es ein. Stellen Sie sicher, dass die Untersuchung auf Muskuloskelettal eingestellt ist, der verwendete Schallkopf ausgewählt ist (hier haben wir 14L5 verwendet) und die Sendefrequenz zwischen 5-17 MHz eingestellt ist (hier wurden 11 MHz verwendet), ein typischer Frequenzbereich für die muskuloskelettale Bildgebung. Höhere Frequenzen werden im Allgemeinen für oberflächlichere Bildgebung verwendet, da sie die Auflösung verbessern, aber die Wellendurchdringung verringern.</li>
	<li>Gehen Sie in die Systemeinstellungen, um die Fußschaltereinstellungen anzupassen. Für die Zwecke dieses Protokolls empfehlen wir, den Fußschalter so einzustellen, dass die Bildgebung gestartet/gestoppt wird. Wenn der verwendete Fußschalter über mehrere Pedale verfügt, stellen Sie zusätzliche Pedale auf "Freeze" oder "Pause" und "Print" oder "Store" des Bildes ein.</li>
	<li>Tragen Sie eine großzügige Menge Ultraschallgel auf den Kopf des Schallkopfes auf.</li>
	<li>Platzieren Sie den Schallkopf auf der Haut des Teilnehmers in der ungefähren Region von Interesse.</li>
	<li>Bewegen Sie den Wandler in der kurzen Achsenebene des Muskels. Beachten Sie, dass der Schallkopf auf einer Seite einen kleinen Vorsprung hat, der als Indikator bezeichnet wird. Die Seite des Schallkopfes, auf der sich der Indikator befindet, entspricht der linken Seite des Ultraschallbildes. Wenn Sie sich in der kurzen Achse abbilden, lassen Sie den Sonographen den Indikator seitlich zeigen, und wenn sich der Sonograph in der langen Achse befindet, richten Sie den Indikator distal.</li>
	<li>Identifizieren Sie den interessierenden Muskel in der kurzen Achsenebene (senkrecht zur Muskelfaserrichtung) und bewegen Sie den Wandler distal und proximal, um eine vollständige Visualisierung des Muskelpfads zu erhalten.<ol>
<li>Markieren Sie wichtige anatomische Landmarken (d. H. Die lateralen und medialen Ränder des Muskels, die Muskelsehnenverbindung und die Muskeleinführung) mit hautsicheren Tintenmarkern (Tabelle der Materialien).</li>
	</ol></li>
	<li>Sobald die Position des Muskels identifiziert und richtig markiert wurde, lassen Sie den Sonographen den Ultraschallwandler in der langen Achsenebene (parallel zur Muskelfaserrichtung) bewegen.</li>
	<li>Beginnen Sie entweder am distalen oder proximalen Ende des Muskels, drehen und neigen Sie den Schallkopf, um die Faszikelebene an diesem Punkt zu identifizieren. Markieren Sie die Haut, wenn die richtige Wandlerposition festgelegt wurde.</li>
	<li>Sobald die ungefähre Faszikelebene entlang der gesamten gewünschten Länge ermittelt wurde, lassen Sie den Sonographen üben, diesem Weg zu folgen.</li>
	<li>Um mit dem Sammeln von Bildern zu beginnen, versetzen Sie das Ultraschallsystem in den EFOV-US-Modus.</li>
	<li>Klicken Sie an einem Ende des Muskels auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu starten, und bewegen Sie den Ultraschallwandler langsam und kontinuierlich in der langen Achse. Sobald das Ende des Muskels erreicht ist, klicken Sie auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu beenden.</li>
	<li>Üben und stellen Sie den richtigen Wandlerpfad sicher. Dies kann mehrere Übungsbilder erfordern, bevor konsistent "qualitativ hochwertige" EFOV-US-Bilder erhalten werden (siehe Abschnitt 2 für die Erläuterung der Bildqualität).</li>
	<li>Um die Sichtbarkeit und Klarheit des Bildes zu optimieren, sollten Sie Anpassungen an den folgenden Parametern in Betracht ziehen.<ol>
<li>Tiefe: Wenn die Bildaufnahme endet, bevor die gewünschte Länge des Muskels erfasst werden kann, erhöhen Sie die Tiefe des Bildes (in dem hier verwendeten System erhöht die Erhöhung der Bildtiefe die absolute Länge, die der Scan haben kann).</li>
		<li>Fokus: Platzieren Sie den Fokuspfeil in der unteren Hälfte des Bildes direkt unter dem interessierenden Muskel.</li>
		<li>Verstärkung: Stellen Sie sicher, dass die Verstärkung durch die Tiefe des Bildes ausgeglichen wird.</li>
		<li>Geschwindigkeit: Bild mit der optimalen Geschwindigkeit, die von der Anzeige geleitet wird (in den meisten Systemen wird während der Panoramabildgebung eine Geschwindigkeitsanzeige auf dem Monitor angezeigt).</li>
	</ol></li>
	<li>Sobald qualitativ gute Bilder gesammelt wurden (Schritt 2.1), drücken Sie das Druck-/Store-Fußschalterpedal oder eine synonyme Taste auf dem Bedienfeld, um das Bild zu speichern.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.13-1.16, bis 3 EFOV-US-Qualitätsbilder des Muskels erhalten sind.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.6-1.17, bis alle interessierenden Muskeln erreicht sind.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Handtuch, um das Gel sanft von der Haut des Teilnehmers abzuwischen. Lassen Sie den Teilnehmer dann den Hautbereich abspülen oder wischen Sie mit einem feuchten Handtuch die Haut ab, die dem Gel ausgesetzt war. Trocken.</li>
	<li>Wischen Sie das Gel vom Kopf des Schallkopfes ab und desinfizieren Sie es.</li>
	<li>Exportieren Sie Images als unkomprimierte DICOM-Images auf eine CD-DVD, ein Flash-Laufwerk oder über das lokale Netzwerk auf einen Computer.</li>
</ol>2. Bestimmung der "Qualität" des EFOV-US-Bildes
<ol><li>Lassen Sie den Sonographen nach Schritt 1.13 die Qualität der wichtigsten anatomischen Merkmale des interessierenden Muskels und seiner umgebenden Anatomie identifizieren und bewerten. Dies ist eine qualitative Bewertung, die auf den Kenntnissen des Sonographen über Anatomie und Muskel-Skelett-Gewebe-Echogenität (Fähigkeit eines Gewebes, Ultraschallwellen zu reflektieren) basiert. Damit ein EFOV-US-Bild als qualitativ "gut" angesehen werden kann, sollte Folgendes erfüllt sein:<ol>
<li>Überprüfen Sie in jedem Langachsenbild eines Muskels, ob der Sonograph den Muskel eindeutig als hypoechoische (dunkle) Form mit hyperechoischen (hellen) Grenzen identifizieren kann, die die tiefe und oberflächliche Muskelfaszie darstellen.</li>
		<li>Überprüfen Sie zwischen den Muskelgrenzen, ob der Sonograph das Bindegewebe, das ein Muskelfaszikel umgibt, als hyperechoische (helle) Linien identifizieren kann. HINWEIS: Bei der Abbildung von mehrgeschriebenen Muskeln sollte das Bild auch zentrale Sehnen enthalten, die sich im Muskelbauch zwischen der tiefen und der oberflächlichen Muskelfaszie als hyperechoische (helle) Struktur zeigen.</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass das Bild keine übermäßige Biegung aufweist. Dies wird normalerweise durch Schatten oder Lücken im Bild oder eine gezackte flexible Lineallinie über dem Bild angezeigt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wenn dem Bild eine oder mehrere der in 2.1 beschriebenen Gewebestrukturen fehlen, betrachten Sie das Bild als "qualitativ schlecht" und kehren Sie in den Live-2D-Modus zurück.</li>
</ol>3. Quantifizierung der Muskelfaszikellänge
<ol><li>Um die Länge der Muskelfaszikel zu quantifizieren, verwenden Sie ImageJ, eine Open-Source-Bildverarbeitungsplattform. ImageJ kann unter https://imagej.net/Downloads heruntergeladen werden. HINWEIS: Obwohl ImageJ häufig implementiert wird24,25,31,36,37,38, kann die Quantifizierung der Muskelfaszikellänge mit einer anderen Bildverarbeitungssoftware8,39 oder benutzerdefinierten Codes40,41 gemessen werden.</li>
	<li>Öffnen Sie nach dem Herunterladen die Ultraschallbilder als DICOM-Bilder in BildJ, indem Sie auf Datei | Öffnen Sie das zu analysierende Bild und wählen Sie es aus.</li>
	<li>Um sicherzustellen, dass die DICOM-Bildeigenschaften erhalten geblieben sind, klicken Sie im Menü Extras auf das Werkzeug Gerade Linie und zeichnen Sie eine gerade Linie von 0 bis 1 cm auf das Lineal an der Seite des Ultraschallbildes. Gehen Sie dann zu analysieren | Messen Sie, um die gemachte Linie zu messen. Wenn die Bildeigenschaften erhalten geblieben sind, sollte die Länge der geraden Linie 1 cm betragen.</li>
	<li>Führen Sie die folgenden Schritte aus, um die Faszikellängen im Bild zu messen.<ol>
<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Gerade-Linie-Werkzeug .</li>
		<li>Wählen Sie Segmentierte Linie aus.</li>
		<li>Bewegen Sie den Cursor auf das Bild und klicken Sie auf ein Ende des Faszikels, das für die Messung ausgewählt wurde. HINWEIS: Machen Sie nur Messungen an Faszikeln, bei denen der gesamte Faszikelweg (d.h. von einer Aponeurose zur nächsten Aponeurose oder Aponeurose zur zentralen Sehne) überzeugend zu sehen ist.</li>
		<li>Klicken Sie entlang des Pfades, um sicherzustellen, dass die Krümmung im Faszikelpfad erfasst wird.</li>
		<li>Sobald das Ende des Faszikelpfads erreicht ist, doppelklicken Sie, um die Zeile zu beenden, und fahren Sie mit analysieren | Messen, um die Länge der Linie zu messen. HINWEIS: Ein neues Fenster, "Ergebnisse", wird angezeigt, wenn zum ersten Mal eine Messung durchgeführt wird. Welche Werte angezeigt werden, können Sie im Ergebnisfenster verwalten, indem Sie zu Ergebnisse | Stellen Sie Messungen ein.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.4.3-3.4.5, bis mehrere Faszikelmessungen in einem einzigen Bild durchgeführt werden.</li>
	<li>Speichern Sie Faszikelmessungen, indem Sie auf Datei | Speichern Sie auf der Registerkarte Ergebnisse oder die Werte können kopiert und in ein anderes Dokument / eine andere Tabelle eingefügt werden.</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Kritische Schritte im Protokoll.
Es gibt einige kritische Komponenten, um qualitativ hochwertige EFOV-US-Bilder zu erhalten, die gültige und zuverlässige Faszikellängenmessungen liefern. Erstens ist es, wie in Methode 1.1.2 angegeben, wichtig, dass sich der Sonograph Zeit nimmt, um sich mit der Anatomie des abgebildeten Muskels sowie den umgebenden Muskeln, Knochen und anderen Weichteilstrukturen vertraut zu machen. Dies verbessert die Fähigkeit des Sonographen, den richtigen ...

Die Faszikellänge ist ein wichtiger Parameter der Skelettmuskelarchitektur, der insgesamt auf die Fähigkeit eines Muskels hinweist, Kraft zu erzeugen1,2. Insbesondere die Faszikellänge eines Muskels gibt Aufschluss über den absoluten Längenbereich, über den ein Muskel aktive Kraft erzeugen kann3,4. Wenn beispielsweise zwei Muskeln mit identischen Werten für alle isometrischen krafterzeugenden Parameter (d. h. durchschnittliche Sarkomerlänge, Pennationswinkel, physiologische Querschnittsfläche, Kontraktionszustand usw.) mit Ausnahme der Faszikellänge identisch sind, würde der Muskel mit den längeren Faszikeln seine Spitzenkraft bei einer längeren Länge erzeugen und über einen größeren Längenbereich Kraft erzeugen als der Muskel mit kürzeren Faszikeln3 . Die Quantifizierung der Muskelfaszikellänge ist wichtig, um sowohl die gesunde Muskelfunktion als auch Veränderungen der Krafterzeugungskapazität eines Muskels zu verstehen, die als Folge einer veränderten Muskelnutzung (z. B. Ruhigstellung5,6, Trainingsintervention7,8,9, Tragen hoher Ferse10) oder einer Veränderung der Muskelumgebung (z. B. Sehnentransferoperation11, Gliedmaßenablenkung12 ). Messungen der Muskelfaszikellänge wurden ursprünglich durch Ex-vivo-Leichenexperimente gewonnen, die eine direkte Messung von sezierten Faszikeln ermöglichen13,14,15,16. Die wertvollen Informationen, die diese Ex-vivo-Experimente lieferten, führten zu einem Interesse an der Implementierung von In-vivo-Methoden17,18,19, um Fragen zu beantworten, die in Kadavern nicht beantwortet werden konnten; In-vivo-Methoden ermöglichen die Quantifizierung von Muskelparametern in einem nativen Zustand sowie bei verschiedenen Gelenkhaltungen, verschiedenen Muskelkontraktionszuständen, verschiedenen Be- oder Entladezuständen und über Populationen mit unterschiedlichen Bedingungen (d. H. Gesund / Verletzt, Jung / Alt usw.). Am häufigsten ist Ultraschall die Methode, die verwendet wird, um in vivo Muskelfaszikellängen zu erhalten18,19,20; Es ist schneller, kostengünstiger und einfacher zu implementieren als andere bildgebende Verfahren wie diffusion tensor imaging (DTI)18,21.
Extended Field-of-View-Ultraschall (EFOV-US) hat sich als gültige und zuverlässige Methode zur Messung der Muskelfaszikellänge in vivo erwiesen. Obwohl üblicherweise implementiert, hat herkömmlicher Ultraschall (T-US) ein Sichtfeld, das durch die Arraylänge des Ultraschallwandlers begrenzt ist (typischerweise zwischen 4 und 6 cm, obwohl es Sonden gibt, die sich bis zu 10 cm10 erstrecken)18,20. Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelten Weng et al. eine EFOV-US-Technologie, die automatisch ein zusammengesetztes, zweidimensionales "Panoramabild" (bis zu 60 cm lang) aus einem dynamischen, erweiterten Entfernungsscan22 erfasst. Das Bild wird erzeugt, indem in Echtzeit eine Sequenz herkömmlicher B-Mode-Ultraschallbilder zusammengefügt wird, während der Schallkopf das Objekt von Interesse dynamisch scannt. Da sequentielle T-US-Bilder große überlappende Bereiche aufweisen, können die kleinen Unterschiede von einem Bild zum nächsten verwendet werden, um die Sondenbewegung ohne die Verwendung externer Bewegungssensoren zu berechnen. Sobald die Sondenbewegung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern berechnet ist, wird das "aktuelle" Bild nacheinander mit den vorhergehenden Bildern zusammengeführt. Die EFOV-US-Methode ermöglicht die direkte Messung langer, gekrümmter Muskelfaszikel und hat sich über Muskeln, Studien und Sonographen hinweg als zuverlässig erwiesen23,24,25 und gilt sowohl für flache als auch für gekrümmte Oberflächen23,26.
Die Implementierung von Ultraschall zur Messung der Muskelfaszikellänge in vivo ist nicht trivial. Im Gegensatz zu anderen bildgebenden Verfahren, die mehr automatisierte Protokolle (d.h. MRT, CT) beinhalten, ist Ultraschall von den Fähigkeiten und anatomischen Kenntnissen des Sonographen abhängig27,28. Es besteht die Befürchtung, dass eine Fehlausrichtung der Sonde mit der Faszikelebene zu erheblichen Fehlern bei den Faszikelmessungen führen kann. Eine Studie zeigt einen geringen Unterschied (im Durchschnitt < 3 mm) in den Messungen der Faszikellänge, die mit Ultraschall und DTI-MRT aufgenommen wurden, zeigt aber auch, dass die Messgenauigkeit gering ist (Standardabweichung der Differenz ~ 12 mm)29. Dennoch hat sich gezeigt, dass ein unerfahrener Sonograph mit Übung und Anleitung eines erfahrenen Sonographen gültige Messungen mit EFOV-US23 erhalten kann. Daher sollten Anstrengungen unternommen werden, um geeignete Protokolle nachzuweisen, um menschliche Fehler zu reduzieren und die Genauigkeit der mit EFOV-US erhaltenen Messungen zu verbessern. Letztendlich kann die Entwicklung und gemeinsame Nutzung geeigneter Protokolle die Anzahl der Experimentatoren und Labors erhöhen, die Faszikellängendaten aus der Literatur reproduzieren oder neue Daten in Muskeln erhalten können, die noch nicht in vivo untersucht wurden.
In diesem Protokoll demonstrieren wir, wie die EFOV-US-Methode implementiert werden kann, um qualitativ hochwertige muskuloskelettale Bilder zu erhalten, die zur Quantifizierung der Muskelfaszikellänge verwendet werden können. Insbesondere befassen wir uns mit (a) dem Sammeln von EFOV-US-Bildern einer einzelnen oberen Extremität und eines einzelnen Musculus der unteren Extremität, (b) der Bestimmung der "Qualität" des EFOV-US-Bildes in Echtzeit und (c) der Offline-Quantifizierung von Muskelarchitekturparametern. Wir stellen diesen detaillierten Leitfaden zur Verfügung, um die Einführung der EFOV-US-Methode zur Gewinnung von Muskelfaszikellängendaten in Muskeln zu fördern, die in vivo aufgrund ihrer langen Faszikel nicht untersucht wurden.

<table><tbody><tr><td>14L5 lineare Schallköpfe</td><td>Siemens</td><td>10789396</td><td></td></tr><tr><td>Acuson S2000 Ultraschallsystem</td><td>Siemens</td><td>10032746</td><td></td></tr><tr><td>verstellbarer Stuhl (Biodex System)</td><td>Biodex Medical Systems</td><td>System Pro 4</td><td></td></tr><tr><td>Skin Marker Medium Tip</td><td>SportSafe</td><td>n/a</td><td>Mehrfarbige 4er-Pack empfohlenes</td></tr><tr><td>Ultraschallgel - Standard 8 Unzen unsteril parfümfrei Gletscher-Tönung</td><td>MediChoice, Owens & Kleinere</td><td>M500812</td><td></td></tr></tbody></table>

erhalten von qualitativ hochwertigen ultraschallbildern mit erweitertem sichtfeld der skelettmuskulatur zur messung der muskelfaszikellänge

Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length

Die Länge der Muskelfaszikel, die üblicherweise in vivo mit herkömmlichem Ultraschall gemessen wird, ist ein wichtiger Parameter, der die Krafterzeugungskapazität eines Muskels definiert. Über 90% aller Muskeln der oberen Extremitäten und 85% aller Muskeln der unteren Extremitäten haben jedoch optimale Faszikellängen, die länger sind als das Sichtfeld herkömmlicher herkömmlicher Ultraschallsonden (T-US). Eine neuere, weniger häufig verwendete Methode namens Extended Field-of-View-Ultraschall (EFOV-US) kann die direkte Messung von Faszikeln ermöglichen, die länger sind als das Sichtfeld eines einzelnen T-US-Bildes. Diese Methode, die automatisch eine Sequenz von T-US-Bildern aus einem dynamischen Scan zusammenfügt, hat sich als gültig und zuverlässig erwiesen, um Muskelfaszikellängen in vivo zu erhalten. Trotz der zahlreichen Skelettmuskeln mit langen Faszikeln und der Gültigkeit der EFOV-US-Methode zur Messung solcher Faszikel haben nur wenige veröffentlichte Studien diese Methode verwendet. In dieser Studie zeigen wir, wie man die EFOV-US-Methode implementiert, um qualitativ hochwertige Muskel-Skelett-Bilder zu erhalten, und wie man Faszikellängen aus diesen Bildern quantifiziert. Wir erwarten, dass diese Demonstration die Verwendung der EFOV-US-Methode zur Erhöhung des Muskelpools sowohl in gesunden als auch in beeinträchtigten Populationen fördern wird, für die wir In-vivo-Daten zur Muskelfaszikellänge haben.

Erweiterter Sichtfeld-Ultraschall (EFOV-US) wurde implementiert, um Bilder vom langen Kopf des Bizeps brachii und der Tibialis anterior bei 4 gesunden Freiwilligen zu erhalten (Tabelle 1). Abbildung 1 zeigt, welche EFOV-US-Bilder beider Muskeln in dieser repräsentativen Bildgebungssitzung abgebildet sind, und hebt wichtige Aspekte jedes Bildes hervor, wie Muskelaponeriose, zentrale Sehne, Faszikelpfad usw. Nach Abschluss der Bildgebungssitzung wurden 3 qualitativ "gute" Bild...

Diese Studie beschreibt, wie man mit der EFOV-US-Methode (Extended Field-of-View Ultrasound) qualitativ hochwertige muskuloskelettale Bilder erhält, um muskelfaszikellängenmessungen durchzuführen. Wir wenden diese Methode auf Muskeln mit Faszikeln an, die über das Sichtfeld herkömmlicher herkömmlicher Ultraschallsonden (T-US) hinausgehen.

Erhalten von qualitativ hochwertigen Ultraschallbildern mit erweitertem Sichtfeld der Skelettmuskulatur zur Messung der Muskelfaszikellänge

Muscle fascicle length, which is commonly measured in vivo using traditional ultrasound, is an important parameter defining a muscle&#8217;s force ...

Die Möglichkeit, qualitativ hochwertige Ultraschallbilder mit erweitertem Sichtfeld zu erhalten, kann die Anzahl der Muskeln erhöhen, für die wir in vivo Daten zur Faszikellänge haben. Der Hauptvorteil des Ultraschalls mit erweitertem Sichtfeld besteht darin, dass er die direkte Messung längerer gekrümmter Muskelfaszikel ermöglicht, die mit herkömmlichem Ultraschall nicht erfasst werden können. Diese Methode kann auf über 90 % der Muskeln der oberen Extremität und 85 % der Muskeln der unteren Extremitäten angewendet werden, wobei die optimalen Faszikellängen länger sind als das Sichtfeld herkömmlicher Ultraschallsonden.Eine erfolgreiche Umsetzung dieser Methode setzt ein gutes Verständnis der Anatomie des Bewegungsapparates voraus. Üben Sie die Aufnahme von Bildern und üben Sie die Beurteilung der Qualität von Bildern. Nehmen Sie sich zunächst Zeit, um sich mit der Systemmethode zur Gewinnung von EFOV-US und mit der Anatomie der interessierenden Muskeln vertraut zu machen.Nachdem Sie das Studienprotokoll erklärt haben, setzen Sie den Teilnehmer auf einen verstellbaren Stuhl, der arretiert werden kann, und stellen Sie den Stuhl so ein, dass der Teilnehmer so bequem wie möglich ist und gleichzeitig Zugang zum interessierenden Muskel hat. Platzieren Sie das Gelenk, das der interessierende Muskel überspannt, in einer Haltung, die kontrolliert und wiederholt werden kann, und verwenden Sie die klinische Anleitung, um anatomische Orientierungspunkte zu lokalisieren. Markieren Sie die anatomischen Orientierungspunkte unter Verwendung der ISB-Standards zur Definition des Gelenkkoordinatensystems mit einem hautverträglichen Marker.Richten Sie den Mittelpunkt eines Handgoniometers an der Rotationsachse des Gelenks aus, richten Sie die Arme des Goniometers an den Segmenten des Gelenks aus und messen Sie dann den Gelenkwinkel. Verwenden Sie dann Stoffbänder, um die Gliedmaße zu sichern, um Bewegungen während des Bildgebungsprotokolls zu minimieren. Schließen Sie für die Bildaufnahme das Ultraschallsystem an und schalten Sie es ein und stellen Sie sicher, dass die Untersuchung auf den Bewegungsapparat eingestellt ist, der Schallkopf auf den verwendeten Schallkopf eingestellt ist und die Sendefrequenz zwischen fünf und 17 Megahertz eingestellt ist.Stellen Sie in der Software des Systems den Fußschalter auf Start-Stopp der Bildgebung. Wenn der verwendete Fußschalter über mehrere Pedale verfügt, stellen Sie zusätzliche Pedale so ein, dass sie einfrieren oder pausieren und das Bild drucken oder speichern. Tragen Sie anschließend eine großzügige Menge Ultraschallgel auf den Kopf des Schallkopfs auf und platzieren Sie den Schallkopf auf der Haut des Teilnehmers in der ungefähren Region von Interesse.Bewegen Sie den Schallkopf über die kürzere Achsenebene des Muskels, wobei der Indikator seitlich gerichtet bleibt. Identifizieren Sie den interessierenden Muskel in der kurzen Achsenebene senkrecht zur Richtung der Muskelfaser und bewegen Sie den Schallkopf distal und proximal, um eine vollständige Visualisierung des Muskelpfads zu erhalten, indem Sie die hautsicheren Marker verwenden, um wichtige anatomische Orientierungspunkte zu markieren, sobald sie identifiziert werden. Sobald die Position des Muskels identifiziert und markiert wurde, bewegen Sie den Ultraschallwandler in der Längsachsenebene, wobei der Indikator distal zeigt.Wenn entweder das distale oder das proximale Ende des Muskels identifiziert wurde, drehen und kippen Sie den Schallkopf, um die Faszikelebene an diesem Punkt zu identifizieren und die Haut zu markieren, wenn die richtige Schallkopfposition festgestellt wurde. Sobald die ungefähre Faszikelebene über die gesamte gewünschte Länge des Scans festgelegt wurde, üben Sie, dem Muskelpfad zu folgen und das Ultraschallsystem auf den erweiterten Sichtfeldmodus einzustellen. Beginnen Sie an einem Ende des Muskels, klicken Sie auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu starten, und bewegen Sie den Ultraschallwandler langsam und kontinuierlich entlang der Längsachse.Wenn das Ende des Muskels erreicht ist, klicken Sie auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu beenden. Um die Sichtbarkeit und Klarheit des Bildes zu optimieren, erhöhen Sie die Bildtiefe, wenn die Bildaufnahme endet, bevor die gewünschte Länge des Muskels erfasst werden kann. Um den Fokus anzupassen, platzieren Sie den Fokuspfeil im unteren 1/2 des Bildes direkt unter dem interessierenden Muskel.Stellen Sie sicher, dass die Verstärkung durch die Tiefe des Bildes ausgeglichen ist, und verwenden Sie die Anzeige, um die optimale Geschwindigkeit für die Bewegung des Schallkopfs zu bestimmen. Sobald qualitativ gute Bilder gesammelt wurden, exportieren Sie die Bilder als unkomprimierte DICOM-Bilder. Stellen Sie den Stuhl so ein, dass der Teilnehmer bequem sitzt und der Tibialis anterior mit Ultraschall zugänglich ist.Suchen und markieren Sie dann anatomische Orientierungspunkte und nehmen Sie Gelenkwinkelmessungen vor. Nachdem Sie die Position der Faszikelebene gefunden und das Aufnehmen von Bildern geübt haben, nehmen Sie ein EFOV-US-Bild des Tibialis anterior auf. Wenn alle Bilder erfasst wurden, öffnen Sie ein interessantes Bild mit langer Achse in einem geeigneten Bildanalyseprogramm.Identifizieren Sie das Bindegewebe, das den Muskel umgibt, als helle echoarme Linien, die die Muskelgrenzen um eine dunkle echoarme Form anzeigen, und überprüfen Sie, ob das Bild keine übermäßige nicht-anatomische Biegung, Lücken im Bild oder eine gezackte, flexible Lineallinie über dem Bild aufweist. Wenn dem Bild eine oder mehrere dieser Gewebestrukturen fehlen, ist das Bild qualitativ minderwertig. Um die Länge des Muskelfaszikels zu quantifizieren, öffnen Sie zunächst das gewünschte Bild in ImageJ und zeichnen Sie mit dem Geradenwerkzeug eine 10 Millimeter große gerade Linie auf dem Lineal an der Seite des Ultraschallbildes.Wählen Sie Analysieren und messen aus, um die Linie zu messen. Wenn die Bildeigenschaften beibehalten wurden, sollte die Länge der Geraden etwa einen Zentimeter betragen. Um die Faszikellängen im Bild zu messen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Werkzeug für gerade Linien, um die segmentierte Linie auszuwählen.Klicken Sie auf ein Ende des zu messenden Faszikels und klicken Sie kontinuierlich entlang des Muskelpfads, um sicherzustellen, dass die Krümmung im Faszikel erfasst wurde. Doppelklicken Sie dann auf das Ende der Faszikel, und wählen Sie Analysieren und Messen aus, um die Länge der Linie zu messen. In diesen repräsentativen Analysen wurde bei vier gesunden Probanden mit Hilfe von Ultraschall mit erweitertem Sichtfeld Bilder vom langen Kopf des Bizeps brachii und des Tibialis anterior erhalten.Die Ultraschallbildgebung dieser Muskeln mit erweitertem Sichtfeld wurde verwendet, um wichtige Aspekte des Gewebes wie die zentrale Sehne und den Faszikelweg zu beobachten. Nach der Bildgebung wurden dann für jeden Muskel bei jedem Individuum qualitativ gute Bilder analysiert. ImageJ wurde implementiert, um vier Faszikel mit Pfaden zu vermessen, die von ihrem Ursprung bis zur Insertion überzeugend visualisiert werden konnten und die sich in jedem Bild in verschiedenen Abschnitten des Muskels befanden.Die in dieser Studie erhaltenen durchschnittlichen Faszikellängen für den Bizeps brachii und den Tibialis anterior lagen im Bereich der zuvor berichteten Faszikellängen. Da es schwierig sein kann, zu bestimmen, welche Bilder für die Faszikelbewertung geeignet sind, werden hier repräsentative, qualitativ schlechte Bilder gezeigt, wobei die Teile der Bilder, die spezifisch schlecht sind, hervorgehoben werden. In diesen Bildern sind Unterschiede in der Muskelqualität und Orientierungspunkte für verschiedene Individuen zu sehen.Wenn Sie dieses Protokoll versuchen, nehmen Sie sich Zeit, um die Gültigkeit des vom Ultraschallsystem verwendeten Algorithmus zu verstehen. Überprüfen Sie die Anatomie des interessierenden Muskels und erhalten Sie ausreichend Übungsbildgebung. Dieses Protokoll soll Hinweise geben und die notwendigen Standards beschreiben.So kann Ultraschall mit erweitertem Sichtfeld über die beiden von uns genannten Beispiele hinaus auf Muskeln angewendet werden. Wir gehen davon aus, dass diese Methode sowohl bei gesunden als auch bei beeinträchtigten Populationen auf stabile Muskeln angewendet wird, um eine gesunde Muskelfunktion und Muskelanpassung nach Verletzungen oder Krankheiten besser zu verstehen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

Medizin

Wir beschreiben eine neue Ultraschall-basierten Vektor-Gewebe-Doppler-Imaging-Technik, um die Muskelkontraktionsgeschwindigkeit, Strain und Strain Rate mit Sub-Millisekunden-Zeitauflösung bei der dynamischen Aktivitäten zu messen. Dieser Ansatz bietet ergänzende Messungen der dynamischen Muskelfunktion und könnte zu einem besseren Verständnis der Mechanismen, die Muskel-Skelett-Erkrankungen führen.

A Novel Anwendung von Muskel-Skelett-Ultraschall-Bildgebung

Neuromuskuläre Erkrankungen weisen oft ein zeitlich variierenden, räumlich heterogen und vielschichtige Pathologie. Das Ziel des Protokolls ist es, diese Pathologie unter Verwendung von nicht-invasive Magnetresonanzbildgebungsverfahren zu charakterisieren.

Quantitative Magnetresonanztomographie von Skelettmuskelerkrankung

3D Ultraschall-Bildgebung (3DUS) ermöglicht die schnelle und kostengünstige Morphometrie des Muskel-Skelett-Gewebe. Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll zur Messung der Muskellänge Volumen und Faszikel mit 3DUS.

3D Ultraschall-Bildgebung: schnelle und kostengünstige Morphometrie des Muskel-Skelett-Gewebe

Wir präsentieren detaillierte Protokolle für die Durchführung von Kleinwinkel-Röntgenbeugungsexperimenten mit intakten Mausskelettmuskeln. Mit der breiten Verfügbarkeit von transgenen Mausmodellen für menschliche Krankheiten kann diese experimentelle Plattform ein nützliches Prüffeld für die Aufklärung der strukturellen Grundlagen genetischer Muskelerkrankungen bilden.

Röntgenbeugung von intakten Murine Skelettmuskel als Werkzeug zur Untersuchung der strukturellen Basis von Muskelerkrankungen

Dieses Protokoll präsentiert eine Sammlung von Sarkomer-, Kalzium- und makroskopischen geometrischen Daten aus einer aktiv kontrahierenden Herztrabekula ex vivo. Diese simultanen Messungen werden durch die Integration von drei Bildgebungsmodalitäten ermöglicht.

Simultane Hellfeld-, Fluoreszenz- und optische Kohärenztomographische Bildgebung kontrahierender Herztrabekel Ex Vivo

Dieses Protokoll verwendet Bewegungsmodus-Ultraschall und Oberflächenelektromyographie gleichzeitig, um die Muskelfunktion des Kerns zu messen. Die Muskeldicke und Aktivierung der lokalen Stabilisatoren (z. B. transversaler Abdominis, interner Schräg) und Global Mover (z. B. externer Schrägwand) ist zu bestimmten Zeitpunkten der Seitenplanken- und Totkäferübungen erreichbar.

Muskelfunktion, die mit Bewegungsmodus-Ultraschall und Oberflächen-Elektromyographie während des Ausdauertrainings erreicht wird

Die Ultraschallbildgebung wird in klinischen und Forschungsumgebungen immer zugänglicher, und ein konsistentes Protokoll wird für den Vergleich zwischen Studien und für klinische Interpretationen von Vorteil sein. Dieses Protokoll für die Ultraschalluntersuchung ist eine valide und zuverlässige Methode zur Beurteilung der Achillessehnenmorphologie bei gesunden, tendinopathischen und gerissenen Sehnen.

Messung der gesunden und verletzten Morphologie des Trizeps surae

Wir beschreiben ein Protokoll zur Gewinnung enzymatisch dissoziierter Fasern unterschiedlicher Länge und Art aus sechs Muskeln erwachsener Mäuse: drei davon bereits beschrieben (Flexor digitorum brevis, Extensor digitorum longus, soleus) und drei von ihnen erstmals erfolgreich dissoziiert (Extensor hallucis longus, Peroneus longus, Peroneus digiti quarti).

Intakte kurze, mittlere und lange Skelettmuskelfasern, die durch enzymatische Dissoziation von sechs Hintergliedmaßenmuskeln von Mäusen gewonnen wurden: Jenseits des Flexor Digitorum brevis

Hier stellen wir ein Protokoll zur Beurteilung der Gebrechlichkeit im perioperativen Setting mit Point-of-Care-Ultraschall zur Messung der Quadrizepsdicke vor. Diese Methode bietet eine praktische, nicht-invasive Alternative zu herkömmlichen Untersuchungsmethoden, die die perioperative Versorgung durch die schnelle Identifizierung gebrechlicher Patienten verbessern kann.

Erkennen von Gebrechlichkeit mit Point-of-Care-Ultraschall: Bildaufnahme und -beurteilung

Dieses Protokoll verwendet Mikro-Computertomographie, um eine kostengünstige Quantifizierung der fettfreien Masse zu ermöglichen, einschließlich Skelettmuskel- und Viszeralgewebe, Fettgewebe und Skelettgewebe bei Kleintieren. Sie unterscheidet zwischen magerem und fettem Gewebe, was für die biomedizinische Forschung, insbesondere in der translationalen Forschung an Kleintieren, erhebliche Vorteile bietet.

Nicht-invasive Quantifizierung der Skelettmuskulatur bei Kleintieren mittels Mikro-Computertomographie

Erfahren Sie die erweiterte Sichtfeld-Ultraschallmethode zur präzisen Messung von Muskelfaszikellängen. Diese Technik ermöglicht die Erfassung gekrümmter Faszikel, die über das Standard-Sichtfeld hinausgehen.

Erhalten von qualitativ hochwertigen Ultraschallbildern mit erweitertem Sichtfeld der Skelettmuskulatur zur Messung der Muskelfaszikellänge (Video) | JoVE Journal

Erhalten von qualitativ hochwertigen Ultraschallbildern mit erweitertem Sichtfeld der Skelettmuskulatur zur Messung der Muskelfaszikellänge

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