Name: אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה: Morphometry מהירה וחסכונית של רקמת שריר-שלד (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-27T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 52 s
Description: למד הערכת מורפולוגיה תלת-ממדית של שרירים בחיים באמצעות אולטראסאונד. שיטה זו מאפשרת מדידה מהירה וחסכונית של נפח שריר ואורך סיבים ללא פלישה, כחלופה יעילה ל-MRI בבריאות ובספורט.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים מאוד אדם Shortland ומטגנים ניקולה שחלקו שלהם אלגוריתמים לאולטרסאונד תלת-ממדי בשנת 2004, אשר היו ההשראה לפיתוח התוכנה ששימשה במחקר זה.

המחברים אין לחשוף.

טכניקה 3DUS חוקי ואמין מוצג המאפשר לניתוח מהיר של משתנים morphometric של שרירי השלד. גישות שונות 3DUS לדימות רקמות רכות כבר זמין עבור העשור42,43, אולם הגישות 3DUS עדיין לא משמשים בדרך כלל. MRI היא "תקן הזהב" עבור הערכה נפח השריר ' ויוו (למשל., מפנה16,17,18,19,20). MRI תוקפו שנבדק ונמצא אישר מחקרים שהשוו פאנטום או איברים cadaveric של נפח ידוע ל MRI-מבוססות הערכות44,45. עם זאת, MRI הזמינות למחקר מוגבל, הסריקות זמן רב ויקר. בנוסף, נושא ניסיוני תנוחות מוגבלים על ידי נשא נצל של MRI סורקים. תמונות מר טיפוסי ליצור ניגודיות לא מספיקות כדי לבצע מדידות של המשתנים של הגיאומטריה שרירים (fascicle אורכים וזוויות). עם זאת, הגיאומטריה 3D שריר יכול להיות מוערך גם באמצעות MRI באמצעות שיטות נוספות, למשל, טכניקה DTI21. בדומה דימות MRI, ארצות הברית מספקת הבחנה נאותה בכל הממשקים בין סוגים שונים של רקמות (קרי גלוי בתוך לנו תמונות), מתן מודאליות חוקי עבור רקמות רכות אמצעי הערכה1,30 ,44,46,47,48,49. בניגוד MRI, יש 3DUS תמונות חדות מספקת לביצוע ניתוח על גאומטריה ונפח השריר מן המדידה באותו.
בנוסף, הטכניקה הציג מאפשר שילוב של תמונות של מטאטא מרובים לתוך מערך אחד, לצורך המחקר של שרירי גדול יותר. שיטה חדשה זו 3DUS מספק כלי פוטנציאלי עבור הערכה קלינית של שריר מורפולוגיה. שיטה זו יכולה לשמש גם הדמיה מבנים ברקמות הרכות חוץ שריר (למשל, הגידים, איברים פנימיים, העורקים).
שינויים כדי לשפר את זמן העיבוד במצב לא מקוון:
שינויים של הגישה 3DUS היו בעיקר שמטרתן לשפר את זמן העיבוד ומדידת שרירי גדול יותר. הזמן במצב לא מקוון של תמונת 3DUS תלוי voxel מערך ההגדרות, תדר הדגימה, בגודל של רועי, משך זמן ומהירות של טאטא את המספר של מטאטא, תחנת העבודה בשימוש. בעבר, זמן הבנייה מחדש של ≈ 2 h היה הכרחי לשחזור לטאטא אחד מניב תמונות ארה ב 750 (30 s ב- 25 הרץ)15,25,30. בשיטת 3DUS הנוכחי, לסרוק אותו לוקח רק 50 זמן השיקום s (לשפר את זמן העיבוד 'מנותק' על ידי 99%). שיפור זה יכולה להיות מוסברת על ידי האלגוריתם מילוי משופרת אשר מנצל פעולות וקטורי גדול כדי למלא את voxels-המסגרת, במקום פיקסלים לכל פיקסל, זיכרון גישה אקראית מוגברת (RAM) של תחנות עבודה כדי לבנות מערכים voxel גדול יותר. עם הגישה 3DUS החדשה, שחזור טיפוסי המייצג את הסריקה אורך 30 ס מ במהירות של 1 ס"מ/s, עם יעד voxel בגודל של 0.2 x 0.2 x 0.2 מ מ3 , תדירות דגימה של 25 הרץ, לוקח בפעם הבאה לשחזר :
א כ 10 s כדי לזהות את הדופק סינכרון ולבחור תמונות רלוונטיות של ארה ב. נולד ב- s כ-120 כדי לקבוע את מטריצת מעבר כיול (PrTIm). ג. כ 10 s לשלב סל-מילוי. ד כ-30 s עבור ביצוע השלבים גאפ, מילוי.
בסך הכל, לוקח הערה ס' 170, שלב ב' רק צריך להתבצע פעם אחת, בהנחה חיבור נוקשה סמנים MoCap כדי לרכב הגישוש, עוזב 50 s את שיקומה של סריקה בודדת. שילוב של שני לטאטא יחיד שיחזר voxel מערכים לוקח בערך 10 s.
מגבלות של צעדים קריטיים:
ישנם מספר היבטים הדמיה 3DUS שצריך לקחת בחשבון:
אני איכות התמונה בארה ב: רזולוציה מרחבית גבוהה יותר של תמונות דו-ממד ארה ב לספק יותר פיקסלים כדי להיות ממוקם בתוך המערך voxel. זה יאפשר את הממדים voxel להקטין, שמוביל voxel צפיפות גבוהה יותר. מספר מכונות אולטרסאונד זמין כעת להשתמש הרכבה המרחבי כדי להפחית את המרקם פרטנית רועש, ומאפשר יותר ללא החפץ ההבחנה הממשקים של רקמות. אפשרות נוספת להפחתת חודרני היא שיפור קצוות. עם זאת, יש לציין כי גישה זו אינה רצויה, מאז זה מתעוות התמונה, בניסיון ליצור ממשקים שונים, ובכך לעוות את המיקום האנטומי האמיתי של הממשקים.
ii. MoCap דיוק: פיקסלים בלבד ניתן במדויק להציב לתוך voxel, אם חיישן מיקום מדויק מכמת את הקואורדינטות של המכשיר. עם עלייה רזולוציית התמונה, דיוק MoCap הופך להיות חשוב יותר. 3DUS הציג ההתקנה פועלת בצורה הטובה ביותר עם מימד voxel של 0.2 x 0.2 x 0.2 מ מ3, באמצעות מערכת MoCap עם דיוק של 0.1 מ"מ, המספק דיוק בשפע לבנייה מחדש של המערך voxel 3DUS.
iii. לטעום תדר: ברזולוציה הטמפורלית הנמוך ביותר של ארה ב תמונות או זרם הנתונים MoCap קובע את תדר הדגימה. הדבר משפיע על הזמן לטאטא או voxel מערך ההגדרות. למשל, הכפלת תדירות הדגימה מ 25 ל 50 הרץ מאפשר סריקה להתבצע בחצי מהזמן. לחלופין, לא משנה את מהירות סריקה, מספק תמונות נוספות כדי למלא את המערך voxel, עוזב פחות הפערים להתמלא, ובכך ואפשרות להגדיל את הרזולוציה מערך voxel. עם זאת, להגדיל את הרזולוציה מערך voxel, מבלי להגדיל את תדירות הדגימות, מחייבת סריקה איטית יותר, אשר יגדיל את הפוטנציאל של התנועה חפצים.
iv. תמונת שחזור הזמן: שחזורים מהירים דורשים תחנת עבודה רב עוצמה עם מספיק זיכרון RAM הזמין. בנוסף, שחזור הזמן משתנה בהתאם במידה רבה voxel מערך האחסון והמורכבות של תהליך מילוי הפער.
(פ') נסיוני: סטנדרטיזציה של פרוטוקול נסיוני, כפי שהודגם במחקר הנוכחי עבור VL ו- GM, היא חיונית לשם השוואה של מדידות מורפולוגי (למשל, fascicle אורך, זווית fascicle, שריר הבטן אורך, אורך גיד, אורך aponeurosis) בין נושאים ניטור בתוך נושאים בלימודי האורך. עם זאת, שים לב כי המורפולוגיה העריך במנוחה עשוי לשנות במהלך הפעלת שרירים. לדוגמה, עבור הניסוי השישי, המורפולוגיה פושט הברך בזמן התכווצות מירבית עשוי להדגים זווית גבוהה pennation fascicles קצר יותר ב- 60° כיפוף הברך, בהשוואה מורפולוגיה יתר50. בתנאים מסוימים (למשל., ספסטיות), אלקטרומיוגרפיה (EMG) יכול לשמש כדי לאמת את מנוחתו רמות פעילות השריר במהלך הבדיקה.
vi. בדיקה בלחץ ורקמות דפורמציה: אם אולטרסאונד בשפע ג'ל מוחל על רועי, מידת הלחץ להישאר עבור איש קשר מלא בין החללית לבין העור הוא מוגבל. הדרכה, אנו ממליצים כי סריקה של רועי צריכה להרגיש כמו ריחוף מעל העור, רק צריך להיות מוחל לחץ כדי לשמור על קשר עם הג'ל ועל ידי כך העור. עם זאת, דפורמציה קלה רקמות עשוי להיות בלתי נמנע, אפילו עם כמות נדיבה של ג'ל אולטרסאונד. גודל העצמית של רועי מעוקל משפיעות את הכמות הנדרשת של לחץ או ג'ל בשימוש. גודל המכשיר גדול יותר של רועי מעוקל יותר דורשים יותר לחץ ו/או ג'ל יותר, מאשר הגששים קטנים יותר עם דומה מעוקל ROI. פתרון אפשרי נוסף הוא למחוק את האזור הדהוד (כלומר ללא העור-מגע) של תמונות ארה ב. בנוסף, רקמות דפורמציה סביר להתרחש בשכבות רקמות הראשון, כגון העור ושכבות רקמת השומן התת עורית. שימו לב כי נושאים עם מעט אין רקמת השומן התת עורית ולכן נוטה יותר ההשפעות השליליות של הלחץ. בנוסף, להרכב רקמות מתרחשת ככל הנראה במרכז של המכשיר, שהוא בדרך כלל לא האזור של חפיפה עם מטאטא אחרים.
ז. ידע אנטומי או הדמיה: שיקול חשוב נוסף בשימוש בכל שיטה שהיא הדמיה הוא כי הידע של האנטומיה והן את המודאליות ההדמיה חיונית כדי לקבל פרשנות משמעותי. וריאציה אנטומי בין נושאים וחפצים התמונה צריך להיות מוכר ולקחת בחשבון בתהליך זיהוי של מבנים אנטומיים. אפילו עם שרירים בריאים ו/או מפותח, זיהוי ברור יכול להיות קשה כי זה דורש ידע אנטומי כדי להבדיל בין מרכיבים שונים של שריר אחד או בין קבוצות שרירים51. עם זאת, בשריר התנוון (קרי קשישים, במקרה של מחלה, או גופה), זיהוי ברור זה עוד יותר קשה בגלל גודל קטן יותר וירידה בחדות התמונה, ולכן פחות ברורים רקמות ממשקים (איור 4 ). אנו מאמינים כי ללא ידע אנטומי מוקדמת, שאנחנו כבר מוגבלת ב ביצוע פסקי הדין הנכון בעיצוב גישה 3DUS זו, בביצוע המדידות 3DUS. לדוגמה, לניסויים GM, זוויות שונות footplate אינם בהכרח גורמים שינויים צפויים בשריר אורכי מורכבים גיד, עקב דפורמציה בתוך הרגל7. גם מידע אנטומי מפורט על עקמומיות של aponeurosis דיסטלי היה חיוני עבור מבחר סביר של המטוס אמצע-האורך נושאים כל38.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55943/55943fig4.jpg"> איור 4: וריאציה ואיכות שיחזר 3DUS חתך אנטומי תמונות של שריר הארבע ראשי לאורך הירך. (א) דוגמה גופה האנושי זכר מראה תמונה של מצב התנוון-מוות (מוות גיל: 81 שנים). זיהוי של הגבולות של ראשי בודדים של שריר הארבע ראשי קשה. (B) דוגמה זכר בישיבה (בגילאי 30 שנה). (ג) דוגמה משיט ספורטאי זכר (בגילאי 30 שנה). מייצגים הריבועים הלבנים בתור קנה מידה 1 ס"מ x 1 ס מ. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55943/55943fig4large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
יישומים עתידיים:
הגישה 3DUS מספק כלי דימות יכול לשמש למטרות שונות והגדרות מרפאות וספורט. בהתערבויות קליניות יעילות קשורה רמת כושר גופני,52. שימוש 3DUS לניטור חולים הנמצאים בסיכון איבוד שריר מסה חשובים (למשל, הפניות53,54,55) ומאפשר פוטנציאלי עבור התאמה של הטיפול. עוד פוטנציאל היישום של 3DUS טמון ניטור של עיבוד מורפולוגי של השריר בתגובה התערבות (הכשרה) ו/או פגיעה.
פרוטוקול זה תיאר שיטה עלות, זמן-אפקטיביות של מדידת מבנה הרקמות של הגוף האנושי מבוסס על מטאטא ביד חופשית 3DUS. יתר על כן, הערכת פרמטרים מורפולוגי משמעותי של אמ vastus lateralis ו הסובך בשארל medialis הוכיחה להיות תקף ומהימן.

בריאות וספורט, מידע על המורפולוגיה של השרירים הוא בעל ערך רב אבחון ו/או למעקב הערכות לאחר טיפול או אימון1. אולטראסאונד (ארה ב) הדמיה הוא כלי נפוץ עבור ויזואליזציה של רקמות רכות מבנים מחלות שריר2, מחלות קריטיות3,4, מחלות לב וכלי דם5, הפרעות נוירולוגיות6, 7,8, ואת ההשפעות של אימון גופני6,9,10. ארה ב הדמיה מאפשר כימות של גודל שריר, fascicle האורך והזווית של pennation. משתנים אלה מורפולוגי חשובים גורמים של שריר כוח ואורך טווח לכפות ממאמץ11,12,13,14,15.
כיום, ארה ב מדידות דימות מבוצעות בעיקר בתמונות דו-ממד, עם בחירת הבודק ככל הנראה, כיוון מתאים והמיקום של האולטראסאונד לחקור. שיטות כאלה 2D להגביל מדידות מורפולוגי למישור תמונה אחת, בעוד הפרמטר עניין לא יכול להיות מתנה בתוך המטוס הזה. ניתוח מורפולוגי דורש גישה תלת-ממד, מתן out-של-plane מדידות באמצעות נקודות התייחסות 3D. כזה 3D מורפולוגי ייצוג של הרקמות הרכות ידוע יינתן על-ידי תהודה מגנטית (MRI)16,17,18,19,20. אולם, MRI הוא יקר, לא תמיד זמין. כמו כן, ויזואליזציה של סיבי השריר דורש רצפים MRI מיוחד, כגון דיפוזיה טנזור הדמיה (DTI)21. אלטרנטיבה חסכונית MRI היא הדמיה אולטרסאונד תלת-ממד (3DUS). הגישה 3DUS מספקת מספר יתרונות על טכניקות MRI, למשל, שהיא מציבה פחות מגבלות השטח כדי למקמם את הנושא במהלך בדיקה. הדמיה 3DUS היא טכניקה ברצף לכידת תמונות דו-ממד (מצב ב'-ארה ב), והצב אותן לתוך נפח רכיב (voxel) מערך22,23,24. התהליך של שחזור התמונה 3DUS כוללת חמישה שלבים: (1) לכידת סדרה של תמונות ארה ב 2D ביד חופשית; (2) מעקב אחר המיקום של המכשיר בארה ב, באמצעות מערכת לכידת תנועה (MoCap); (3) מסנכרן את המיקום MoCap ואת תמונות ארה ב; (4) לחשב את המיקום והכיוון של תמונות אולטרסאונד בתוך המערך voxel באמצעות מערכת מכוילת של הפניה; (5) הצבת תמונות אלה למערך voxel הזה.
הגישה 3DUS הוחל בהצלחה עבור הערכה של המורפולוגיה של שרירי השלד15,25,26,27,28,29. עם זאת,25,15,7,הגישות הקודמות30 הוכיחו מסורבלת, זמן רב ומוגבל מבחינה טכנית, כפי יכולתי יורכבו מקטעים קטנים בלבד של שרירים גדולים.
כדי לשפר את הגישה 3DUS, פרוטוקול 3DUS החדשה פותחה המאפשר שחזור של שרירי מוחלט בתוך תקופה קצרה של זמן. מאמר פרוטוקול זה מתאר את השימוש 3DUS הדמיה עבור morphometry של אמ vastus lateralis (VL), הסובך בשארל medialis (GM).

<table><tbody><tr><td>מכשיר אולטרסאונד (Technos MPX)</td><td>Esaote, איטליה</td><td>בדיקת מערך</td> ליניארי NA <td></td></tr><tr><td>(12.5 מגה-הרץ, 5 ס"מ)</td><td>Esaote, איטליה</td><td>תחנת עבודה NA</td><td></td></tr><tr><td>(HP Z440)</td><td>HP, ארה"ב</td><td>http://www8.hp.com/us/en/workstations/z440.html</td><td></td></tr><tr><td>Framegrabber (Canopus, ADVC 300)</td><td>Canopus, יפן</td><td>ADVC 300</td><td></td></tr><tr><td>מערכת לכידת תנועה (Certus)</td><td>NDI, קנדה</td><td>http://www.ndigital.com/msci/products/optotrak-certus/</td><td></td></tr> <tr><td>מכשיר סנכרון</td><td>VU, NL</td><td>צור קשר עם המחבר</td><td></td>המקביל</tr><tr><td>מסגרת כיול</td><td>VU, NL</td><td>צור קשר עם המחבר</td><td></td>המקביל</tr><tr><td>מדחום</td><td>גרייזינגר, גרמרני</td><td>GTH 175/PT</td><td></td></tr><tr><td>שולחן בחינה</td><td>NA</td><td></td><td>NA כל שולחן בדיקה</td></tr><tr><td>מד שיפוע</td><td>מכשיר לאפייט, ארה"ב</td><td>ACU001</td><td></td></tr><tr><td>לוחית רגל מתכווננת</td><td>VU, NL</td><td>צור קשר עם המחבר</td><td></td>המקביל</tr> מפתח <tr><td>מומנט</td><td>VU, NL</td><td>צור קשר עם המחבר</td><td></td>המקביל</tr><tr><td>מוט הניתן להרחבה</td><td>VU, NL</td><td>צור קשר עם המחבר</td><td></td>המקביל</tr><tr><td>גוניומטר (גולהון)</td> <td>מכשיר לאפייט, ארה"ב</td><td>1135</td><td></td></tr><tr><td>קרן בצורת משולש</td><td>NA</td><td>NA</td><td>עשוי חתיכת קצף נוקשה</td></tr><tr><td>רצועות קשירה</td><td>NA</td><td>NA</td><td>כל רצועת קשירה</td></tr><tr><td>סמן עור כירורגי</td><td>NA</td><td>NA כל</td><td>סמן עור כירורגי</td></tr><tr><td>ג'ל שידור אולטרסאונד</td><td>Servoson</td><td>NA</td><td>מומלץ סוג ג'ל דביק</td></tr></tbody></table>

אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה: morphometry מהירה וחסכונית של רקמת שריר-שלד

3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue

המטרה התפתחותית של אולטרסאונד תלת-ממד הדמיה (3DUS) הוא מהנדס מודאליות לבצע ניתוח מורפולוגי אולטרסאונד תלת-ממד של שרירי האדם. תמונות 3DUS בנויים מתמונות מכוילת ביד חופשית דו-ממדיות B-מצב אולטרה סאונד, אשר ממוקמות למערך voxel. אולטראסאונד (ארה ב) הדמיה מאפשר כימות של גודל שריר, fascicle האורך והזווית של pennation. אלה משתנים מורפולוגי הם גורמים חשובים של שריר כוח ואורך טווח כוח למאמץ. פרוטוקול הציג מתאר גישה זו כדי לקבוע את אורך בשארל vastus lateralis ועל הסובך בשארל medialisונפח fascicle. 3DUS מקלה על סטנדרטיזציה באמצעות הפניות אנטומי תלת-ממד. גישה זו מספקת גישה מהירה וחסכונית עבור לכימות מורפולוגיה 3D בשרירי השלד. בריאות וספורט, מידע על morphometry השרירים הוא בעל ערך רב אבחון ו/או למעקב הערכות לאחר טיפול או אימון.

הטכניקה המתוארת 3DUS שימש כדי לאסוף נתונים מורפולוגיים של ג'נרל מוטורס, VL ב ארבע גופות אדם זכר, בן-מוות ± 76.8 7.9 שנים (אומר ± SD). הגופות התקבלו באמצעות התוכנית תרומה של המחלקה של האנטומיה, מדעי המוח של המרכז הרפואי Universiteit המדינה (VUmc), אמסטרדם, הולנד. הגופים נשתמרו באמצעות שיטת החניטה שמטרתה שמירה על התכונות מורפולוגי של רקמות39.
לפני ניתוח, תמונת 3DUS בוצע של ג'נרל מוטורס, VL על-פי המתודולוגיה המתוארת. במהלך ניתוח, העור, הרקמה התת עורית, fasciae בשכבת-על ג'נרל מוטורס, VL הוסרו. מקטע אמצע-האורך נחתך, לוקח את הכיוון של aponeurosis דיסטלי בחשבון. שימוש של caliper, האורך fascicle היה נמדד, באמצע הדרך בין המקור לבין הקצה הדיסטלי של שריר הבטן. לאחר מכן, לאחר tenotomy, שריר הבטן היה גזור, שקוע בתוך עמודת המים מכוילת. שימוש ImageJ, אמצעי האחסון נמדדו על צילומים של עמודת המים עם ובלי שריר הבטן, נפח השריר היה לחשב ההפרש40. Fascicle אורך ונפח נמדדו שלוש פעמים, הערכים וסטיית חושבו. תוקף קריטריון בין המדידות שיטה, דיסקציה 3DUS נבחנה באמצעות המתאם פירסון עבור אמצעי האחסון, אורך ושרירים, fascicle הממוצע. אמינות אינטרה-מדרג של השיטה 3DUS מדידות אורך ונפח fascicle הנגזרת הייתה לכמת באמצעות מראה חד-כיוונית מעורבת דגם אינטרה-class מקדם המתאם (ICC3,3)41, ואחרי לוגריתמי טרנספורמציה של הנתונים, מחושב מקדם של וריאציה (CV). תוקפה של מדידות נפח אורך ושרירים fascicle שאושרו על-ידי מתאמים משמעותי וגבוה (r = 0.998, p < 0.01 ו- r = 0.985, p < 0.01, בהתאמה). אמינות אינטרה-מדרג של השיטה 3DUS נגזר מדידות אורך fascicle, אמצעי אחסון היה גבוה (ICC3,3 0.983, CV קורות חיים 7.3%, ו- ICC3,3 0.998, 5.4%, בהתאמה). הוא הוא סיכם כי הגישה 3DUS הציג הוא כלי תקף ומהימן להערכת אורך ונפח fascicle של האדם VL ו GM (טבלה 1).
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/55943/55943table1.jpg"> טבלה 1: גווייה אימות נתונים- C # הוא מספר גווייה GM medialis הסובך בתכנית, VL הוא בתכנית vastus lateralis. "לנתיחה" מציג תוצאות של הקרע גווייה, "3DUS" מציגה את התוצאות של ניתוח תמונה 3DUS של הגופות.

אולטרסאונד תלת-ממד הדמיה (3DUS) מאפשר morphometry מהירה וחסכונית של רקמות שריר-שלד. אנו מציגים פרוטוקול כדי למדוד את נפח השריר אורך fascicle באמצעות 3DUS.

אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה: Morphometry מהירה וחסכונית של רקמת שריר-שלד

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS ...

המטרה הכללית של מתודולוגיה זו היא לבצע הערכה מורפולוגית תלת-ממדית in vivo המבוססת על ניתוח אולטרסאונד של רקמת שריר אנושית. שיטה זו היא טכניקה מבטיחה למתן מענה לשאלות מרכזיות בתחומי הבריאות והספורט בנוגע לאבחון ומעקב אחר תפקוד השרירים לאחר טיפול ואימון. היתרונות של טכניקה זו הם שמדידת השרירים באמצעות אולטרסאונד תלת-ממדי מהווה חלופה מהירה וכלכלית לדימות תהודה מגנטית (MRI).טכניקת אולטרסאונד תלת-ממדית זו מספקת שיטה שאינה פולשנית לקביעת נפח השריר, אורך הפסיקול (fascicle) ושטח חתך פיזיולוגי של שרירי השלד in vivo. מאז שנת 1980, עסקנו בחקר הקשר בין המבנה לתפקוד של שרירים, תחילה בשרירי גוויות אנושיות וביצירת מודלים מתמטיים של שרירים אלו, ולאחר מכן בניסויים בבעלי חיים. באמצעות טכניקת האולטרסאונד המשופרת, נוכל כעת לחקור שרירים אנושיים in vivo.כדי להעריך את השריר הגסטרוקנמי우스 מדיאליס (gastrocnemius medialis), או GM, הנחו תחילה את הנבדק לשכב במצב שכיבה על הבטן (prone) על שולחן בדיקה, כאשר שתי הרגליים חורגות מקצה השולחן. הניחו תמיכה תחת השוק (tibia) כדי ליישר את הרגל התחתונה באופן אופקי, וקבעו את הירך לשולחן הבדיקה באמצעות רצועות קשירה מרופדות כדי למנוע פשיטת ברך במהלך הניסוי. התאימו את כף הרגל שנסרק לתוך פלטת כף רגל בהתאמה אישית, וחברו מפתח מומנט בהתאמה אישית שגוניומטר מחובר אליו אל פלטת כף הרגל.מצא את זווית פלטת כף הרגל המתאימה למומנט המופעל חיצונית והשתמש במוט נמתח המחובר לשולחן כדי לקבע את פלטת כף הרגל באוריינטציה המתאימה. לאחר מכן, זהה באמצעות מישוש את ההיבטים הגבניים הבולטים ביותר של האפיקונדילים המדיאליים והלטרליים של הפמור ואת מרכזי המאלאולוסים של הטיביה והפיבולה, וסמן את מיקומם בעזרת טוש כירורגי. זהה את הנקודות השטחיות ביותר של קונדילים הפמור המדיאליים והלטרליים באמצעות אולטרסאונד וסמן אותן בעזרת טוש כירורגי.הנחה את הנבדק לא לזוז במהלך הבדיקה, מרח כמות נדיבה של ג'ל אולטרה-סאונד על אזור העניין ופתח את תוכנת תפיסת הפריימים (frame grabber) במחשב המדידה. חיוני שהמטופל יישאר ללא תנועה במהלך המדידות כדי למנוע ארטיפקטים של תנועה בתמונת האולטרה-סאונד התלת-ממדית. לחץ על Capture כדי להתחיל ברכישת תמונת האולטרה-סאונד, ולאחר מכן לחץ על הכפתור במכשיר הסנכרון כדי להתחיל ולהפעיל את רכישת נתוני לכידת התנועה.מכשיר הסנכרון, הממוקם בקרבת מתמר האולטרסאונד, יופעל ויצור ארטיפקט בולט בתמונת האולטרסאונד עם תחילת לכידת התנועה. תוך הפעלת לחץ מינימלי ושמירה על איכות התמונה, מקמו את מתמר האולטרסאונד פרוקסימלית לקונדילים של הפמור בצד המדיאלי של הירך, והניעו את המתמר במהירות קבועה בכיוון פרוקסימלי-דיסטלי לאורך הגבול המדיאלי של ה-GM. באמצעות הג'ל מהסריקה הקודמת, הוסיפו סריקות חופפות נוספות של 0.5 סנטימטר עד שכל אזור העניין ייסרק והגבול המדיאלי של השריר יצולם במלואו. חשוב למרוח כמות מספקת של ג'ל אולטרסאונד כדי למנוע עיוות של הרקמה כתוצאה מלחץ מופרז של המתמר בעת קבלת תמונת האולטרסאונד.לאחר רכישת כל התמונות, השתמשו בסקריפט מותאם אישית כדי לשחזר מערך ווקסלים (voxel array) תלת-ממדי בודד של אולטרסאונד מסריקה בודדת מעל אזור עניין ספציפי, באמצעות מילוי סלים (bin filling) וצביעה פנימית (in-painting) של המערך. לאחר מכן, השתמשו באותה מערכת קואורדינטות של מערך הווקסלים כדי לשחזר את כל הסריקות הבודדות המכסות אזור עניין גדול יותר, במטרה למזג מספר סריקות. כדי למדוד את נפח השריר, טענו תחילה את תמונת האולטרסאונד התלת-ממדית הרלוונטית בערכת כלי האינטראקציה הרפואית (medical interaction tool kit).הגדירו את החיתוך ל-Coupled crosshair rotation ויישרו את הציר עם מבנים שריריים או גרמיים כדי לאחזר במדויק את הקואורדינטות של נקודת המוצא, ההידבקות והקצה הדיסטלי של גוף השריר. פתחו את כלי הסגמנטציה וצרו סגמנטציה חדשה המתווה את גבולות השריר שזוהו בחתך רוחבי במחציתו של גוף השריר. לחצו על מקש A במקלדת כדי להוסיף סגמנטציה ידנית על ידי לחיצה על לחצן העכבר השמאלי והזזת הסמן לאורך גבולות השריר.כדי לסגמנט חתך רוחבי חדש, לחץ על כפתור A או S בהתאם למצב שנבחר לאחרונה כדי להזיז את כוונת הפסח לחתכים רוחביים אחרים לאורך גוף השריר, ועקוב אחר הגבול הבא של השריר כפי שהודגם זה עתה. כאשר כל הסגמנטים נבחנו ונבחרו, הגדר את האינטרפולציה ל-enabled (מופעל) וסקור את הסגמנטציות המוצעות של גבולות השריר בכל החתכים הרוחביים לאורך גוף השריר. לאחר שכל גבולות השריר סגמנטו כהלכה, לחץ על Confirm for all slices ובחר את המישור שבו בוצעו הסגמנטציות.שמור את הנפח הבינארי כקובץ Nearly Raw Raster Data והשתמש בסקריפט מותאם אישית כדי לחשב את גודל הנפח המסומן. לאחר מכן, השתמש בסקריפט מותאם אישית כדי לאתר את כיוון מישור הפסקיקולוס האורכי המרכזי של גוף השריר המכיל את מלוא אורך הפסקיקולוסים. מהמישור האורכי המרכזי, מדוד את אורך הפסקיקולוס במיקום סטנדרטי שנקבע מראש בין נקודת המוצא לקצה הדיסטלי של גוף השריר, ובצע סגמנטציה של גבולות השריר.הניחו קו במרכז אזור העניין וסובבו אותו עד שיהיה תואם לכיוון הפסוסיקלים (fascicles) שמתחתיו. נקודות החיתוך של הקו עם גבולות השריר ייצגו את האומדן של אורך הפסוסיקל. תמונה זו של גופת גבר אנושית ממחישה מצב של ניוון בשריר הירך (quadriceps muscle) באמצע הירך בעת המוות, מה שמקשה על זיהוי הגבולות של הראשים הבודדים של שריר הירך בהשוואה לאלו שזוהו בשריר הירך של גבר בן 30 בעל אורח חיים סדנטרי או של ספורטאי בן 30.התוקף של אורך הפסיקולוס (fascicle length) ושל נפח השריר אושש באמצעות מתאמים גבוהים ומובהקים בשיטת האולטרסאונד התלת-ממדי (3D ultrasound) בהשוואה לנתוני נתיקה פיזיקלית של אותן רקמות, עם מהימנות בין-בודקים גבוהה עבור המדידות שהתקבלו בשיטת האולטרסאונד התלת-ממדי. הדבר מאשר כי גישת האולטרסאונד התלת-ממדי היא כלי תקף ומהימן להערכת הנפח ואורך הפסיקולוס של שרירי ה-vastus lateralis וה-gastrocnemius medialis בבני אדם. בעקבות פרוצדורה זו, ניתן לכמת את מורפולוגיית השריר ולקשרה לטווח התנועה של המפרק ולביצועים פיזיים.טכניקה זו מוכנה כעת ליישום כהערכה שגרתית של תפקוד השרירים במטופלים עם מחלות נוירו-מוסקולריות או באלו הסובלים מסרקופניה. טכניקה זו של דימות אולטרסאונד בתלת-ממד עשויה לשמש גם למדידת המורפולוגיה של רקמות אחרות, כגון עצמות, גידים וכלי דם. פיתוחה של טכניקה זו סלל את הדרך עבור חוקרים בתחום הנוירו-מוסקולרי לבחון כיצד מורפולוגיית השרירים מגבילה את הניידות.ובפיזיולוגיה של המאמץ, להערכת גורמים מורפולוגיים הקובעים ביצועי ספרינט וסיבולת של ספורטאים.

3d-ultrasound-imaging-fast-cost-effective-morphometry-musculoskeletal

Research

JoVE Journal

Medicine

רפואה

אנו מתארים טכניקה חדשה המבוסס על אולטרסאונד וקטור רקמת דופלר הדמיה כדי למדוד את מהירות התכווצות שרירים, מתח ושיעור זן עם רזולוציה של זמן משנה אלפית השנייה במהלך פעילות דינמית. גישה זו מספקת מדידות משלימות של תפקוד שרירים דינמי ויכולה להוביל להבנה טובה יותר של מנגנוני מחלות שרירים.

יישום רומן של השלד והשרירים אולטראסאונד הדמיה

ניתחנו מידע משותף. מנתוני טומוגרפיה ממדית שיטת הרישום הרציפה תלת-ממדית למחצה מספקת את הקינמטיקה של העצם הנעה ביחס לעצם הנושא מנתוני טומוגרפיה ממוחשבת בארבעה מימדים.

4-מימדי ניתוח CT באמצעות 3D סדרתית-3D הרישום

מחקר זה מתאר כיצד להשיג תמונות שרירים ושלד באיכות גבוהה באמצעות שיטת אולטרסאונד שדה הראייה המורחבת (EFOV-US) לצורך ביצוע אמצעים אורך שריר פשיסטי. אנו מיישמים שיטה זו על שרירים עם פשיסטים המשתרעים על פני שדה הראייה של בדיקות אולטרסאונד מסורתיות נפוצות (T-US).

קבלת איכות מורחב שדה הראייה תמונות אולטרסאונד של שריר השלד כדי למדוד את אורך שריר פשיסטי

פרוטוקול זה מדגים אולטרסאונד רובוטי (ארה"ב) כחלופה מעשית, חסכונית ומהירה לשיטות תמונה מסורתיות לא פולשניות.

שימוש באולטרסאונד רובוטי 3D לניתוח In Vivo של כליות עכבר

הדמיית אולטרסאונד הופכת לנגישה יותר במסגרות קליניות ומחקריות, ופרוטוקול עקבי יועיל להשוואה בין מחקרים ולפרשנויות קליניות. פרוטוקול זה להערכת אולטרסאונד הוא שיטה תקפה ואמינה להערכת המורפולוגיה של גיד אכילס בגידים בריאים, טנדינופתיים וקרעים.

מדידת מורפולוגיה בריאה ופצועה של Triceps Surae

ההליכים להערכת גודל הגוף, צורתו והרכבו באמצעות פתרונות זמינים מסחרית להדמיה אופטית תלת-ממדית מאפשרים איסוף מהיר של נתונים מדויקים וניתנים לשחזור. רופאים יוכלו ליישם רכישה של סמנים ביולוגיים חדשניים ושימושיים (מדידות "קלטת אלקטרונית") בהערכות שגרתיות של מטופלים כדי לסייע באפיון מצבם הבריאותי.

אנתרופומטריה קלינית והרכב גוף מהדמיה אופטית תלת מימדית

כאן, אנו מציגים בפירוט את פרוטוקול המדידה של המכשיר האולטראסוני של שידור צירי דו-כיווני (BDAT) ובודקים אותו במחקר שחזור, בהתחשב ב-14 משתתפים בריאים ו-3 מפעילים. המהימנות, שנמדדה עם מקדמי המתאם התוך-מחלקתיים (ICC), הייתה טובה עד מצוינת עבור ארבעה פרמטרים מעניינים.

הערכת עצם קליפת המוח באמצעות גלים מונחים קוליים: מחקר שחזור באוכלוסייה בריאה

כאן, אנו מתארים לעומק שיטה, המבוססת על טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת, לפלח ולמדוד מודלים תלת-ממדיים של עצמות קרניומקסילופציאליות בעכברים, להערכה טובה יותר של התפתחות עצם קרניומקסילופציאלית בעכברים ממה שמתאפשר בשיטות הנוכחיות.

ניתוח מומים קרניומקסילופציאליים בעכברים באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת תלת מימדית

פרוטוקול זה משתמש בטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת כדי לאפשר כימות חסכוני של מסה רזה, כולל שרירי השלד ורקמת הקרביים, רקמת השומן ורקמת השלד בבעלי חיים קטנים. הוא מבחין בין רקמה רזה לרקמת שומן, מה שמציע יתרונות משמעותיים למחקר ביו-רפואי, במיוחד במחקר תרגומי בבעלי חיים קטנים.

כימות שרירי שלד לא פולשני בבעלי חיים קטנים באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת

וידאו זה מדגים שימוש רכבת רכוב בתדירות גבוהה בדיקה אולטרסאונד לבצע אקו על העכבר בהרדמה. שיטות מתארים הן מדידות דו מימדי ו-M-mode קונבנציונלי של תפקוד הלב בנוסף, הכלים החדשים חזקים יותר כגון צבע דופלר, ניתוח המתח, כמו גם בניגוד הדמיה בכלל ממוקדות.

אקו Murine והדמיה אולטראסאונד

למד הערכת מורפולוגיה תלת-ממדית של שרירים בחיים באמצעות אולטראסאונד. שיטה זו מאפשרת מדידה מהירה וחסכונית של נפח שריר ואורך סיבים ללא פלישה, כחלופה יעילה ל-MRI בבריאות ובספורט.

אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה: Morphometry מהירה וחסכונית של רקמת שריר-שלד

גלה סרטונים נוספים