Name: 筋骨格超音波画像の新規応用 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-09-17T09:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 53 s
Description: 学ぶベクトル組織ドプラ画像法による大腿直筋の収縮速度・ひずみ・ひずみ速度の測定法。ドロップランディング動作中の筋骨格動態をミリ秒以下の時間分解能で評価し、変性疾患の病態理解とリハビリテーション戦略に応用する。

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この作品は、全米科学財団からの助成金番号0953652によって部分的にはジョージメイソン大学図書館のオープンアクセス出版基金によって部分的にサポートされていました。我々は、高速カメラへのアクセスを提供するためのドクター·ジョンロバートCressmanジュニアに感謝したいと思います。

1。計装ベクターTDIは、2つ以上の独立した方向から採取したドップラー速度測定から得られた速度ベクトルを推定に基づいている。研究インタフェースを備えた超音波システムは、VTDIを開発するために使用した。研究インターフェースは、ソフトウェア開発キット（SDK）を使用して、低レベルのビームフォーミングおよびパルスシーケンス制御を可能にした。 128トランスデューサ素子のビュー38ミリメートルフィールドとからなる5-14 MHzのリニアアレイトランスデューサを用いた。研究は、2つのインタフェースの送信にアレイトランスデューサを分割し、開口部を受け取り、法線に対して15°の受信ビームを操縦するために使用された。送信ビームは、関心領域（ 例えば、筋腹）に焦点を合わせた。送信および受信開口は、32の要素に設定した。 8人の被験者、4人の男性と4人の女性（29.7±6.5歳）を本研究に採用された。の被験者からの運動学的措置右下肢は、高速性能と200 [Hz]のサンプリングレートで八カメラモーションキャプチャシステムを用いて捕捉した。実験中の地面反力データは2,000 Hzでサンプリングする2つの力板を得た。 高速度カメラが三脚に取り付けられ、被写体から2メートルに配置され、500フレーム/秒で液滴着弾を捕捉するために使用した。 2。件名の準備<ol><li>ショーツ、スポーツブラやショートTシャツとランニング靴を着用して被験者に依頼してください。 </li><li>被験者は10分の自己主導のウォームアップとデータ収集前にストレッチを行うように指示します。これは、異常な筋肉収縮を回避し、任意の筋肉のけいれんの範囲を減少させることである。 </li><li>ウォームアップセッションの後、身体の特定のランドマーク反射マーカを配置します。具体的には、場所校正大転子上のマーカー、二国間の内側および外側膝と内側およびlateraL踝。事後に追跡マーカーを置き、各足19〜20上の太ももやシャンク、および5マーカーに優れた腸骨稜、および場所のクラスタを前方。 </li><li>静的トライアルを得るために、3Dカメラのフォーカスエリアの中心に立って科目を演出します。参加者は、静的な3Dモーションキャプチャデータを取得するために、彼らの肩を越え腕に力がプレートの上に立つ必要があります。 </li><li>そして、振動子ホルダに超音波トランスデューサを配置し、振動子ホルダからの超音波トランスデューサの脱落を回避するために、良好なからくりを確保する。振動子ホルダはLexenポリカーボネートおよび成形可能なプラスチックを用いて行った。 </li><li>皮膚と超音波トランスデューサとの良好な接触を確保するために、トランスデューサーに、超音波伝達ゲルの寛大な量を適用します。 </li><li>縦AXの大腿直筋の筋肉の画像に被写体の腿に振動子ホルダと一緒に超音波トランスデューサを配置です。変換器は、 直筋の腹筋大腿イメージに途中、前腸骨棘と横epicondoyleの間に配置されなければならない。脚に超音波トランスデューサとトランスデューサホルダーを固定する前に、大腿四頭筋群の軸方向のスライスを取得します。指針としてこれを使用して、超音波トランスデューサは、現在大腿直筋を画像化され、より横方向の移動または外側から内側、vastii筋群を画像化を避けるためにしないことを確認してください。 </li><li>今、対象者の大腿部に振動子ホルダを固定するために凝集自己粘着包帯を使用しています。この手順のステップは、反射マーカーをブロックしたり、カバーしていないことを確認します。自己粘着性包帯は緩いまたは過度にタイトであってはなりません。 LAX包帯ドロップ着陸タスクの実行中に、超音波トランスデューサが落下し危険になり、過度にタイトな包帯は、不快感の原因となる、表面的な血液の流れを乱し、おそらく落下着陸のダイナミクスを変える。 </li><li> Tを配置500フレーム/秒で動画を収集するには、少なくとも2メートル離れて矢状面での被写体からの彼高速度カメラ。被験体の全体滴着陸シーケンスが捕獲され得ることを保証するために、カメラのレンズの焦点を合わせる。 </li></ol> 3。実験プロトコール<ol><li>すべてのマーカーと超音波トランスデューサが安全であると、フォースプレートから50センチメートルで、高さ30cmのところのプラットフォームに立って被験者に依頼してください。プラットフォーム（約2.5メートル）周辺は落下着陸作業を妨げたり、被写体を傷つける可能性のあるオブジェクトの明確であることを確認してください。これは、超音波トランスデューサコードを含む。 </li><li>腰に手を置く被験者は前落下着陸タスクを開始し、全体のドロップ着陸シーケンス中に指示する。 </li><li>超音波、液滴着弾タスク開始前の3Dモーションキャプチャ、力プレートと高速度カメラのデータ収集を開始する。異なる機器間の同期を実現することができますすべてのデータ収集を開始するために単一のキープレスを用いて、dは。キーボードに取り付けられた圧力センサは、特定のキーが押されると、同期トリガ信号を生成することができる。 </li><li>同時に、両方の足で、プラットフォームや土地からドロップ着陸タスクを実行する対象を演出します。対象者ではなく、そこからジャンプの箱からドロップしていることを確認してください。具体的な指示は、ランディング技術に関して提供されていない。 </li><li>被写体が完全に安定して落下着陸シーケンスを完了した後にデータ収集を停止します。 </li><li>このプロトコルを主題ごとに5回繰り返します。 </li></ol> 4。超音波データ解析<ol><li>コンピュータに超音波システムからの生データをエクスポートして保存します。 </li><li>各々からの生の無線周波数（RF）、超音波データは、ビームが40 MHzでデジタル化される受け取る。 MATLABを使用してデータを処理します。 </li><li>搬送波周波数を除去するためにRFデータに対して直交復調を行う。 STATを削除ionaryと20Hzのハイパス·フィルタを使用して、各受信ビームからの各深さの直交データをフィルタリングすることにより低周波クラッタ。 </li><li>両方に沿って速度が従来の自己相関速度推定器21を使用して受信ビームを推定する。 </li><li> 図1に見られるように、落下着陸シーケンス全体にわたって（トランスデューサーに沿って）横方向および軸方向（トランスデューサに垂直な方向）の速度波形を得るために、個々の速度波形を組み合わせる。 </li><li> 22先に説明したように式1を用いて個々の速度成分から得られた速度ベクトルの大きさを得る。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/50595/50595equation1.png" /> β1及びf 2 fは、ビームステアリング角であるつの受信周波数成分であり、f tは送信周波数である。 </li><li>横方向及び軸方向の歪み速度ドを計算/空間gradiを使用してdtは横方向及び軸方向速度のエント。 <img alt="式2" src="/files/ftp_upload/50595/50595equation2.png" /> V 2とV 1は、距離Lで区切られた二つの空間の位置と推定瞬時速度どこ</li><li>それぞれ軸方向および横方向の歪み速度を統合することにより、軸方向および横方向の歪み、Eを計算します。 <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/50595/50595equation3.png" /></li></ol> 5。 3Dモーションキャプチャデータの解析<ol><li>さらに分析するためにコンピュータに3Dモーションキャプチャデータをエクスポートします。 </li><li>静的スタンディングトライアルを使用して、最小二乗最適化23で3Dモーションキャプチャソフトウェアを使用して、運動学モデル（骨盤、太もも、すね、足）を作成します。 </li><li>腰の運動、ひざ、足首の関節を定量化するために、この運動学モデルを使用してください。 </li><li> 4次のローパスButterworを用いた反射マーカの軌跡と地面反力を絞り込むそれぞれの3Dモーションキャプチャソフトウェアを用いて7 Hzおよび25 Hzのカットオフ周波数を有する第フィルタ。 </li><li>デンプスターの方法に従って、各参加者の推定セグメントの慣性特性を利用して、標準的な逆動力学解析を用いて運動学および接地力データから3次元の関節の力とモーメントを計算します。セグメント間関節モーメントは、内部瞬間として定義されている（ 例えば 、膝内線モーメントが屈曲負荷抵抗する膝に適用される）。 </li></ol> 6。ハイスピー​​ドカメラのデータ解析<ol><li>分析と超音波と3Dモーションキャプチャ運動学的データとの比較のためにコンピュータへの高速カメラデータからビデオをエクスポートします。 </li><li> 15フレーム/秒でムービーを再生し、落下着陸動態を観察します。 </li><li>次いで、anatomiに可視マーカーを追跡することによって全体滴着弾試験中に振動子ホルダの動きと超音波トランスデューサの変位を定量化する高速ビデオデータを用いて校正目印。落下着陸のダイナミクスの評価は、より良い別の打ち上げと着陸のスタイルを理解するためにも同時にを行うことができます。 </li></ol>

<ol><li>Woolf, A. D., Akesson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+burden+of+musculoskeletal+conditions.+The+burden+is+huge+and+not+reflected+in+national+priorities%5BTitle%5D)+AND+%22BMJ%22%5BJournal%5D)">Understanding the burden of musculoskeletal conditions. The burden is huge and not reflected in national priorities.</a> BMJ. 322, 1079-1080 (2001).</li>
<li>World Health Organization. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Health+21%3A+the+health+for+all+policy+for+the+WHO+European+region+-+21+targets+for+the+21st+century%22">Health 21: the health for all policy for the WHO European region - 21 targets for the 21st century</a>. , WHO Regional Office for Europe. Copenhagen. (1988).</li>
<li>National Center for Health Statistics. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22National+health+interview+survey%22">National health interview survey</a>. , US Department of Health and Human Services. Hyattsville, MD. (1995).</li>
<li>Reginster, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+prevalence+and+burden+of+arthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Rheumatology%22%5BJournal%5D)">The prevalence and burden of arthritis.</a> Rheumatology. 41, Suppl ement 1. 3(2002).</li>
<li>Slemenda, C., Brandt, K. D., Heilman, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quadriceps+weakness+and+osteoarthritis+of+the+knee%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+internal+medicine%22%5BJournal%5D)">Quadriceps weakness and osteoarthritis of the knee.</a> Annals of internal medicine. 127 (2), 97(1997).</li>
<li>Rasker, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rheumatology+in+general+practice%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Rheumatology%22%5BJournal%5D)">Rheumatology in general practice.</a> British Journal of Rheumatology. 34, 494-497 (1995).</li>
<li>Chopra, A., Abdel-Nasser, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidemiology+of+rheumatic+musculoskeletaldisorders+in+the+developing+world%5BTitle%5D)+AND+%22Best+Practice+%26+Research+Clinical+Rheumatology%22%5BJournal%5D)">Epidemiology of rheumatic musculoskeletaldisorders in the developing world.</a> Best Practice & Research Clinical Rheumatology. 22, 583-604 (2008).</li>
<li>Narayan, U. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+gait+analysis+in+the+orthopedic+management+of+ambulatory+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Pediatrics%22%5BJournal%5D)">The role of gait analysis in the orthopedic management of ambulatory cerebral palsy.</a> Current Opinion in Pediatrics. 19, 38-43 (2007).</li>
<li>Ahtiainen, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Panoramic+ultrasonography+is+a+valid+method+to+measure+changes+in+skeletal+muscle+cross-sectional+area%5BTitle%5D)+AND+%22European+journal+of+applied+physiology%22%5BJournal%5D)">Panoramic ultrasonography is a valid method to measure changes in skeletal muscle cross-sectional area.</a> European journal of applied physiology. 108 (2), 273-279 (2010).</li>
<li>Rutherford, O. M., Jones, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+fibre+pennation+using+ultrasound+in+the+human+quadriceps+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22European+journal+of+applied+physiology+and+occupational+physiology%22%5BJournal%5D)">Measurement of fibre pennation using ultrasound in the human quadriceps in vivo.</a> European journal of applied physiology and occupational physiology. 65 (5), 433-437 (1992).</li>
<li>Fukunaga, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+fascicle+length+and+pennation+in+a+contracting+human+muscle+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Determination of fascicle length and pennation in a contracting human muscle in vivo.</a> Journal of Applied Physiology. 82 (1), 354-358 (1997).</li>
<li>Miyoshi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+detection+method+of+muscle+fiber+movement+as+revealed+by+ultrasound+images%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+engineering%22%5BJournal%5D)">Automatic detection method of muscle fiber movement as revealed by ultrasound images.</a> Medical engineering. 31 (5), 558-564 (2009).</li>
<li>Cronin, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+tracking+of+medial+gastrocnemius+fascicle+length+during+human+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Automatic tracking of medial gastrocnemius fascicle length during human locomotion.</a> Journal of Applied Physiology. 111 (5), 1491-1496 (2011).</li>
<li>Heimdal, A., Stoylen, A., Torp, H., Skjaerpe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+strain+rate+imaging+of+the+left+ventricle+by+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Society+of+Echocardiography%22%5BJournal%5D)">Real-time strain rate imaging of the left ventricle by ultrasound.</a> Journal of American Society of Echocardiography. 11, 1014-1019 (1998).</li>
<li>D'hooge, J., Bijnens, B., Thoen, J., Van de Werf, F., Sutherland, G. R., Suetens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Echocardiographic+strain+and+strain-rate+imaging%3A+a+new+tool+to+study+regional+myocardial+function%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Med.+Img%22%5BJournal%5D)">Echocardiographic strain and strain-rate imaging: a new tool to study regional myocardial function.</a> IEEE Trans Med. Img. 21, 1022-1030 (2002).</li>
<li>Eranki, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+tendon+velocities+using+vector+tissue+Doppler+imaging%3A+A+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Conf.+Proc.+IEEE+Eng.+Med.+%26+Biol%22%5BJournal%5D)">Measurement of tendon velocities using vector tissue Doppler imaging: A feasibility study.</a> Conf. Proc. IEEE Eng. Med. & Biol. , 5310-5313 (2010).</li>
<li>Sikdar, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+rectus+femoris+muscle+velocities+during+patellar+tendon+jerk+using+vector+tissue+Doppler+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Conf.+Proc.+IEEE+Eng.+Med.+%26+Biol%22%5BJournal%5D)">Measurement of rectus femoris muscle velocities during patellar tendon jerk using vector tissue Doppler imaging.</a> Conf. Proc. IEEE Eng. Med. & Biol. , 2963-2966 (2009).</li>
<li>Cortes, N., Blount, E., Ringleb, S., Onate, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soccer-specific+video+simulation+for+improving+movement+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+biomechanics+%2F+International+Society+of+Biomechanics+in+Sports%22%5BJournal%5D)">Soccer-specific video simulation for improving movement assessment.</a> Sports biomechanics / International Society of Biomechanics in Sports. 10 (1), 12-24 (2011).</li>
<li>Quammen, D., Cortes, N., Van Lunen, B., Lucci, S., Ringleb, S., Onate, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+two+different+fatigue+protocols+on+lower+extremity+motion+patterns+during+a+stop-jump+task%5BTitle%5D)+AND+%22J+Athl+Train%22%5BJournal%5D)">The effects of two different fatigue protocols on lower extremity motion patterns during a stop-jump task.</a> J Athl Train. 47 (1), 32-41 (2012).</li>
<li>Kasai, C., Namekawa, K., Koyano, A., Omoto, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+two-dimensional+blood+flow+imaging+using+autocorrelation+technique%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Sonics+Ultrasonics%22%5BJournal%5D)">Real-time two-dimensional blood flow imaging using autocorrelation technique.</a> IEEE Trans. Sonics Ultrasonics. Su-32, 458-464 (1985).</li>
<li>Pastorelli, A., Torricelli, G., Scabia, M., Biagi, E., Masotti, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+real-time+2-D+vector+Doppler+system+for+clinical+experimentation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">A real-time 2-D vector Doppler system for clinical experimentation.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 27, 1515-1524 (2008).</li>
<li>Lu, T. -W., O'Connor, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+position+estimation+from+skin+marker+co-ordinates+using+global+optimisation+with+joint+constraints%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Bone position estimation from skin marker co-ordinates using global optimisation with joint constraints.</a> Journal of Biomechanics. 32, 129-134 (1999).</li>
<li>Cronin, N. J., Lichtwark, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+ultrasound+to+study+muscle-tendon+function+in+human+posture+and+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+%26+Posture%22%5BJournal%5D)">The use of ultrasound to study muscle-tendon function in human posture and locomotion.</a> Gait & Posture. , (2012).</li>
<li>Loram, I. D., Maganaris, C. N., Lakie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+ultrasound+to+make+noninvasive+in+vivo+measurement+of+continuous+changes+in+human+muscle+contractile+length%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physiology%22%5BJournal%5D)">Use of ultrasound to make noninvasive in vivo measurement of continuous changes in human muscle contractile length.</a> Journal of applied physiology. 100 (4), 1311-1323 (2006).</li>
<li>D'hooje, J., Heimdal, A., Jamal, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+strain+and+strain+rate+measurements+by+cardiac+ultrasounds%3A+principles%2C+implementation+and+limitations%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Echocardiogr%22%5BJournal%5D)">Regional strain and strain rate measurements by cardiac ultrasounds: principles, implementation and limitations.</a> Eur J Echocardiogr. 1, 154-170 (2000).</li>
<li>Yeung, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feature-adaptive+motion+tracking+of+ultrasound+image+sequences+using+a+deformable+mesh%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Imaging%2C+IEEE+Transactions+on%22%5BJournal%5D)">Feature-adaptive motion tracking of ultrasound image sequences using a deformable mesh.</a> Medical Imaging, IEEE Transactions on. 17 (6), 945-956 (1998).</li>
<li>Duan, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+of+LV+endocardial+surface+on+real-time+three-dimensional+ultrasound+with+optical+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Imaging+and+Modeling+of+the+Heart%22%5BJournal%5D)">Tracking of LV endocardial surface on real-time three-dimensional ultrasound with optical flow.</a> Functional Imaging and Modeling of the Heart. , 873-875 (2005).</li>
<li>Miyatake, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+method+for+evaluating+left+ventricular+wall+motion+by+color-coded+tissue+Doppler+imaging%3A+in+vitro+and+in+vivo+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+College+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">New method for evaluating left ventricular wall motion by color-coded tissue Doppler imaging: in vitro and in vivo studies.</a> Journal of the American College of Cardiology. 25 (3), 717-724 (1995).</li>
<li>Nagueh, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doppler+estimation+of+left+ventricular+filling+pressure+in+sinus+tachycardia%3A+a+new+application+of+tissue+Doppler+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Doppler estimation of left ventricular filling pressure in sinus tachycardia: a new application of tissue Doppler imaging.</a> Circulation. 98 (16), 1644-1650 (1998).</li>
<li>Grubb, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skeletal+muscle+contraction+in+healthy+volunteers%3A+assessment+with+Doppler+tissue+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Skeletal muscle contraction in healthy volunteers: assessment with Doppler tissue imaging.</a> Radiology. 194 (3), 837-842 (1995).</li>
<li>Eranki, A., AlMuhanna, K., Sikdar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+vector+Doppler+system+based+on+an+array+transducer%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Symposium+%28IUS%29%22%5BJournal%5D)">Characterization of a vector Doppler system based on an array transducer.</a> Ultrasonics Symposium (IUS). , (2010).</li>
<li>Newhouse, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+dependence+of+ultrasound+Doppler+bandwidth+on+beam+geometry%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Sonics+Ultrason%22%5BJournal%5D)">The dependence of ultrasound Doppler bandwidth on beam geometry.</a> IEEE Trans. Sonics Ultrason. 27 (2), 50-59 (1980).</li>
<li>Baker, D. W., Rubenstein, S. A., Lorch, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Doppler+echocardiography%3A+principles+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+journal+of+medicine%22%5BJournal%5D)">Pulsed Doppler echocardiography: principles and applications.</a> The American journal of medicine. 63 (1), 69-80 (1997).</li>
<li>Loupas, T., Gill, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifrequency+Doppler%3A+improving+the+quality+of+spectral+estimation+by+making+full+use+of+the+information+present+in+the+backscattered+RF+echoes%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrasonics%2C+Ferroelect.+Freq.+Contr%22%5BJournal%5D)">Multifrequency Doppler: improving the quality of spectral estimation by making full use of the information present in the backscattered RF echoes.</a> IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelect. Freq. Contr. 41, 522-531 (1994).</li>
</ol>

著者はいずれも、任意の目的の財務情報開示や競合がなく、研究は我々の施設のIRBによって承認された。

超音波イメージングは​​、例えば、3次元モーションキャプチャ、動力測定法、電図、および接地反力の測定などの従来の対策を補完することができ、動的試験において、筋肉運動の直接的な評価を提供する能力を有する。このアプローチは、基本的な生体力学の研究と臨床評価のために広く適用することができます。生の無線周波数（RF）、超音波データまたはエンベロープ検波グレースケール（またはB-モード）画像データに対して相互相関を使用して（1）スペックル追跡方法：超音波を用いて組織の動きを推定する3つの主要なアプローチがある。これらの技術は、広く、骨格24-25および心臓26の筋肉運動追跡および推定の両方に使用されている、（2）筋線維束または機能27-28および心臓29の両方に用いられる（3）組織ドプライメージング技術を追跡する画像処理方法-30及び骨格31動き推定。空間的なクロスCに基づいてスペックルトラッキングorrelationは、組織の動きを追跡するために広く使用されており、サブピクセル解像度での動きを追跡することができる。しかし、スペックルパターンは、より大きな動きの間に急速に非相関。像面のうちの運動も、スペックル追跡のための課題を提起する。筋肉束の長さを追跡するための方法は、全体の束は、動的タスク中の画像で視覚化され、より良い適用性を持っている。画像データを処理する方法に依存して、撮像フレームレートによって制限される低時間分解能を有し、従って、高速で動きを追跡することはできません。さらに、これらの束の追跡方法は、平面運動のうちに非常に敏感である。このように筋肉へのプローブの相対移動は、追跡が失敗する可能性があります。従来の組織ドプライメージング（TDI）から速度の推​​定値は、同様に小さなプローブの動きに、より堅牢で、高い時間分解能を持つことができます。ドップラー法は、このように、ドップラー推定値が不正確デュかもしれない、唯一の超音波ビームに沿って速度コンポーネントを推定することができる筋肉の動きに超音波照射の様々な角度へのE。提案VTDI方法は、異なる角度で操舵つの異なる超音波ビームを利用することによって、この問題を克服するので、速度推定値は、撮像面における超音波照射角度とは無関係である。また、VTDIの実効時間分解能は約0.1ミリ秒であることができるので、この方法では、動的な活動（ 例えば 、ドロップ着地、歩行やジョギング）中に骨格筋の動きを追跡することができます。 我々のアプローチの他の利点は、ベクトル組織ドプライメージングを行うための臨床超音波システムに基づいて、リニアアレイ撮像トランスデューサの使用を含む。我々は、電子的に送信/受信ビームステアリング、開口サイズを受信し、大きな視野を走査するために、位置をフォーカスを制御する。さらに、このアプローチは、同時実時間イメージングと二本鎖VTDIを実行するように拡張することができる。私たちのシステムはまた、私たちは、Lに従来のBモード撮像を行うことができます組織株および運動の定量のために関心領域をocate。この方法は、臨床スキャナに実装されましたので、我々はバイオメカニクス研究のための歩行実験室でこのVTDI方法を展開することができました。 この手法の限界は確認をする必要があります。様々な要因は、ドップラー測定の精度に影響を与える。 （に沿って筋線維全体で）2次元でのVTDI基づく速度推定値は（32要素ワイド）2送信/受信サブアパーチャに分割し、15度のビームを操縦するために、リニアアレイトランスデューサを必要とします。超音波は、より高い角度に光を送受信するステアリングは、グレーティングローブによる速度措置に影響を及ぼす可能性があります。また、VTDIのビーム重複領域の面積は、潜在的に速度推定値に影響を与え、様々なビーム焦点深度を32に変更します。ドップラー推定値の分散は、tの（2）分散分析時間ウィンドウ内の組織（1）の加減速に依存するドップラレンジゲート内の発行速度（3）ワイドバンドに使用される開口内に変化するドップラー角は、送信とも呼ばれて超音波ビームを受信し、スペクトル幾何33および送信された超音波パルスの（4）の帯域幅を広げるので、ドップラー偏移34キャリア周波数に比例する。いくつかの方法は、分散を制限するために使用することができる。このような自己相関等の相基づく速度推定器は、典型的には、スペクトル推定量に比べて小さく、分析時間ウィンドウを利用しますが、それらは、ドップラーシフトではなく、ピークシフトを意味する推定。広帯域2Dフーリエ変換のようなスペクトル推定量は、35を変換により、パルス帯域に分散を減らすことができます。二つのドップラービームを操縦利用VTDIの場合には、筋肉へのビーム​​重複領域における相対的な組織速度の分散が考慮すべき別の要因である。 大腿直筋の筋収縮は、3Dと収縮ベロシティにありITYは、筋肉に沿って空間的に変化。したがって、慎重に関心領域を選択することが重要である。 本研究では、VTDIを使用して8人の健康なボランティアのドロップ着陸タスクの実行中に大腿直筋筋運動の再現性を検討した。試験は独立していたにも関わらず、我々は試験間の個人のための高い相関性と再現ピーク筋収縮速度を観察した。我々は現在、さらに、このパターンを調べるために、我々の研究でより多くの被験者を募集しています。本研究では、非侵襲的に設けられており、 腹直筋の収縮速度のリアルタイム測定は、ドロップ着陸中筋大腿 。 1：収縮速度の次のパターンが落下着陸タスク（ 図2）の様々な段階の間に観察された。筋収縮速度は、膝屈曲（打ち上げ相）と拡張子（イン·ザ·エアPの間に、軸方向に比べ横方向に支配する長谷）。 大腿直筋の筋肉がイン·ザ·エアフェーズの間に打ち上げ段階と求心性収縮時の伸張性収縮を受けているので、これは、期待されている。 2。無視できるほど低い軸筋の速度を有する第三段階（つま先が地面に触れて）、中に低側筋速度。これは、このフェーズ3の間、 大腿直筋の筋収縮を低下させるために対応している。かかとが地面に触れた直後に、軸方向および横方向の筋の速度が大幅に増加。これは、筋線維と筋線維それぞれ、法線に沿った速度の増加を引き起こす、おそらく圧縮形状に伸張性収縮および変化の両方を受ける筋肉に起因する。落下着陸タスクは高い衝撃仕事であるという事実にもかかわらず、VTDI、再現直筋速度を大腿明らかにした。この筋が過剰負荷から膝関節を保護するための主原因であるため、この超音波技術は、臨床的影響を与える可能性がある。したがって、ACL再建の患者で大腿直筋筋のさらなる評価は、OAの早期加速発症につながるメカニズムを理解することが保証されています。 この研究の参加者は、全30センチプラットフォームから自然落下着陸タスクを実行するように求めていたが、我々はジャンプや打ち上げの高さの違いを発見した。また、高速度カメラデータを用いて、全ての被験者が異なる液滴着弾スタイルを有することが観察された。これは、タスクの間に活性化パターンの可能性の違いの結果として筋肉大腿直筋のピーク結果のベロシティ値の被験者の間のわずかな違いを説明できる。別の可能な要因は、潜在的に筋収縮の異なるレベルにつながると生産を強制する可能性が大腿直筋の筋の断面積の違いである。

筋骨格系障害は、成人1で広く普及している。彼らは米国の2の大手慢性疾患であり、世界的に3人の25％に影響を与えると報告されている。筋骨格系障害は日常生活動作（ADL）、機能制限や生活4の低品質の活動に機能低下と関連している。彼らの経済的負担が原因生産性の損失と高い医療費4の意味がある。これらの疾患のいくつかの病態生理は不十分に理解されたままになります。例えば、前十字靭帯（ACL）損傷の再構成次の変形性関節症（OA）4の病因は、大腿四頭筋強度および機能5における変化に関連しているが、根本的なメカニズムは不明である。基礎となるメカニズムを解明するために、より良好な動的な筋肉機能を理解する必要がある。 機能的な個々の筋肉の評価は、部分的またはADLとアクティブなライフスタイル（ つまりスポーツ）に関連したタスク全体の実行中に筋肉の機能と、これらの疾患の病因や病態生理学におけるその潜在的な役割についてのさらなる洞察を提供することができます。さらにリハビリテーション時の筋肉の機能改善の定量は、転帰尺度として用いることができる。診療所で筋肉や関節の機能を測定する従来の技術は、運動の範囲、筋力および/または筋持久基等の身体検査を含む。現在臨床において、筋電図（EMG）を筋肉活性化/同時活性化、周波数、および筋活動の振幅を評価するために使用される。しかし、筋電図は、筋肉内の電気的活性化の尺度であり、必ずしも筋力、収縮能力や筋肉の他の機能要素についての情報を提供していません。このような3次元モーションキャプチャシステムのような他の洗練されたfの生体力学的評価、または地面反力の共同運動学及び動力学および力プレートは、歩行ラボ6-9に行うことができる。これらの技術によって行われた測定は、関節のレベルであり、必ずしも動的または機能活性時に個々の筋機能の直接的な理解を提供していない。ダイナミックな活動を行いながら、同時に筋肉のイメージングを実行する能力は、潜在的に筋肉のレベルで、より良く、より現実的な機能評価につながる可能性があります。 研究の大半は、静的がちな位置に筋肉の機能に焦点を当てているが、この方法は、さらに、リアルタイムの状況の間の筋肉の動作の理解を強化するために新たな道を開くことができます。 超音波診断は、リアルタイムで、筋肉や腱のダイレクトイメージングを可能にすることができるので、ADLの間、筋骨格のダイナミクスと機能を測定するための魅力的な代替である。の超音波ベースの定量的措置例えば、筋肉の厚さ、長さ、幅、断面積（CSA）、繊維pennation角と束の長さなどの筋肉形態およびアーキテクチャは、広く10-12使用されてきた。近年、画像処理方法は、動的タスク13-14の間にこれらの定量的な尺度を評価し、定量するために使用されてきた。これらの進歩は、 生体内の筋肉機能の理解に新たな方法論的なアプローチを可能にした。しかし、これらの方法は主に、従来のグレースケール（またはB-モード）の超音波イメージングを用いに頼っているので、十分に価値があることが示された組織速度、歪及びドップラー原理を用いて歪み速度を測定する超音波の可能性を悪用していない心筋機能15〜16を評価する。 我々は、高時間分解能で収縮速度、歪み及び歪み速度を測定することができるベクターの組織ドプライメージング（VTDI）技術（サブmilliseconを開発したD）ダイナミックな活動17〜18の間。具体的には、VTDI技術は、高フレームレートで非常に動的なタスク（ 例えば 、ドロップ着陸、歩行など ）の間に筋肉や腱の測定を行うことができます。 VTDI技術は、超音波ビームに沿った速度成分のみを推定する従来のドップラー超音波、に対する改善であるので、超音波照射角度に依存する。 VTDIは異なる角度で操舵つの異なる超音波ビームを用いて、筋肉や腱の速度を推定し、撮像面における超音波照射角度とは無関係である。筋肉の収縮は、3Dで起こるので、撮像面の角は依然として重要である。私たちは、臨床現場で行われるようにこれらの測定を可能にする、研究·インタフェースで、市販の超音波システムでこのメソッドを実装している。 VTDIのシステム経験の再現性と潜在的な利用可能性を調査するために、EMは、動的タスク中大腿直筋筋速度を測定する際に、私たちは健康な成人ボランティアに予備調査を行った。本論文では、方法論と収縮速度を推定するための実験を示して、歪みと直筋の歪速度は、ドロップ着陸タスクの実行中に、ミリ秒の時間分解能を持つ筋肉大腿 。

<table><tbody><tr><td>超音波診断装置</td><td>超音波</td><td>Sonix RP</td><td></td></tr><tr><td>3Dモーションキャプチャシステム</td><td>Vicon モーションシステム</td><td>Vicon T-20</td><td></td></tr><tr><td>フォースプレート</td><td>Bertec Corporation</td><td>Bertec 4060-10</td><td></td></tr><tr><td>High Speed Camera</td><td>Photron</td><td>Photron 512 PCI 32K</td><td></td></tr></tbody></table>

筋骨格超音波画像の新規応用

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

超音波は、動的なタスクの間に筋肉や腱の動きを画像化するための魅力的なモダリティであり、臨床や研究室の設定で生体力学的研究のための補完的な方法論的アプローチを提供することができます。この目標に向かって、超音波画像からの筋肉の運動学の定量化のための方法は、画像処理に基づいて開発されている。これらのメソッドの時間分解能は、典型的には、ドロップ着陸などの非常に動的なタスクのためには十分ではない。我々は、筋肉の運動を定量化するためのドップラー法を利用する新しいアプローチを提案する。我々は、超音波を用いた動的活動中サブミリ秒の時間分解能を有する筋骨格収縮速度、歪み及び歪み速度を測定するために使用することができる新規ベクターの組織ドプライメージング（VTDI）技術を開発した。この予備的研究の目的は、筋骨格ベロシティを測定する際にVTDI技術の再現性と潜在的な適用性を検討することであった健康な被験者のドロップ着陸タスクの間ITIES、。 VTDI測定は、関節運動学及び動力学のための3次元モーションキャプチャ、床反力のための筋肉の活性化および力プレートのタイミング電図等の他の生体力学の技術と並行して行うことができる。これらの補完的な技術の統合は、筋骨格系障害の病因および病態生理学の基礎となる動的な筋機能と機能障害のより良い理解につながる可能性があります。

の方法を実証する私たちの前の仕事からの代表的な結果を以下に示す。我々の現在の研究に利用される方法は、画像処理とモーションキャプチャを統合しながら、以下に示す代表的な結果は、これらの測定値を別々に実施された研究からである。 I.超音波（VTDI） 3Dモーションキャプチャおよび高速カメラからのデータを使用して、被験体のジャンプ、着地および安定相のパターンは、それぞれの試験のために研究した。軸方向と横方向の直が VTDIから筋肉速度大腿は 3Dモーションキャプチャおよび高速カメラから収集されたデータと比較した。このデータを使用して、落下着陸シーケンス全体を通して、軸方向および横方向の大腿直筋の筋肉の速度の時間的特性を調べた。正横方向速度は、膝屈曲時に大腿直筋筋の伸張性収縮に対応負の横方向の速度は、膝伸展時の​​筋の求心性収縮に対応する。これは、 図2に示されている。すべての被験者全体のドロップ着陸シーケンスは約1.45±0.27秒続いた。 各被験者には、軸方向と横方向の筋速度は0.99とR2 = 0.75（ 図3）の傾きと試験の間に強い再現性を示した。 2人（男女）は、より高い速度を持っていたが6 8のうち、対象者のための速度値は、48〜62センチメートル/秒の類似の範囲であった。各被験者の個々の体重や筋肉の厚さを調整し、男性（72.96センチメートル/秒）、女性よりも有意に高い筋肉速度（48.71センチメートル/ sec）を提示し、P = 0.029、。 超音波トランスデューサの位置は、高速度カメラを用いたドロップ着陸シーケンスを考え追跡した。転子カフ（緑破線間での線分の間の角度オピニオン線分）および中間大腿カフ（紫色の点線線分）との間の線分を算出した。被験体当たり2試行（試行1および2のように1の対象に関連すると）、16試験の合計は、 図4で観察される。着陸中の解剖学的マーカーに対するトランスデューサホルダの最小の角度変化（0.91°±0.54度）は、すべての16の試験にわたって観察された。超音波トランスデューサ角度変化は（ICC 2,1 = 0.90、P &lt;0.05）だけでなく、高い再現性を示しました。これは着陸試験中の変換器の動きが最小であったことを示しており、速度測定は、何らかの変換器の動きに影響を受けなかった。 II。 3Dモーションカメラ·フォースプレート当社は、主に膝や股関節屈曲角度、膝外反角、膝外反モーメントに着目した。ヒップF：私たちは、地面との最初の接触時に、被験者は以下の運動学的なパターンを持っていたことが分かったLEXION 41°±13度、膝屈曲23°±9度、膝外反母趾0.03°±6度。彼らは着陸フェーズで進行するにつれて、達成される最大の角度であった：±8度（ 図5）°股関節屈曲58°±19度、膝屈曲54°±24度、膝外反母趾-4。膝外反モーメントが着陸フェーズ（ 図6）の間に、その最大値に初期接地接点から0.03±0.03〜0.1±0.1 NM /キロに減少を発表した。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig1.jpg" /> 図1。 腹直筋のVTDI速度測定の表現は、グレーのビームが2個々の送信を表し、受信ビームを。筋肉大腿と赤線は（膝の近位-遠位方向）、横方向速度成分と青色の線が軸方向速度を表し（筋肉の厚さに沿って）コンポーネント。 &lt;Pクラス= &quot;jove_content&quot;&gt; <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig2.jpg" /> 図2。滴着弾時の軸方向及び横方向の速度は、ビデオフレームのシーケンス（上パネル）と比較される。下部パネルは、Aは、初期膝屈曲に対応する軸方向と横方向の速度は、であり、Bは、膝の伸長に対応し、Cは、に対応する地面を打つつま先、Dは地面を打つかかとに相当し、Eは、膝屈曲後の着陸に対応し、Fは、膝伸展と安定化に対応しています。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig3.jpg" /> 図3。全8科目（サブジェクトごとに2試験）のための合成速度ベクトルの大きさの再現。男性は青い円の赤いダイヤモンドと女性で示されている。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig4.jpg" /> 図4。パネルAエラーが発生超音波振動子ホルダ製線分と半ば腿（紫色の破線の線分）上のマーカおよび超音波トランスデューサ製線分と大転子上のマーカーとの間の角度（緑色線分破線）。パネルB.大腿中央部と超音波トランスデューサと大転子上のマーカによって作ら線分上に超音波トランスデューサホルダとマーカー製線分との間の角度の絶対誤差。 <img alt="図5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig5.jpg" /> 図5。図は、ドロップ着陸タスク中に3Dモーションキャプチャを示しています。プラットフォームから発射するための初期膝屈曲に対応して、Bが地面に当たるつま先に対応し、Cが地面に当たるかかとに対応し、Dは、膝屈曲後の着陸に対応し、Eは KNEに対応E拡張と安定。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50595/50595fig5hires.jpg" target="_blank">大きな画像を見るにはここをクリックしてください。</a> <img alt="図6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50595/50595fig6.jpg" /> 図6。図は、ドロップジャンプの立脚相中に代表膝外反モーメントの変化を示している。膝外反モーメントが着陸フェーズ中に最大値に初期接地接点から0.1±0.1 NM /キロに0.03±0.03から増加を発表した。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50595/50595fig6hires.jpg" target="_blank">拡大表示するには、ここをクリックしてください図。</a>

我々は、動的な活動中にミリ秒以下の時間分解能で、筋肉の収縮速度、歪みやひずみ率を測定するための新しい超音波ベースのベクトル組織ドプライメージング技術について説明します。このアプローチは、動的な筋機能の補完的な測定値を提供し、筋骨格障害のメカニズムのよりよい理解につながる可能性があります。

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon  motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological  approach ...

この手順の全体的な目的は、ベクトル組織ドプライメージングを用いて、ドロップランディングタスク中の大腿直筋の収縮、速度、歪みおよび歪み速度をサブミリ秒の時間分解能で推定することです。まず、被験者の下肢に反射マーカーを貼付し、被験者の大腿部にトランスデューサーを配置して準備を行います。次に、被験者に腕を胸の前で組み、モーションキャプチャ領域の中央に立つよう指示し、静止試行をキャプチャします。次に、被験者はプラットフォーム上に立ち、そこから飛び降りて両脚で同時に着地するドロップランディングタスクを行います。最終的に、ベクトル組織ドップラー法によりドロップランディングタスク中の大腿直筋のキネマティクスを提示できるとともに、モーションキャプチャシステムを用いて関節のキネマティクスおよびキネティクスを定量化することが可能です。本手法の、3Dモーションキャプチャや筋電図などの他の既存手法に対する主な利点は、超音波画像診断によって個々の筋肉の動きを直接的に推定できることです。さらに、ベクトル組織ドップラー画像法は、特にドロップランディングのような動作において、非常に高いフレームレートで筋肉運動の大きさと方向の両方を提供できるため、既存の超音波画像技術に対していくつかの利点があります。この手法は、動的なタスクにおける筋骨格系のキネマティクスの定量的測定値を提供することで、バイオメカニクスおよびリハビリテーション指標の分野における重要な疑問に答えることができます。また、本手法は、変形性関節症の早期発症や前十字靱帯損傷後などの変性疾患の病態生理学的プロセスの理解に適用可能です。これは、動的な活動中の関節力学と筋骨格機能を同時に定量化できるためです。これらの初期発達の根底にあるプロセスを理解するために、この手順では、被験者にスポーツブラまたは短いTシャツ、ショーツ、およびランニングシューズを着用するよう指示してください。まず、データ収集の前に、被験者に10分間の自主的なウォーミングアップとストレッチを行うよう指示します。これは、異常な筋肉の収縮を避け、筋けいれんの範囲を軽減するためです。ウォーミングアップセッションの後、粘着テープを使用して、大転子、両側膝関節の内側および外側、そして外果に反射校正マーカーを貼付します。次に、後上腸骨棘と前上腸骨棘にトラッキングマーカーを貼付します。大腿部と下腿部にクラスターを配置し、最後に各足に5つのマーカーを貼付します。次に、超音波トランスデューサを専用設計のホルダーにしっかりと固定し、皮膚との密着性を高めるために十分な量の超音波伝導ゲルを塗布します。その後、ホルダーに固定した超音波トランスデューサを、前上腸骨棘と外側上顆の中間点の大腿部に配置します。超音波トランスデューサとホルダーを脚に固定する前に、大腿四頭筋群の軸方向または横断面像を取得します。これをガイドとしてトランスデューサを回転させ、縦断像に切り替え、トランスデューサが大腿直筋を確実にイメージングしており、外側または内側にずれていないことを確認してください。反射マーカーを遮ることなく、外側広筋などの筋肉群のイメージングを避けるため、自己粘着性包帯を使用して、被験者の大腿部にホルダーを心地よく固定します。次に、静止状態の3Dモーションキャプチャ試行を行うため、被験者に両腕を肩に回した状態で、3Dカメラのフォーカスエリア中央にあるフォースプレート上に立つよう指示します。セットアップを完了させるため、被験者の矢状面から少なくとも2メートル離れた位置にハイスピードカメラを設置し、被験者のドロップランディング動作の全シーケンスを確実に捉えられるようカメラレンズのピントを調整します。被験者に、高さ30cmでフォースプレートから50cm離れた、周囲に障害物のないプラットフォーム上に立つよう依頼します。ドロップランディング課題を開始する前および動作の全シーケンスを通じて、両手を腰に置くよう被験者に指示し、ドロップランディング課題の開始前に、3D超音波のデータ収集を開始します。フォースプレートと高速カメラのモーションキャプチャを開始します。次に、被験者に対し、プラットフォームからジャンプするのではなく、そのまま降りて両脚で同時に着地するドロップランディングタスクを行うよう指示します。被験者が完全に安定し、ドロップランディングの一連の動作が完了したら、データ収集を停止します。生の超音波無線周波数（RF）データを解析するために、MATLABを用いて超音波データファイルをインポートし、直交復調を行うことで搬送波周波数を除去します。両方の受信ビームからenモード画像を生成して筋肉の動きを可視化し、従来の自己相関速度推定法を用いて両受信ビームに沿った速度を推定します。個々の速度波形を統合し、ドロップランディング動作の一連の流れにおける外側および軸方向の速度波形を算出します。以下の式を用いて、個々の速度成分から合速度ベクトルの大きさを求めます。ここで、betaはビームステアリング角です。F1およびF2は受信した2つの周波数成分であり、FTは送信周波数です。また、側方および軸方向の速度の空間勾配を用いて、側方および軸方向の歪み速度de epsilon over DTを算出します。V2およびV1を、距離Lだけ離れた2つの空間位置で推定された瞬時速度とします。次に、軸方向および側方向の歪み速度をそれぞれ積分することで、軸方向および側方向の歪みepsilonを算出します。3Dモーションキャプチャデータをエクスポートした後、最小二乗最適化を備えた3Dモーションキャプチャソフトウェアを使用して、骨盤、大腿、下腿、および足のキネマティックモデルを作成します。このモデルを用いて、股関節、膝関節、および足関節の運動を定量化します。反射マーカーの軌跡および床反力をフィルタリングします。カットオフ周波数をそれぞれ 7 Hz および 25 Hz とした4次低域通過バターワースフィルタを使用します。標準的な逆動力学解析を用い、被験者に対して推定されたセグメント慣性特性を使用します。Dempsterの手法に従い、キネマティクスデータおよび床反力データから3次元の関節力とモーメントを算出し、高速カメラのデータを解析します。ビデオをエクスポートした後、15 frames per secondで再生し、ドロップランディングのダイナミクスを観察してください。次に、得られたデータを用いて、ドロップランディング試行全体におけるトランスデューサーホルダーの挙動および超音波トランスデューサーの変位を定量化します。ここに示されている解剖学的指標上の可視マーカーを追跡することで、ドロップランディング動作全般における大腿直筋の軸方向および外側方向の速度の時間的特性を解析した結果、正の外側速度は膝屈曲時における大腿直筋の遠心性収縮に対応し、負の外側速度は膝伸展時における同筋の求心性収縮に対応することが示されました。このプロットに示されている通り、全被験者のドロップランディング動作全体の所要時間は、各被験者につき約1.45 ± 0.27秒でした。軸方向および外側方向の筋速度は、試行間で高い再現性を示し、傾きは0.99、決定係数（r squared）は0.75でした。8名中6名の被験者の速度値は、48から62 cm/sという同様の範囲内でした。2名の男性被験者においてより高い速度が認められた一方で、各被験者の体重と筋肉の厚さを調整して検討したところ、男性は女性よりも有意に高い筋肉速度を示しました。超音波トランスデューサの位置は、ハイスピードカメラを用いてドロップランディング動作のシークエンスを通じて追跡されました。そして、トランスデューサとカフを結ぶ線分と、大腿中部とカフを結ぶ線分との間の角度が算出されました。この図は、被験者1人あたり2回ずつの合計16回の試行を表しています。着地時における解剖学的マーカーに対するトランスデューサホルダーの角度変化は、全16回の試行において最小限でした。超音波トランスデューサの角度変化についても、高い再現性が認められました。これにより、着地試行中のトランスデューサーの移動は最小限であり、速度測定はトランスデューサーの移動による影響を受けていないことが示されました。膝および股関節の屈曲角度、膝外反角、および膝外反モーメントに着目したところ、接地から着地相の進行にかけて、以下のような運動学的パターンが認められました。接地時の角度は、股関節屈曲 41 ± 13 degrees、膝関節屈曲 23 ± 9 degrees、膝外反 0.03 ± 6 degrees でした。到達した最大角度は、股関節屈曲 58 ± 19 degrees、膝関節屈曲 54 ± 24 degrees、膝外反 -4 ± 8 degrees でした。さらに、膝外反モーメントは、接地時の 0.03 ± 0.03 newton meters per kilogram から、着地相中の最大値である 0.1 ± 0.1 newton meters per kilogram まで減少しました。全手法に習熟すれば、データ収集全体に約1時間かかります。この手順を実施する際は、作業を通じて超音波トランスデューサと皮膚の間に十分な接触を維持し、3Dマーカーが一つも外れないようにすることが重要です。トランスデューサの動きが過度な場合は、この手順を繰り返す必要があります。このビデオを視聴することで、ベクトル組織ドップラーイメージングを用い、ドロップランディングタスク中の大腿直筋の速度、ひずみ、およびひずみ速度を高時間分解能で推定する方法について十分に理解できたはずです。

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Research

JoVE Journal

Medicine

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血液脳関門（BBB）のマイクロバブル媒介集束超音波の乱れは、脳の非侵襲的な標的薬物送達のための有望な技術です。...

ラットモデルでの経頭蓋集束超音波を用いた血液脳関門のMRI誘導破壊

学ぶベクトル組織ドプラ画像法による大腿直筋の収縮速度・ひずみ・ひずみ速度の測定法。ドロップランディング動作中の筋骨格動態をミリ秒以下の時間分解能で評価し、変性疾患の病態理解とリハビリテーション戦略に応用する。

筋骨格超音波画像の新規応用

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