3 D の超音波画像診断: 筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測

この方法論の全体的な目標は、ヒトの筋肉組織の超音波分析に基づいて、3D in vivo 形態学的評価を行うことです。この方法は、治療やトレーニング後の筋肉機能の診断とフォローアップに関するヘルスケアやスポーツの重要な質問に答えるための有望な技術です。この技術の利点は、3D超音波による筋肉の測定が、磁気共鳴画像法に代わる高速で費用対効果の高い方法であることです。

この3D超音波技術は、in vivoで骨格筋の生理学的断面積における筋肉の体積、束の長さを決定するための非侵襲的な方法を提供します。1980年からは、ヒトの死体筋でその筋肉の数理モデルを作成し、その後動物実験で、筋肉の形状関数関係の研究に積極的に取り組んできました。改良された超音波技術により、生体内で人間の筋肉を研究することができるようになります。

内側腓腹筋(GM)を評価するには、まず被験者を診察台にうつ伏せにし、両足をテーブルの端に乗せます。脛骨の下にサポートを配置して下腿を水平に整列させ、実験中の膝の伸展を防ぐためにパッド入りのラッシングストリップで大腿部を診察台に固定します。スキャンする脚の足を特注のフットプレートにフィットさせ、フットプレートに取り付けたゴニオメーターに特注のトルクレンチを接続します。

適切な外部から加えられるトルクに対応するフットプレートの角度を見つけ、テーブルに接続された伸縮可能なロッドを使用して、フットプレートを対応する適切な方向に固定します。次に、触診によって内側および外側の大腿骨上顆の最も顕著な背側と、脛骨と腓骨のくるぶしの中心を特定し、それらの位置に外科的皮膚マーカーでマークを付けます。超音波を使用して内側および外側の大腿骨顆の最も表面的な点を特定し、外科的皮膚マーカーを使用してマーキングします。

検査中に動かないように被験者に指示し、関心のある領域に十分な超音波ゲルを塗布し、測定コンピューターでフレームグラバーソフトウェアを開きます。3D超音波画像の動きのアーチファクトを防ぐために、測定中は患者がじっとしていることが不可欠です。[キャプチャ]をクリックして超音波画像取得を開始し、次に同期デバイスのボタンを押してモーションキャプチャデータ取得を開始およびアクティブ化します。

超音波プローブの近くにある同期デバイスは、モーションキャプチャの開始時に超音波画像に明確なアーティファクトを作成するためにアクティブになります。画質を維持しながら最小限の圧力をかけながら、超音波プローブを大腿骨顆の近位に大腿部の内側に配置し、プローブをGMの内側境界に沿って近位遠位方向に一定速度でスイープします。前のスイープのゲルを使用して、関心領域全体がスキャンされ、筋肉の内側の境界が完全に画像化されるまで、0.5 cmのオーバーラップスイープを追加します。超音波画像を取得する際に、プローブ圧力が過度に加えられた結果として組織が変形するのを防ぐために、十分な超音波ゲルを適用することが重要です。

すべての画像が取得されたら、カスタム スクリプトを使用して、ビンの塗りつぶしと配列のインペイントにより、特定の関心領域に対する個々のスイープから 1 つの 3D 超音波ボクセル アレイを再構築します。次に、同じボクセル配列座標系を使用して、1 つの大きな関心領域をカバーする個々のスイープをすべて再構築し、複数のスイープをマージします。筋肉の体積を測定するには、まず、目的の3D超音波画像を医療インタラクションツールキットにロードします。

スライスを Coupled crosshair rotation に設定し、軸を筋肉または骨の構造に合わせ、筋肉腹の原点、挿入、遠位端の座標を正確に取得します。セグメンテーションツールを開き、筋肉の腹の中腹の断面で特定された筋肉の境界を概説する新しいセグメンテーションを作成します。キーボードのAを押して手動セグメンテーションを追加し、マウスの左ボタンをクリックしてカーソルをマッスルの境界に沿って動かします。

新しい断面をセグメント化するには、最後に選択したモードに従ってAまたはSボタンを押して、十字線を筋肉の腹に沿った他の断面に移動し、先ほど示したように次の筋肉の境界をトレースします。すべてのセグメントを選択したら、補間を設定して、筋肉の腹の長さに沿ったすべての断面で、提案された筋肉境界のセグメント化を有効にして確認します。すべてのMuscleの境界が正しくセグメント化されたら、すべてのスライスに対してConfirmを押し、セグメンテーションが行われた平面を選択します。

バイナリ ボリュームを Nearly Raw Raster Data ファイルとして保存し、カスタム スクリプトを使用してラベル付けされたボリューム サイズを計算します。次に、カスタムスクリプトを使用して、束の全長を含む筋肉腹の中央縦束平面の向きを特定します。縦方向の平面中央から、筋肉腹の原点と遠位端の間の事前定義された標準化された位置で束の長さを測定し、筋肉の境界をセグメント化します。

関心領域の途中に線を配置し、下にある束の方向と一致するまで線を回転させます。線と筋肉の境界との交点は、束の長さの推定値を表します。この男性の人間の死体の画像は、死亡時に大腿四頭筋の途中にある大腿四頭筋の萎縮状態を示しており、座りがちな30歳の男性または30歳の男性アスリートの大腿四頭筋で特定されたものと比較して、大腿四頭筋の個々の頭部の境界を特定することは困難です。

束の長さと筋量の有効性は、3D超音波法によって有意かつ高い相関関係で確認されました 3D超音波法から導出された測定のための高いインターレーター信頼性を持つ同じ組織の物理的解剖データと比較して。3D超音波アプローチが、ヒトの外側広筋および内側腓腹筋の体積と束の長さを評価するための有効で信頼性の高いツールであることを確認する。この手順に続いて、筋肉の形態を定量化し、関節の可動域と身体能力に関連付けることができます。

この手法は、神経筋疾患のある患者やサルコペニアに苦しんでいる患者の筋肉機能の日常的な評価として実装する準備が整いました。この3D超音波イメージング技術は、骨、腱、血管などの他の組織の形態を測定するためにも使用できます。この技術の開発により、神経筋分野の研究者が筋肉の形態がどのように可動性を制限するかを調査する道が開かれました。

また、運動生理学では、アスリートのスプリントと持久力のパフォーマンスの形態学的決定要因を評価します。