Name: 超音波ガイド波を用いた皮質骨評価:健常者集団における再現性研究 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-01-31T12:20:00.000+00:00
Duration: 9 min 2 s
Description: 学ぶ超音波ガイド波を用いた皮質骨評価法。BDAT装置を使い、健常者14名で再現性を検証し、優れた信頼性を確認。携帯型非侵襲デバイスの臨床応用可能性を示す。

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<meta charset="utf8"></head><body>超音波BDAT装置を用いた皮質骨評価

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</ol>

<table><tbody><tr><td>コンピュータ</td><td>ノートブックHP</td><td>mod Zbook(16 Go RAM、Inrel Core i7)</td>サンプリングされた<td>信号を受信し、信号処理手順を適用します。結果は、専用のヒューマンマシンインターフェース(HMI、BleuSolid、ポンポンヌ、フランス)を通じて準リアルタイム(最大4/秒)で表示され、測定ガイダンスが可能になります。</td></tr><tr><td>電気絶縁トランス&nbsp;</td><td>REOMED、ゾーリンゲン、ドイツ</td><td>IEC / EN 60601-1</td>は<td>、デバイス、患者、その他のデバイスを任意の電気的危険から保護するために</td></tr>電子<tr><td>モジュール</td><td>Altha&iuml;フランス、トゥールでは、</td><td></td><td>励起信号(170 Vの負電圧の半周期)を送信し、受信信号(20 MHzのサンプリング周波数と12ビットダイナミックでレシーバーごとに1024のタイムポイント)を離散化してからコンピューターに送信します。遅延と増幅は、アクセス可能な範囲内でデータサンプリングを最適化するために、線形法則を使用して適合させることができます。</td></tr><tr><td>ヒューマンマシンインターフェース</td><td>BleuSolid、ポンポンヌ、フランス</td><td>N/A</td><td>HMI</td></tr><tr><td>ペダルスイッチ</td><td>鎌、ドイツ</td><td>USBフットスイッチ2</td><td>取得シリーズを開始する</td></tr><tr><td>ルーラー</td>ウェスト<td>コット、米国</td><td>10417</td><td>測定サイトを特定するために</td></tr><tr><td>超音波プローブ半径</td><td>ヴェルモン、トゥール、フランス</td><td>社内</td><td>1 MHzの中心周波数、0.8 mmピッチの24台の受信機と1 mmピッチの5台の送信機の2つのブロック。</td></tr><tr><td>超音波プローブ脛骨</td><td>ヴェルモン、トゥール、フランス</td><td>社内</td><td>0.5 MHz 中央周波数、1.2 mm ピッチの 24 受信機、1.5 mm ピッチの 5 送信機の 2 つのブロック</td></tr><tr><td>超音波プローブは</td><td></td><td></td><td>、双方向形状に従って設計されています。3つのアレイは、結合信号を最小限に抑えるために、機械的および電気的に整列しています。&nbsp;プローブは、3分の1遠位半径と中脛骨の2つの異なる部位に適合しています。</td></tr></tbody></table>

超音波ガイド波を用いた皮質骨評価:健常者集団における再現性研究

Cortical Bone Assessment Using Ultrasonic Guided Waves: A Reproducibility Study in a Healthy Population

再現性研究は、3人のオペレーター(専門家1人、初心者2人)と健康な参加者14人(女性6人、男性8人、21〜53歳)を考慮して実施されました。初心者のオペレーターは、取得プロトコルを理解して実践するために、約3時間のトレーニングを受けました。その後、2023年8月の2週間にわたって参加者を測定しました。各測定は独立して行われました。すべてのオペレーターが盲検化されていた、つまり、1人のオペレーターが他の2人のオペレーターによって得られた結果を知らなかった。
オペレーター内の再現性 
図 5 は、一貫したケース (1 人の参加者と 1 人のオペレーターで 10 回のデータ収集を 4 回シリーズ取得した場合) のオペレーター内再現性を示しています。最初の列は逆問題関数に対応し、2 番目の列は、最適適合モデルと比較した実験ガイドモード分散を示しています。各フィギュアラインは、成功したシリーズに対応しています。タイトルには、最初のシリーズが10個中7個、次のシリーズが10個中10個と記載されています。平均値と標準偏差、および 4 つのパラメータ (vFAS、vA0、Ct.Th、Ct.Po) は、各系列ごとに提供されます。さらに、双方向角度 (alpha)、逆問題関数の最大値 (max)、2 番目の最大値との絶対差 (diff)、GWSI の最低部分の平均値 (lowk) などの品質パラメータも表示されます。
直列内の標準偏差は低く、皮質の厚さで約0.02 mm、皮質の空隙率で0.5%未満、2つの速度で20 m・s-1 未満であり、リーチプローブの位置が安定していることを示しています。次に、各シリーズで得られた平均値、特に3.4 mmから3.5 mmの範囲の厚さ値と4040 m・s-1 から4070 m・s-1の範囲のvFAS値で非常に近いことがわかります。40 m・s-1 の差は、平均値4000 m・s-1の1%の差に対応することに注意してください。皮質の多孔性は8%から12%の範囲で、vA0の速度は1700m・s-1 から1740m・s-1の範囲で、より大きな変動が観察されます。この一貫したケースでは、ほとんどすべての取得が一貫している、つまり互いに近接しています。関心のある4つのパラメータの最終結果にはほとんど曖昧さはありません。
図 6 に 2 番目のケースが示されています。これは、あまり規則的ではないケースです。この場合、vFAS、vA0、Ct.Poの3つのパラメータは非常に安定しており、それぞれ約4120m・s-1、1700m・s-1、10%の値です。皮質の厚さの場合、2.6 mm と 3.5 mm の 2 つのあいまいな解決策が、逆問題関数の 2 つの最初の最大値の間の小さな差値 (diff が 0.5% 未満) と一致して観察されるため、より困難になります。以前の通常のケースでは、この差は1%から3%の範囲でした。曖昧さは、専門家による分析、この場合、実験モードと理論ガイドモードの間の一致を調べることによって取り除かれます(右の列)。厚さが最も低い場合、スペクトルの最も低い部分(最初の2つのシリーズ)で一致が良好になります。最後の2つのシリーズには、実験点が非常に少なく、約0.5MHzの理論モードがあり、前のシリーズと比較して一致が不十分であることを示しています。さらに、diff パラメーター (0.1%) は、最初の 2 つの系列の値 (0.4% と 0.2%) よりも小さくなっています。この場合、保持する溶液(2.6 mm)の選択はまだ自動化されておらず、専門家が必要です。しかし、3人のオペレーターは同様の問題に直面し、2.6mmに近い同様の解決策を選択しました。
オペレーターの追加信頼性 図 7 に、3 人のオペレーターと 14 人の参加者によって得られた 4 つの対象パラメータのすべての結果が示されています。クラス内相関係数(ICC)は、式と以前に公開されたMatlabコード37,38,39に従って計算されました。ICCは、測定スケールの信頼性の評価、特に生物医学アプリケーションのために一般的に使用されます。0.75 から 0.9 の範囲の ICC 値は通常、良好な信頼性と関連しており、0.9 を超える ICC 値は優れた信頼性と見なされます。ICCの最小値(0.76)は、パラメータvA0で取得されました。標準偏差は17m・s-1に等しく、これは250m・s-1のオーダーの測定範囲の約7%である。Ct.Poについても同様の値が観察され、ICCは0.80に等しく、標準偏差は1.1%で、範囲の約10%でした。他の2つのパラメータ、Ct.Th とCt.Poについて、優れた信頼性(ICC約0.9)が得られ、標準偏差は範囲の10%未満でした。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig01.jpg"> 
図1:双方向軸方向伝送(BDAT)超音波装置のさまざまな部分。 プロトタイプには、電子絶縁体(1)、ペダルスイッチ(2)、2つのプローブ(3.1および3.2)、電子モジュール(4)、コンピューター(5)、および定規(6)が含まれています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig02.jpg"> 
図2:in vivo前腕での典型的な取得。 2 つの Norm 関数 (伝播方向ごとに 1 つ) は、画像の上部行に示されています。また、ガイド波スペクトル画像(GWSI)とも呼ばれます。これらの画像の最大値から、最も適合したモデル(左下のサブ画像)と比較して、実験ガイドモード(青と赤の点)を抽出することができます。最適適合モデルは、逆問題関数の最大位置に対応する皮質の厚さ (Ct.Th) と空隙率 (Ct.Po) の 2 つの値によってパラメータ化されます (右下のサブイメージ)。それらの値は、各パネルのタイトルに表示されます。vA0フィッティングは破線で示されています(左)。ガイド波スペクトル画像と逆問題画像は、構造19,20によって正規化されます(つまり、ピクセル値の範囲は0〜1です)。測定された 2 つの速度 (vFAS と vA0) の値は、右上のサブ画像のタイトルに示されています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig03.jpg"> 
図3:ヒューマンマシンインターフェース(HMI)。 HMI は、2 つの GWSI (伝搬方向ごとに 1 つ)、逆問題イメージ、対象パラメータ、および品質パラメータを実際に表示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig04.jpg"> 
図 4: 自動レポートの例。 このレポートには、参加者とオペレーターのデータ、および関心のあるパラメーターと品質パラメーターの最終値が示されました。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig05.jpg"> 
図 5: 一貫性のあるケースの 2 番目のレポートの例 ( 図 4 に示す自動レポートと同じです)。 この図は、1人の参加者と1人のオペレーターの4つのシリーズを示しています:逆問題画像(左の列)と実験的な波数を最適適合モデルと比較(右の列)。表示されている値は、10 個の集録シリーズで保持された集録の平均と標準偏差に対応しています。保持された取得の数は、右側の列のタイトルに示されます (たとえば、最初のシリーズの場合は (7/10)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig06.jpg"> 
図6:皮質の厚さが曖昧な場合の2番目のレポートの例。 この図は、1人の参加者と1人のオペレーターの4つのシリーズを示しています:逆問題画像(左の列)と実験的な波数を最適適合モデルと比較(右の列)。表示されている値は、10 個の集録シリーズで保持された集録の平均と標準偏差に対応しています。保持された取得の数は、右側の列のタイトルに示されます (たとえば、最初のシリーズの場合は (10/10) )。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig07.jpg"> 
図7:オペレーター間の信頼性。 結果は、14人の参加者を持つ3人のオペレーターによって得られた関心のある4つのパラメータについて示されています。3つの演算子(y軸)によって得られた値は、3つの演算子(x軸)の平均値と比較されます。クラス内相関係数(ICC)はタイトルに示されています。標準偏差σと変動係数CVも示しています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig07large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

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