Name: 초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-01-31T12:20:00.000+00:00
Duration: 9 min 2 s
Description: 배우세요 양방향 축 전송(BDAT) 초음파 장치를 사용한 피질 뼈 평가 방법을 건강한 참가자를 대상으로 한 재현성 연구에서. 이 비침습적 기술은 뼈 밀도 측정을 위한 휴대용 비방사선 대안을 제공합니다.

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<meta charset="utf8"></head><body>초음파 BDAT 장치를 사용한 피질 뼈 평가

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</ol>

<table><tbody><tr><td>컴퓨터</td><td>노트북 HP</td><td>mod Zbook(16 Go RAM, Inrel Core i7)</td><td>을 사용하여 샘플링된 신호를 수신하고 신호 처리 단계를 적용합니다. 결과는 전용 Human Machine Interface(HMI, BleuSolid, Pomponne, France)를 통해 준 실시간(초당 최대 4개)으로 표시되어 측정 지침을 제공합니다.</td></tr><tr><td>전기 절연 변압기&nbsp;</td><td>REOMED, Solingen, Germany</td><td>IEC / EN 60601-1</td><td>전기 위험으로부터 장치, 환자 및 기타 장치를 보호하기 위해</td></tr><tr><td>전자 모듈</td><td>Altha&iuml; s, Tours, France</td><td>사내에서는</td><td>여기 신호(170V의 음의 전압 절반 주기)를 보내고 수신된 신호(20MHz 샘플링 주파수 및 12비트 동적에서 수신기당 1024개의 시점)를 컴퓨터로 보내기 전에 이산화합니다. 지연 및 증폭은 접근 가능한 범위 내에서 데이터 샘플링을 최적화하기 위해 선형 법칙을 사용하여 조정할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>Human Machine Interface</td><td>BleuSolid, Pomponne, France</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>HMI 페달 스위치</td><td>낫, 독일</td><td>USB 풋 스위치 2</td><td>인수 시리즈 시작</td></tr><tr><td>Ruler</td><td>Westcott, 미국</td><td>10417</td><td>측정 사이트 위치</td></tr><tr><td>파악 초음파 프로브 반경</td><td>Vermon, Tours, France</td><td>사내</td><td>1 MHz 중심 주파수, 0.8 mm 피치의 24개 수신기 및 1 mm 피치의 5개 송신기 2개 블록.&nbsp;</td></tr><tr><td>초음파 프로브</td><td>Vermon, Tours, France</td><td>사내</td><td>0.5MHz 중심 주파수, 1.2mm 피치의 수신기 24개 및 1.5mm 피치의 5개 송신기 블록</td></tr> 2개 양방향 <tr>기하학에 따라 설계된<td>초음파 프로브</td><td></td><td></td><td>: 두 개의 송신기 어레이로 둘러싸인 단일 수신기 어레이. 3개의 어레이는 커플링 신호를 최소화하기 위해 기계적, 전기적으로 정렬되어 있습니다. &nbsp; 프로브는 두 개의 다른 부위, 즉 1/3 원위 반경과 중간 경골에 맞게 조정됩니다.</td></tr></tbody></table>

초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

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

3명의 작업자(전문가 1명, 초보자 2명)와 건강한 참가자 14명(여성 6명, 남성 8명, 21-53세)을 대상으로 재현성 연구를 수행했습니다. 초보 작업자는 수집 프로토콜을 이해하고 연습하기 위해 약 3시간 동안 교육을 받았습니다. 그런 다음 참가자들은 2023년 8월 2주 동안 측정되었습니다. 각 측정은 독립적으로 수행되었습니다. 모든 작업자는 눈이 멀었습니다, 즉 한 작업자가 다른 두 작업자가 얻은 결과를 알지 못했습니다.
작업자간 반복성 
그림 5는 일관된 사례에 대한 작업자 내 반복성을 보여줍니다: 1명의 참가자와 1명의 작업자에 대해 획득된 10개의 수집으로 구성된 4개의 시리즈. 첫 번째 열은 역 문제 함수에 해당하고, 두 번째 열은 최적 적합 모형과 비교한 실험 유도 모드 분산을 보여줍니다. 각 그림 선은 성공적인 시리즈에 해당합니다. 보유 인수 횟수는 제목에 나와 있습니다 : 첫 번째 시리즈의 경우 10 개 중 7 개, 다음 시리즈의 경우 10 개 중 10 개입니다. 각 계열에 대해 평균 및 표준 편차와 4개의 매개변수(vFAS, vA0, Ct.Th 및 Ct.Po)가 제공됩니다. 또한 양방향 각도(알파), 역 문제 함수의 최대값(최대), 두 번째 최대값과의 절대 차이(diff) 및 GWSI의 가장 낮은 부분의 평균값(lowk)과 같은 품질 매개변수도 표시됩니다.
시리즈 내 표준 편차는 피질 두께의 경우 약 0.02mm, 피질 다공성의 경우 0.5% 미만, 두 속도의 경우 20m∙s-1 미만으로 낮으며, 이는 리치 프로브 위치가 안정적임을 나타냅니다. 그런 다음 각 계열에 대해 얻은 평균값, 특히 3.4mm에서 3.5mm 사이의 두께 값과 4040m∙s-1 에서 4070m∙s-1 범위의 vFAS 값에 대해 매우 가깝다는 것을 관찰할 수 있습니다. 40m∙s-1 의 차이는 4000m∙s-1의 평균값에 대해 1% 차이에 해당합니다. 대뇌피질 다공성(cortical porosity)은 8%에서 12%까지, vA0 속도(vA0 속도)는 1700 m∙s-1 에서 1740 m∙s-1 사이로 더 큰 변화가 관찰됩니다. 이 일관된 경우 거의 모든 획득이 일관되게, 즉 서로 가깝습니다. 관심 있는 4개의 매개변수의 최종 결과에는 모호성이 거의 없습니다.
두 번째 경우는 그림 6에 나와 있는데, 이는 덜 일반적인 경우이다. 이 경우 vFAS, vA0 및 Ct.Po의 세 매개변수는 각각 약 4120m∙s-1, 1700m∙s-1 및 10%의 값으로 매우 안정적입니다. 피질 두께의 경우는 2.6mm와 3.5mm의 두 모호한 해가 역 문제 함수의 두 첫 번째 최대값 사이의 작은 차이 값(diff 0.5% 미만)과 일치하는 것으로 관찰되기 때문에 더 어렵습니다. 이전의 일반적인 사례에서는 이 차이가 1%에서 3% 사이였습니다. 모호성은 전문가 분석에 의해 제거되며, 이 경우 실험적 유도 모드와 이론적 유도 모드(오른쪽 열) 간의 일치를 살펴봅니다. 가장 낮은 두께의 경우 스펙트럼의 가장 낮은 부분(첫 번째 시리즈 2개)에서 일치가 더 좋습니다. 마지막 두 시리즈의 경우 약 0.5MHz로 실험 지점이 거의 없는 이론적 모드가 있으며, 이는 이전 시리즈에 비해 더 낮은 일치를 나타냅니다. 또한 diff 매개 변수(0.1%)는 두 첫 번째 계열의 값(0.4% 및 0.2%)보다 작습니다. 이 경우 유지 솔루션(2.6mm)에 대한 선택은 아직 자동화되지 않았으며 여전히 전문가가 필요합니다. 그러나 세 명의 작업자는 유사한 문제에 직면하여 2.6mm에 가까운 유사한 솔루션을 선택했습니다.
작업자가 아닌 신뢰도 14명의 참가자와 함께 3명의 작업자가 얻은 4개의 관심 매개변수에 대한 모든 결과는 그림 7에 나와 있습니다. 클래스 내 상관 계수(ICC)는 공식과 이전에 발표된 Matlab 코드37,38,39에 따라 계산되었습니다. ICC는 특히 생체 의학 응용 분야에서 측정 스케일의 신뢰성을 평가하는 데 일반적으로 사용됩니다. 0.75에서 0.9 사이의 ICC 값은 일반적으로 우수한 신뢰성과 관련이 있는 반면 0.9 이상의 ICC 값은 우수한 신뢰성으로 간주됩니다. 매개 변수 vA0에 대해 ICC의 가장 낮은 값(0.76)을 얻었습니다. 표준 편차는 17m∙s-1과 같았으며, 이는 250m∙s-1 정도의 측정 범위의 약 7%입니다. ICC가 0.80이고 표준 편차가 1.1%로 범위의 약 10%인 Ct.Po에 대해서도 유사한 값이 관찰되었습니다. 다른 두 파라미터인 Ct.Th 와 Ct.Po에 대해 우수한 신뢰성(ICC 약 0.9)이 얻어졌으며 표준 편차는 범위의 10%보다 낮았습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig01.jpg"> 
그림 1: BDAT(Bi-Directional Axial Transmission) 초음파 장치의 다양한 부분. 프로토타입에는 전자 절연체(1), 페달 스위치(2), 두 개의 프로브(3.1 및 3.2), 전자 모듈(4), 컴퓨터(5) 및 눈금자(6)가 포함됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig02.jpg"> 
그림 2: in vivo 팔뚝의 일반적인 획득. 두 개의 Norm 함수(전파 방향당 하나씩)가 이미지의 위쪽 줄에 표시되어 있습니다. 또한 유도파 스펙트럼 이미지(GWSI)로 표시됩니다. 이러한 이미지의 최대값에서 가장 적합한 모델(왼쪽 하단 하위 이미지)과 비교하여 실험적 안내 모드(파란색 및 빨간색 점)를 추출할 수 있습니다. 최적 적합 모델은 피질 두께(Ct.Th)와 다공성(Ct.Po)의 두 값으로 매개변수화되며, 이는 역 문제 함수(오른쪽 아래 하위 이미지)의 최대 위치에 해당합니다. 해당 값은 각 패널의 제목에 표시됩니다. vA0 피팅은 파선으로 표시됩니다(왼쪽). 유도파 스펙트럼 이미지(Guided Wave Spectrum Images)와 역 문제 이미지(inverse problem image)는 구성19,20에 의해 정규화된다(즉, 픽셀 값 범위는 0에서 1까지). 측정된 두 가지 속도인 vFAS 및 vA0의 값은 오른쪽 상단 하위 이미지의 제목에 표시되어 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig03.jpg"> 
그림 3: 휴먼 머신 인터페이스(HMI). HMI는 두 개의 GWSI(전파 방향당 하나), 역 문제 이미지, 관심 매개변수 및 품질 매개변수를 실제로 보여줍니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig04.jpg"> 
그림 4: 자동화된 보고서의 예. 이 보고서는 참가자와 작업자의 데이터뿐만 아니라 관심 매개변수 및 품질 매개변수의 최종 값을 표시했습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig05.jpg"> 
그림 5: 그림 4에 표시된 자동화된 보고서와 동일한 일관된 사례에 대한 두 번째 보고서의 예. 그림은 1명의 참가자와 1명의 작업자로 구성된 4개의 시리즈를 보여줍니다: 역 문제 이미지(왼쪽 열)와 가장 적합한 모델(오른쪽 열)과 비교한 실험 파수. 표시된 값은 10개의 획득 시리즈에 대해 유지된 획득의 평균 및 표준 편차에 해당합니다. 유지된 인수 수는 오른쪽 열의 제목에 표시됩니다(예: 첫 번째 계열의 경우 (7/10)). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig06.jpg"> 
그림 6: 피질 두께에 대한 모호한 사례에 대한 두 번째 보고서의 예. 그림은 1명의 참가자와 1명의 작업자로 구성된 4개의 시리즈를 보여줍니다: 역 문제 이미지(왼쪽 열)와 가장 적합한 모델(오른쪽 열)과 비교한 실험 파수. 표시된 값은 10개의 획득 시리즈에 대해 유지된 획득에 대한 평균 및 표준 편차에 해당합니다. 보관된 취득 수는 오른쪽 열의 제목에 표시됩니다(예: 첫 번째 계열의 경우 (10/10)). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66985/66985fig07.jpg"> 
그림 7: 작업자간 신뢰성. 결과는 14명의 참가자와 함께 3명의 작업자가 얻은 4개의 관심 매개변수에 대한 결과를 보여줍니다. 3개의 연산자(y축)에서 얻은 값을 3개의 연산자(x축)의 평균값과 비교합니다. 클래스 내 상관 계수(ICC)는 제목에 표시되어 있습니다. 표준 편차 σ 및 변동 계수 CV도 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66985/66985fig07large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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