Corticale botbeoordeling met behulp van ultrasone geleide golven: een reproduceerbaarheidsonderzoek in een gezonde populatie

Samenvatting

Hier presenteren we het meetprotocol van het ultrasoon apparaat voor bidirectionele axiale transmissie (BDAT) in detail en testen we het in een reproduceerbaarheidsstudie, waarbij 14 gezonde deelnemers en 3 operators worden betrokken. De betrouwbaarheid, gemeten met de correlatiecoëfficiënten binnen de klasse (ICC), was goed tot uitstekend voor vier parameters die van belang zijn.

Samenvatting

Fragiliteitsfracturen zijn nog steeds een wereldwijde gezondheidslast in de context van de vergrijzing van de bevolking. Met name het wereldwijde aantal heupfracturen zal naar verwachting tussen 2020 en 2050 verdubbelen. Daarom is het essentieel om patiënten met een risico op fragiliteitsfracturen op populatieschaal op te sporen. De huidige gouden standaard is dubbele röntgenabsorptiometrie (DXA), die de oppervlaktebotmineraaldichtheid (aBMD) levert. Ultrasone apparaten, meestal draagbaarder en goedkoper dan röntgenapparaten, zijn interessante DXA-alternatieven als screeningsinstrumenten. De afhankelijkheid van de operator wordt echter meestal erkend als hun grootste nadeel. In deze studie wordt het meetprotocol van het ultrasone apparaat voor bidirectionele axiale transmissie (BDAT) in detail gepresenteerd. De speciale ultrasone sonde wordt met behulp van conventionele koppelingsgel op een derde distale radius van de niet-dominante onderarm geplaatst. De geleide interface biedt in quasi-realtime (ongeveer 2 Hz) vier interessante parameters: snelheden van het eerste aankomende signaal (vFAS) en de A0-modus (vA0), corticale dikte (Ct.Th) en porositeit (Ct.Po), evenals vier kwaliteitsparameters. De operator beweegt de sonde langzaam op de meetlocatie, observeert zorgvuldig de feedback van de interface totdat hij een stabiele positie heeft gevonden en een reeks van 10 acquisities start. Wanneer ten minste vier consistente reeksen zijn verkregen, eindigt de meting en wordt er een automatisch rapport gegenereerd. De meting duurt meestal ongeveer 5 minuten. Om de robuustheid van dit protocol te bepalen, werd een reproduceerbaarheidsonderzoek uitgevoerd bij 3 operatoren (een expert en twee beginners) en 14 gezonde deelnemers (6 vrouwen, 8 mannen, 21-53 jaar). De intraclass correlatiecoëfficiënten (ICC) werden goed bevonden voor vA0 (0,76), Ct.Po (0,80) of uitstekend voor Ct.Th (0,87) en vFAS (0,91). De standaarddeviaties bleken in de klinische praktijk minder dan 10% van het totale bereik te zijn.

Inleiding

Osteoporose en de daarmee gepaard gaande fragiliteitsfracturen vormen nog steeds een groot probleem voor de volksgezondheid¹. Met name het wereldwijde aantal heupfracturen zal naar verwachting tot 2050 verdubbelen². Botfragiliteit is het gevolg van een langzaam en stil proces van demineralisatie en botverlies zonder grote waarschuwingssignalen vóór de fragiliteitsfractuur. De huidige gouden standaard voor het detecteren van patiënten met een risico op een fragiliteitsfractuur is de dubbele röntgenabsorptiometrie (DXA), die een 2D-röntgenbeeld met lage resolutie biedt met een gekalibreerde grijze pixel³. Uit deze afbeelding is het mogelijk om de oppervlaktebotmineraaldichtheid (aBMD in ^g.cm-2) te extraheren in verschillende interessegebieden die verband houden met de belangrijkste fragiliteitsfractuurplaatsen: wervelkolom, pols en heup. De aBMD-waarde neemt af naarmate het aantal fragiliteitsfracturen toeneemt³. Bovendien maakt de normalisatie van de T-score, met betrekking tot een normale gezonde populatie, het mogelijk om patiënten te vergelijken met apparaten die door verschillende fabrikanten worden voorgesteld. De DXA T-score is door de Wereldgezondheidsorganisatie voorgesteld om de diagnose osteoporose in drie fasen te definiëren: normaal (T-score < -1), osteopenisch (- 1 < T-score < -2,5) en osteoporose (T-score < -2,5)⁴.

DXA heeft verschillende beperkingen: de omvang, de relatief hoge kosten, de behoefte aan een speciale ruimte en het vermogen om onderscheid te maken tussen gebroken en niet-gebroken, evenals de beschikbaarheid in tal van landen, zoals in Latijns-Amerika, zijn beide matig⁵. Er is dus behoefte aan DXA-alternatieven als screeningsinstrumenten voor het inschatten van het risico op fragiliteitsfracturen⁶. Sommige DXA-alternatieven, zoals kwantitatieve computertomografie en zijn afgeleiden⁷, magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)⁸, zijn echter ook omvangrijk en niet algemeen beschikbaar. Kwantitatieve echografie (QUS) biedt het potentieel voor draagbare, robuuste, gebruiksvriendelijke screeningapparatuur. Er zijn verschillende apparaten ontwikkeld voor de beoordeling van corticale botten, geassocieerd met verschillende frequenties variërend van enkele kHz tot enkele MHz en verschillende transducerpositionering in transmissie, retrodiffusie⁹, pulsecho¹⁰ en axiale transmissie waarbij de transducers zijn uitgelijnd met de as van een lang bot zoals straal en scheenbeen. Sommige apparaten bieden aBMD-surrogaten¹¹, terwijl andere "klassieke" ultrasone parameters bieden, zoals snelheden¹² of dempingscoëfficiënten⁹ en zelfs geometrische en materiaalparameters, bijvoorbeeld corticale dikte, porositeit of poriegrootteverdeling⁹. Tot op de dag van vandaag is QUS er echter nog niet in geslaagd om op grote schaal te worden gebruikt in de klinische praktijk voor botbeoordeling, deels vanwege het gebrek aan homogenisatie tussen apparaten en de afhankelijkheid van de operator¹³.

Van de QUS-technologieën die als DXA-alternatieven worden voorgesteld, heeft axiale transmissie (AT) het voordeel dat de meting kan worden uitgevoerd op de onderarm, een plaats (i) die gemakkelijk toegankelijk is en (ii) dicht bij een van de belangrijkste plaatsen van fragiliteitsfracturen, d.w.z. de pols. De eerste voorgestelde AT-parameter is afhankelijk van de ultrasone voortplantingssnelheid in de corticale laag, de aangegeven geluidssnelheid (SOS) of snelheid van het eerste aankomstsignaal (vFAS), afhankelijk van de signaalverwerking en de apparaten, sommige zijn commercieel^12,14 en andere laboratoriumprototypes^15,16. Deze parameter heeft sinds het einde van de jaren 1990 in verschillende klinische onderzoeken onderscheid kunnen maken tussen patiëntengroepen met fragiliteitsfracturen met prestaties die vergelijkbaar zijn met BMD ^14,15. Het is ook met succes toegepast voor multicentrische longitudinale studies, waarbij de klinische toepassing en robuustheid ervan zijn^{aangetoond 12}. De vFAS-precisie is verbeterd door de twee tegengestelde voortplantingsrichtingen te combineren om de bias als gevolg van de hoek tussen de sonde en het botoppervlak te verminderen^16,17. Dit gezichtspunt is aangeduid als bidirectionele AT (BDAT).

Zelfs als vFAS klinische interesse heeft getoond, is het belangrijkste nadeel, vergelijkbaar met BMD, dat het verschillende belangrijke corticale botkenmerken combineert, zoals geometrische en materiaaleigenschappen, waardoor de klinische interpretatie ervan niet eenvoudig is. Dat is de reden waarom het geleide golfstandpunt is voorgesteld, gezien het potentieel ervan vanwege de fijne gevoeligheid van geleide golven voor de golfgeleidereigenschappen. Deze benadering moet signaalverwerking, golfgeleidermodellering en inverse problemen combineren en wordt grotendeels gebruikt bij niet-destructief onderzoek, waarbij bijvoorbeeld metalen golfgeleiders, zoals platen of buizen¹⁸, worden gebruikt. Zo is er sinds 2010 stap voor stap een BDAT-apparaat van de tweede generatie ontwikkeld, van botnabootsende fantomen¹⁹ tot ex vivo validatie²⁰ en in vivo metingen²¹. Het apparaat is met succes getest in klinische onderzoeken in Frankrijk²², Duitsland²³, Verenigd Koninkrijk²⁴ en Chili²⁵, en het heeft verbeterde resultaten laten zien in termen van slagingspercentage en discriminatie van patiënten.

Deze studie heeft tot doel de reproduceerbaarheid van het huidige BDAT ultrasone apparaat te onderzoeken. Eerst worden het apparaat en het meetprotocol in detail beschreven. De resultaten verkregen met 14 deelnemers en 3 operators zullen worden gepresenteerd en besproken in termen van bevolkingsonderzoek voor de detectie van patiënten met een risico op fragiliteitsfracturen.

Meetprincipe: signaalverwerking, interesseparameters en kwaliteitsparameters
Het apparaat voor bidirectionele axiale transmissie (BDAT) is samengesteld uit verschillende onderdelen, waarvan de belangrijkste de ultrasone sonde, de elektronische module en de computer zijn. De volledige lijst wordt gedetailleerd beschreven in de materiaaltabel en geïllustreerd in figuur 1. Hieronder worden de parameters van belang, de parameters voor de meetkwaliteit en het meetprotocol beschreven.

vFAS
Zodra de bemonsterde signalen door de computer zijn ontvangen, worden ze volgens verschillende stappen verwerkt. De eerste stap bestaat uit signaalverwerking in het tijddomein, waarbij de FAS wordt gedetecteerd met behulp van het eerder beschreven protocol^16,17. Zodra de aankomsttijd voor elke ontvanger is verkregen, is het mogelijk om de FAS-snelheid te bepalen, later aangeduid als vFAS, wat het harmonische gemiddelde is van de snelheden die in beide voortplantingsrichtingen worden verkregen. Door de informatie uit beide voortplantingsrichtingen te combineren, is het mogelijk om de waardehoek tussen de sonde en de botoppervlakterichtingen te verkrijgen en een onbevooroordeelde vFAS-waarde¹⁶ af te leiden. Deze bidirectionele hoek wordt later aangeduid als alfa en wordt gebruikt als parameter voor de meetkwaliteit. Deze temporele verwerking maakt het ook mogelijk om de dikte van zacht weefsel tussen het botoppervlak en de sonde, aangeduid ST.Th²⁶, te schatten.

Geleid golfspectrumbeeld
De tweede stap bestaat uit signaalverwerking in het Fourierdomein, rekening houdend met de temporele en ruimtelijke frequenties, aangeduid met f en k. De benadering is een op SVD gebaseerde methode, die de transformatie van de spatio-temporele signalen in de Norm-functie mogelijk maakt, ook wel aangeduid als geleid golfspectrumbeeld (GWSI), zoals geïllustreerd in figuur 2 voor een in vivo onderarm¹⁹. De methode combineert twee Fouriertransformaties (tijd en ruimte) en een enkelvoudige waardedecompositie (SVD), waardoor men de aanwezigheidssnelheid in de ontvangen signalen (op een schaal van 0-1) kan visualiseren van de modi die worden geleid door de corticale botlaag. De GWSI kan worden geïnterpreteerd als een verbetering van de spatio-temporele Fouriertransformatie, waarbij elke pixel wordt geassocieerd met een onafhankelijk vlak van frequentie f en golfgetal k. Merk op dat de aanpak is verbeterd om rekening te houden met de impact van materiaalverzwakking²⁷ en lineaire diktevariatie²⁸.

Bijzondere aandacht zal worden besteed aan het bovenste deel van het spectrum, geassocieerd met de A0-modus, en ook aan het laagste deel, geassocieerd met de hoogste fasesnelheidswaarden, d.w.z. groter dan 4 mm·^μs-1. Dit deel komt overeen met de interesseregio 3 (ROI 3)²⁹. De gemiddelde waarde van ROI 3, later aangeduid als lowk, wordt ook gebruikt als kwaliteitsparameter. Een grote waarde komt overeen met een regelmatige golfgeleider, waardoor duidelijke golfreflecties op de botinterfaces mogelijk zijn. Als de waarde daalt, kan dit te wijten zijn aan een onregelmatige golfgeleider of een verkeerd geplaatste sonde.

Model van de golfgeleider
De geleide golfspreiding, of de variatie van de fasesnelheid van elke geleide modus ten opzichte van de frequentie, hangt af van zowel de materiële als de geometrische eigenschappen van de golfgeleider. Het is dus mogelijk om deze eigenschappen op te halen met behulp van speciale signaalverwerking, golfgeleidermodellering en inverse probleemschema's. In het BDAT-geval komt het golfgeleidermodel overeen met een 2D-transversale isotrope vrije plaat, afhankelijk van het golfgeleidermateriaal en één geometrische parameter, de dikte³⁰. Het corticale botmateriaal wordt gehomogeniseerd, rekening houdend met vaste parameters voor de botmatrix en variabele porositeit³¹. Het omgekeerde probleem hangt dus af van twee parameters, de aangegeven corticale dikte (Ct.Th) en corticale porositeit (Ct.Po). De effecten van materiaalabsorptie, golfgeleiderkromming en omliggende zachte weefsels worden in het model niet in aanmerking genomen, zelfs niet als ze van invloed zijn op de meting. Hun gewicht op het resultaat van het inverse probleem bleek echter niet doorslaggevend te zijn, wat betekent dat de modi in de twee belangrijkste interessegebieden (A0 en het laagste deel) niet significant worden veranderd door de kromming en de zachte weefsels³².

Omgekeerd probleem
Aanvankelijk werd het omgekeerde probleem in twee stappen verdeeld: eerst de experimentele geleide golfdispersie extraheren en ten tweede vergelijken met het golfgeleidermodel. Dit standpunt werd beperkt door ruis en moduslabeling^30,32. Daarom werd een specifieke aanpak voorgesteld om deze beperkingen te overwinnen als een uitbreiding van het Norm-functiestandpunt. In plaats van elke vlakke golf afzonderlijk te beschouwen, wordt alleen rekening gehouden met de mogelijke geleide golven die door het golfgeleidermodel worden geboden²⁰. Dit leidt tot het omgekeerde probleembeeld, uitgedrukt in het modelparameterdomein, d.w.z. het Ct.th - Ct.Po-vlak (Figuur 2 rechtsonder). Het best passende model krijgt de maximale positie, terwijl eventuele secundaire pieken (aangegeven door de inverse probleembeelden met een grijze stip) overeenkomen met dubbelzinnige oplossingen, aangegeven in de f-k-vergelijking met experimentele modi met lichtgrijze lijnen. Net als voorheen wordt de pixelwaarde genormaliseerd door constructie en weerspiegelt deze, in dit geval, de aanwezigheid van een bepaald golfgeleidermodel in de ontvangen signalen. De maximale waarde (aangeduid als max) en het verschil met het tweede maximum (aangeduid met diff) worden ook gebruikt als kwaliteitsparameters.

Het omgekeerde probleem is oorspronkelijk voorgesteld voor offline berekening, d.w.z. zodra de signalen zijn verkregen, met behulp van de exacte waarden van de modelgolfnummers. Deze aanpak is gevalideerd voor zowel radius- als scheenbeenplaatsen, waarbij rekening is gehouden met ex vivo^20,33 en in vivo 21,34,35 studies. Om deze berekeningen in de mens-machine-interface (HMI) op te nemen, is een benaderende versie voorgesteld, die compatibel is met de real-time toepassing, met behulp van een schaars matrixstandpunt³⁶.

vA0
Uit de GWSI is het ook mogelijk om de snelheid van de langzaamste geleide modus te extraheren, geassocieerd met de eerste antisymmetrische modus A0 van de vrije plaat of Lamb-model^33,35. Het bovenste deel van het geleide golfspectrum kan lineair worden benaderd, waarbij de helling de waarde van de snelheid vA0 geeft (Figuur 2 linksonder).

Parameter samenvatting:
Ten slotte worden vier parameters van belang gemeten: (i) vFAS: snelheid van het eerste aankomende signaal (m·^s-1); (ii) vA0: snelheid van de langzaamste geleide modus (m·^s-1); (iii) Ct.Th: corticale dikte (mm); en (iv) Ct.Po: corticale porositeit (%).

Er worden vier kwaliteitsparameters in aanmerking genomen: (i) alfa: bidirectionele hoek (°); (ii) lowk: gemiddelde waarde van het laagste deel van de GWSI (genormaliseerde waarde tussen 0 en 1); (iii) max: maximum van de inverse probleemfunctie (genormaliseerde waarde tussen 0 en 1); en (iv) diff: het verschil tussen de eerste en tweede maxima van de inverse probleemfunctie (genormaliseerde waarde tussen 0 en 100).

Al deze parameters, evenals de twee geleide golfspectrumbeelden (één in de voortplantingsrichting) en het omgekeerde probleembeeld, worden door de HMI "realtime" weergegeven, met een framesnelheid van ongeveer 2 Hz. Een typisch voorbeeld wordt geïllustreerd in figuur 3. In de volgende sectie wordt de methode voor het gebruik van deze parameters in detail beschreven. Het belangrijkste idee is dat de operator de sonde langzaam beweegt op de meetlocatie, waarbij hij zorgvuldig de feedback van de verschillende delen van de interface observeert totdat hij een stabiele positie vindt en een reeks van 10 acquisities start. Wanneer ten minste vier consistente reeksen zijn verkregen, eindigt de meting en wordt er een automatisch rapport gegenereerd.

Protocol

De studie werd goedgekeurd door het ethisch comité van de Universidad de Valparaiso, Chili, onder protocolnummer CEC213-20. Er werd schriftelijke geïnformeerde toestemming gegeven aan de deelnemers. Er werd een telefonisch interview afgenomen om de in- of uitsluiting van de deelnemers vast te stellen. De studie is geregistreerd onder de volgende referentie: NCT05424536.

1. Apparaat instellen

1. Plaats de belangrijkste onderdelen van het apparaat op een grote tafel.
   1. Plaats naast elkaar de volgende onderdelen: elektrische isolatietransformator, elektronische module en laptop computer op een grote tafel. Zorg ervoor dat er voldoende ruimte voor deze delen is om de onderarm van de deelnemer later gemakkelijk te kunnen plaatsen.
   2. Plaats ten slotte de laptop direct op de elektronische module in geval van beperkte ruimte en zorg ervoor dat u de ventilatievensters van de module, die duidelijk zijn aangegeven, niet blokkeert.
2. Sluit de elektrische isolatietransformator aan.
   1. Sluit de elektrische isolatietransformator aan op de huishoudelijke stroom van de kamer met behulp van een speciale kabel.
3. Sluit de elektronische module aan.
   1. Sluit de elektronische module aan op de elektrische isolatietransformator met behulp van een speciale stroomkabel.
   2. Druk op de AAN-UIT-knop op de transformator om de module van stroom te voorzien.
4. Sluit de laptop aan.
   1. Sluit de laptopcomputer aan op de module met behulp van de speciale universele seriële bus (USB)-kabel om de gedigitaliseerde ontvangen signalen naar de computer te sturen voor verdere verwerking.
   2. Als de laptop van stroom moet worden voorzien, sluit u de voedingskabel aan op de elektronische isolatietransformator.
5. Sluit de ultrasone sonde aan.
   1. Sluit de ultrasone sonde aan op de module met de speciale kabelsleuf aan de voorkant van de module. Er zijn twee verschillende sondes voor meetplaatsen voor onderarmen en benen. In dit onderzoek wordt alleen gekeken naar het spaakbeen (onderarmsonde).
6. Sluit de pedaalschakelaar aan.
   1. Plaats de pedaalschakelaar op de vloer dicht bij de voeten, rekening houdend met de positie van de bediener tijdens het meten van een deelnemer. Sluit de pedaalschakelaar aan op de computer met behulp van een USB-kabel. Gebruik het pedaal om de acquisitiereeks te starten.

2. Deelnemer installatie

1. Plaats de deelnemer.
   1. Nodig de deelnemer uit om voor de bediener te gaan zitten met zijn blote onderarm rustend op de tafel voor het eerder geïnstalleerde apparaat (zie afbeelding 3).
      OPMERKING: De contralaterale kant wordt gemeten (d.w.z. de linkerkant voor een rechtshandige deelnemer).
2. Markeer de meetplaats (een derde distale radius).
   1. Meet de straallengte met behulp van de liniaal vanaf de radiale styloïde (botuiteinde dicht bij de pols) tot aan de elleboog.
   2. Deel deze lengte door drieën.
   3. Markeer de meetplaats, d.w.z. een derde distale radius, met behulp van de pen door een straallengte op een derde van de pols te meten.
3. Start de HMI-software.
   1. Start de HMI-software door op het bijbehorende pictogram op het bureaublad van de laptop te klikken.
4. Voeg de gegevens van de deelnemer toe.
   1. Voeg de gegevens van de deelnemer toe (geanonimiseerde ID, lateraliteit, gemeten locatie, operator-ID, geslacht, enz.) met behulp van het pop-upvenster, dat automatisch wordt geopend wanneer de software wordt gestart.
5. Voeg ecografische gel toe.
   1. Voeg ecografische gel toe aan de voorkant van de sonde en op de meetplaats, gemarkeerd op de onderarm van de deelnemer, om ultrasone golfvoortplanting te garanderen.
6. Breng de sonde in contact met de onderarm.
   1. Breng de sonde in contact met de onderarm, met het midden van de sonde op de markering die eerder in stap 2.2 is gedaan.

3. Op zoek naar een stabiele positie

OPMERKING: De HMI geeft vier interessante parameters weer: twee snelheden, vFAS en vA0, en twee omgekeerde probleemwaarden, corticale dikte (Ct.Th) en corticale porositeit (Ct.Po). De HMI geeft ook vier kwaliteitsparameters weer, aangeduid met alfa, lowk, max en diff. Deze parameters worden in de inleiding in detail beschreven.

1. Start de real-time visualisatie.
   1. Start de realtime visualisatie door op de startknop rechtsonder in de software-interface te klikken. De duur tussen twee opeenvolgende waardeweergaven is ongeveer 0,5 s.
2. Zoek een stabiele vFAS-waarde.
   1. Pas de positie van de sonde langzaam aan terwijl u de vFAS-parameterwaarde observeert die in een specifiek geval van de interface wordt weergegeven. Normale waarden variëren van ongeveer 3800 m∙^s-1 tot ongeveer 4200 m∙^s-1.
   2. Als er een stabiele positie wordt gevonden, zorg er dan voor dat de vFAS-variatie kleiner is dan ongeveer 40 m∙^s-1 tussen twee opeenvolgende berekeningen.
3. Pas de bidirectionele hoek aan.
   1. Pas de positie van de sonde langzaam aan terwijl u de bidirectionele waarde (kwaliteitsparameter alfa) observeert die in een specifiek geval van de interface wordt weergegeven.
   2. Pas de positie van de sonde aan door zachtjes druk uit te oefenen aan één sondezijde totdat de absolute hoekwaarde minder dan 2° is om de parallelliteit tussen de sonde en het botoppervlak te verbeteren.
4. Zoek een stabiele vA0-waarde.
   1. Pas de positie van de sonde langzaam aan terwijl u de vA0-parameterwaarde observeert die in een specifiek geval van de interface wordt weergegeven. Normale waarden variëren van ongeveer 1500 m∙^s-1 tot ongeveer 1900 m∙^s-1.
   2. Als er een stabiele positie wordt gevonden, zorg er dan voor dat de vA0-variatie kleiner is dan ongeveer 40 m∙^s-1 tussen twee opeenvolgende berekeningen.
   3. Bekijk in geval van moeilijkheden de geleide golfbeeldspectra die worden weergegeven in de rechterkolom van de interface. Zorg ervoor dat het bovenste deel van het spectrum verschijnt als een ononderbroken lijn, waarvan de helling de vA0-waarde oplevert.
5. Let op het omgekeerde probleembeeld.
   1. Bekijk het omgekeerde probleembeeld, dat automatisch verschijnt zodra de twee snelheden (vFAS en vA0) en hoekwaarden zijn gestabiliseerd.
   2. Zorg ervoor dat de afbeelding ten minste één maximum toont, aangegeven met een duidelijke pixel, en uiteindelijk een of meer secundaire maxima, aangegeven met een andere kleur. De drie ontbrekende kwaliteitsparameters (max. diff, lowk) worden automatisch in realtime berekend.
6. Verbeter het beeld van het omgekeerde probleem.
   1. Pas de positie van de sonde langzaam aan terwijl u de beeldmaxima van het omgekeerde probleem observeert.
   2. Zoek het hoogst mogelijke eerste maximum en het laagst mogelijke secundaire maximum terwijl je naar de overeenkomstige gevallen van de interface kijkt (max- en diff-waarden).
   3. Bekijk in geval van moeilijkheden het geleide golfspectrumbeeld dat wordt weergegeven in de rechterkolom van de interface. Zorg ervoor dat het onderste deel van het spectrum verschijnt met een paar ononderbroken lijnen, zo lang mogelijk, geassocieerd met hoge fasesnelheidsmodi en de parameter kwaliteit lowk, zo hoog mogelijk.
7. Zoek een stabiele positie.
   1. Zodra een acceptabel beeld van een omgekeerd probleem is gevonden, stabiliseert u de positie van de sonde. Zorg ervoor dat er geen significante veranderingen van de afbeelding van het omgekeerde probleem worden gezien tussen twee opeenvolgende berekeningen.

4. Gegevensverzameling

1. Start een reeks van 10 overnames.
   1. Zodra een stabiele positie is gevonden, start u een reeks van 10 acquisities door met de voet op de pedaalschakelaar te drukken.
   2. Blijf zo stabiel mogelijk tijdens de 10 acquisities, die ongeveer 5 s duren.
2. Beheers de kwaliteit van de serie.
   1. Bekijk de gemiddelden en standaarddeviaties van de parameters van belang, die automatisch worden berekend en weergegeven in pop-upvensters die verschijnen zodra de reeks is afgelopen.
   2. Als de standaarddeviaties lager zijn dan de vaste drempelwaarden, houd dan rekening met de reeksen. Integendeel, verwerp de serie.
   3. Antwoord op de vraag die in een tweede pop-upvenster wordt gesteld met de vraag of de operator de acquisitiereeks van dezelfde deelnemer wil stoppen of voortzetten.
3. Verplaats de sonde.
   1. Begin opnieuw met de vorige stappen (van stap 2.1 tot 3.2) om stabielere posities te vinden en meer reeksen van 10 overnames te verwerven. Laat de deelnemer uiteindelijk, indien nodig, rusten tussen twee herpositioneringen.
   2. Net als voorheen worden de gemiddelden en standaarddeviaties van de parameters van belang automatisch berekend voor elke reeks.
   3. Kijk naar het pop-upvenster met resultaten om te controleren of de laatst verworven serie is behouden of afgewezen. De meting van de deelnemer is voltooid wanneer ten minste vier consistente reeksen zijn geregistreerd. Outsider-series worden automatisch afgewezen.
4. Verkrijg de definitieve waarden.
   OPMERKING: De uiteindelijke waarden van de parameters van belang worden automatisch verkregen, rekening houdend met het gemiddelde van de middelen verkregen met de consistente reeks.
5. Controleer de pdf van het automatische rapport.
   1. Controleer of de definitieve waarden automatisch en direct worden gerapporteerd in de rapport-pdf zodra de optie stop is gekozen in het pop-upvenster. Een voorbeeld is te zien in Figuur 4.
      OPMERKING: De pdf bevindt zich in dezelfde map als de onbewerkte gegevens, die later offline opnieuw kunnen worden geanalyseerd.
6. Controleer het tweede nauwkeurige rapport.
   1. Controleer het tweede nauwkeurige rapport dat is gegenereerd met behulp van de exacte golfgeleidermodelwaarden voor de berekening van het omgekeerde probleem in plaats van geschatte waarden zoals in het geval van het eerste automatische rapport. Het genereren van het tweede rapport duurt minder dan 5 minuten. Voorbeelden worden getoond in Figuur 5 en Figuur 6.
   2. Controleer of het automatische rapport overeenkomt met het exacte rapport. Verwijder de reeksen die niet automatisch zijn geëlimineerd om de consistente reeksen te behouden.

Resultaten

Er werd een reproduceerbaarheidsstudie uitgevoerd met 3 operatoren (een expert, twee beginners) en 14 gezonde deelnemers (6 vrouwen, 8 mannen, 21-53 jaar). Beginnende operators werden ongeveer 3 uur getraind om het acquisitieprotocol te begrijpen en te oefenen. Vervolgens werden de deelnemers gedurende 2 weken in augustus 2023 gemeten. Elke meting werd onafhankelijk uitgevoerd. Alle operators waren geblindeerd, d.w.z. één operator kende de resultaten van de twee anderen niet.

Herhaalbaarheid binnen de operator
Figuur 5 illustreert de herhaalbaarheid binnen de operator voor een consistent geval: 4 reeksen van 10 acquisities verworven op één deelnemer en één operator. De eerste kolom komt overeen met de inverse probleemfuncties, terwijl de tweede kolom de experimentele geleide modusspreiding toont in vergelijking met het best passende model. Elke figuurlijn komt overeen met een geslaagde reeks. Het aantal behouden aanwinsten staat vermeld in de titel: 7 op 10 voor de eerste serie en 10 op 10 voor de volgende. Gemiddelden en standaarddeviaties en de vier parameters (vFAS, vA0, Ct.Th en Ct.Po) worden voor elke reeks gegeven. Daarnaast worden ook kwaliteitsparameters weergegeven: bi-directionele hoek (alpha), maximum van de inverse probleemfunctie (max), het absolute verschil met het tweede maximum (diff) en de gemiddelde waarde van het laagste deel van de GWSI (lowk).

De standaarddeviaties binnen de serie zijn laag, ongeveer 0,02 mm voor de corticale dikte, minder dan 0,5% voor corticale porositeit en minder dan 20 m∙^s-1 voor de twee snelheden, wat aangeeft dat de posities van de bereiksonde stabiel waren. Dan kan men zien dat de gemiddelde waarden die voor elke serie zijn verkregen, zeer dicht bij elkaar liggen, met name voor de diktewaarden tussen 3,4 mm en 3,5 mm en de vFAS-waarden variërend van 4040 m∙^s-1 tot 4070 m∙^s-1. Merk op dat een verschil van 40 m∙^s-1 overeenkomt met een verschil van 1% voor een gemiddelde waarde van 4000 m∙^s-1. Grotere variaties worden waargenomen voor corticale porositeit, variërend van 8% tot 12%, en de vA0-snelheid, variërend van 1700 m∙^s-1 tot 1740 m∙^s-1. In dit consistente geval zijn bijna alle overnames consistent, d.w.z. dicht bij elkaar. Er is bijna geen dubbelzinnigheid in het eindresultaat van de vier parameters van belang.

Een tweede geval wordt geïllustreerd in figuur 6 voor een minder regelmatig geval. In dit geval zijn drie parameters, vFAS, vA0 en Ct.Po zeer stabiel, met waarden respectievelijk ongeveer 4120 m∙^s-1, 1700 m∙^{s-1 en} 10%. Het geval van de corticale dikte is moeilijker omdat twee dubbelzinnige oplossingen, 2,6 mm en 3,5 mm, worden waargenomen in overeenstemming met een kleine verschilwaarde (diff minder dan 0,5%) tussen de twee eerste maxima van de inverse probleemfunctie. In het vorige reguliere geval varieerde dit verschil van 1 % tot 3 %. De ambiguïteit wordt weggenomen door deskundige analyse, in dit geval kijkend naar de overeenkomst tussen experimentele en theoretisch geleide modi (rechterkolom). In het geval van de laagste dikte is de overeenkomst beter in het laagste deel van het spectrum (twee eerste series). Voor de laatste twee series is er een theoretische modus met zeer weinig experimentele punten, rond 0,5 MHz, wat wijst op een slechtere overeenkomst in vergelijking met de vorige serie. Bovendien is de diff-parameter (0,1%) kleiner dan de waarden van de eerste twee reeksen (0,4% en 0,2%). In dit geval is de keuze voor de bewaarde oplossing (2,6 mm) nog niet geautomatiseerd en is er nog steeds een expert nodig. De drie operators hadden echter te maken met vergelijkbare problemen en kozen voor vergelijkbare oplossingen, bijna 2,6 mm.

Betrouwbaarheid buiten de machinist
Alle resultaten voor de 4 parameters die van belang zijn verkregen door de 3 operatoren met de 14 deelnemers, worden weergegeven in figuur 7. De intraclass correlatiecoëfficiënten (ICC) werden berekend volgens de formule en de eerder gepubliceerde Matlab-code 37,38,39. ICC wordt vaak gebruikt voor de beoordeling van de betrouwbaarheid van meetschalen, met name voor biomedische toepassingen. ICC-waarden van 0,75 tot 0,9 worden meestal geassocieerd met een goede betrouwbaarheid, terwijl ICC-waarden boven 0,9 als uitstekende betrouwbaarheid worden beschouwd. De laagste waarde voor ICC (0,76) werd verkregen voor de parameter vA0. De standaarddeviatie was gelijk aan 17 m∙^s-1, wat ongeveer 7% is van het meetbereik in de orde van grootte van 250 m∙^s-1. Vergelijkbare waarden werden waargenomen voor Ct.Po met ICC gelijk aan 0,80 en een standaarddeviatie van 1,1%, ongeveer 10% van het bereik. Een uitstekende betrouwbaarheid (ICC ongeveer 0,9) werd verkregen voor de twee andere parameters, Ct.Th en Ct.Po, met een standaarddeviatie die lager was dan 10% van het bereik.

Figuur 1: verschillende onderdelen van het ultrasoon apparaat Bi-Directional Axial Transmission (BDAT). Het prototype omvat elektronische isolatie (1), een pedaalschakelaar (2), twee sondes (3.1 en 3.2), een elektronische module (4), een computer (5) en een liniaal (6). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Typische acquisitie op in vivo onderarm. De twee Norm-functies (één per voortplantingsrichting) worden weergegeven in de bovenste regel van de afbeelding. Ze worden ook aangeduid als geleid golfspectrumbeeld (GWSI). Uit de maxima van deze beelden is het mogelijk om de experimentele geleide modi (blauwe en rode stippen) te extraheren in vergelijking met het best passende model (subafbeelding linksonder). Het best passende model wordt geparametriseerd door twee waarden, corticale dikte (Ct.Th) en porositeit (Ct.Po), die overeenkomen met de maximale positie van de inverse probleemfunctie (subafbeelding rechtsonder). Hun waarden worden weergegeven in de titel van elk paneel. De vA0-fitting wordt weergegeven als een stippellijn (links). De Guided Wave Spectrum Images en het inverse probleembeeld worden genormaliseerd (d.w.z. de pixelwaarde varieert van 0 tot 1) door constructie^19,20. De waarden van de twee gemeten snelheden, vFAS en vA0, zijn aangegeven in de titel van de subafbeelding rechtsboven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Mens-machine-interface (HMI). De HMI toont in werkelijkheid de twee GWSI's (één per voortplantingsrichting), het omgekeerde probleembeeld, de parameters van belang en de kwaliteitsparameters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Voorbeeld van een geautomatiseerd rapport. Het rapport vermeldde de gegevens van de deelnemer en de operator, evenals de uiteindelijke waarden van de interesseparameters en kwaliteitsparameters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 5: Voorbeeld van het tweede rapport voor een consistente casus, hetzelfde als het geautomatiseerde rapport dat wordt weergegeven in afbeelding 4. De figuur toont 4 reeksen van 1 deelnemer en 1 operator: inverse probleembeelden (linkerkolom) en experimentele golfgetallen vergeleken met het best passende model (rechterkolom). De getoonde waarden komen overeen met het gemiddelde en de standaarddeviatie van de bewaarde acquisities over de 10-acquisitiereeksen. Het aantal behouden aanwinsten wordt aangegeven in de titel van de rechterkolom, bijvoorbeeld (7/10) voor de eerste serie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Voorbeeld van het tweede rapport voor een dubbelzinnig geval voor corticale dikte. De figuur toont 4 reeksen van 1 deelnemer en 1 operator: inverse probleembeelden (linkerkolom) en experimentele golfgetallen vergeleken met het best passende model (rechterkolom). De getoonde waarden komen overeen met het gemiddelde en de standaarddeviatie over de behouden acquisities over de 10-acquisitiereeksen. Het aantal behouden acquisities wordt aangegeven in de titel van de rechterkolom, bijvoorbeeld (10/10) voor de eerste serie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Betrouwbaarheid tussen operatoren. De resultaten worden getoond voor de 4 parameters die van belang zijn verkregen door de 3 operatoren met 14 deelnemers. De waarden verkregen door de 3 operatoren (y-as) worden vergeleken met de gemiddelde waarde van de 3 operatoren (x-as). De intraclass correlatiecoëfficiënten (ICC) worden aangegeven in de titels. De standaarddeviatie σ en de variatiecoëfficiënt CV worden ook aangegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Het kritieke punt voor het succes van de meting is de juiste positionering van de sonde ten opzichte van het bot. De positie ten opzichte van het botoppervlak werd met succes opgelost door de bidirectionele correctie^16,17 te integreren met de geleidingsinterface. Aangetoond is dat zonder deze correctie een paar procentuele fouten kunnen worden bereikt voor de vFAS-parameters¹⁶. Deze correctie bleek cruciaal om nauwkeurig onderscheid te maken tussen patiënten, aangezien het hele meetbereik (ongeveer 3800-4200 m∙^s-1) ongeveer 10% is van de gemiddelde waarde¹⁷, ongeveer 4000 m∙^s-1. De reproduceerbaarheid die in deze studie werd gevonden (standaarddeviatie van 24 m∙^s-1) was vergelijkbaar met de vorige studie¹⁷, wat wijst op een standaarddeviatie van 20 m∙^s-1 en een variatiecoëfficiënt (CV) van ongeveer 0,5%. Een vergelijkbare variatiecoëfficiënt (0,5%) werd gevonden bij een lagere frequentie, namelijk 0,3 MHz⁴⁰. Merk op dat de uitstekende betrouwbaarheid van de vFAS-parameter (ICC = 0,91) hoger bleek te zijn dan de betrouwbaarheid die onlangs werd verkregen met een ander AT-apparaat in een oudere populatie (ICC = 0,77)⁴¹. Opgemerkt moet worden dat de populatie in dit geval niet alleen ouder was, maar ook allemaal vrouwen en sommige proefpersonen met andere klinische symptomen van verhoogde botporositeit⁴¹.

De tweede uitdaging is om de sonde ook correct te positioneren ten opzichte van de botas en de twee interfaces om de geleide modi te verkrijgen, met name die van hoge fasesnelheid of laag golfgetal. Deze modi liggen dicht bij resonantie en zijn geassocieerd met meerdere reflectiepaden. Als de uitlijning niet correct is, worden golven verstrooid buiten het ruimtelijke meetbereik van de sonde. Integendeel, als de sonde correct is gepositioneerd, zullen deze modi met hoge fasesnelheid verschijnen als continue vertakkingen in de ROI3. Voor de eerste versie van de huidige HMI werd deze uitlijning opgelost door te kijken naar de real-time GWSI²⁰. Deze aanpak werd echter onvoldoende bevonden om tot een robuuste meting te komen: het faalpercentage bleek ongeveer 20% te zijn in de klinische pilotstudie²⁰. Door de opname van real-time kwaliteitsparameters kan het falen afnemen tot ongeveer 10% in een tweede klinische studie²³. Vervolgens maakt de opname van het inverse probleembeeld in de "realtime" HMI verdere verbetering mogelijk, met een stroomuitvalpercentage voor radiusmeting van ongeveer 5%²⁵. Merk op dat de aanvankelijke storing met het eerste apparaat dat alleen vFAS meet, ongeveer 15% bleek te ^zijn17.

De betrouwbaarheid van de corticale dikte bleek vergelijkbaar te zijn met die van een eerdere studie²². Met een eerdere versie van hetzelfde prototype bleek ICC ook dicht bij 0,9 te liggen, met een standaarddeviatie van ongeveer 0,1 mm en een CV van ongeveer 3%. Er wordt echter een duidelijke verbetering waargenomen in de corticale porositeit: ICC steeg van 0,6²² naar 0,8 en de standaarddeviatie daalde van 1,5% naar 1%. De moeilijkste parameter is vA0 vanwege de nabijheid van zijn snelheid met de snelheid van zacht weefsel, ongeveer 1500 m∙^s-1. Als de sonde correct is uitgelijnd, lijkt de A0-modus uniek en continu. Integendeel, het lijkt discontinu en/of meervoudig door koppeling met omliggende zachte weefsels. Dit effect is vooral sterk voor mensen met een kleine (minder dan 4 mm) of grote (meer dan 10 mm) dikte van zacht weefsel (aangeduid met ST.Th).

Zoals eerder uiteengezet, is het belangrijkste punt om de juiste sondepositie te vinden. De positie moet echter niet alleen correct zijn, maar ook stabiel om het gemiddelde en de standaarddeviatie uit te voeren voor een reeks van 10 acquisities. In de meeste gevallen duurt het vinden van een stal minder dan 1 minuut en duurt de volledige meting van een patiënt ongeveer 5 minuten. Zelfs als het standaardprotocol dat in deze studie wordt beschreven goed geschikt is voor een meerderheid van de patiënten, zijn sommige mensen moeilijker te meten; Het is moeilijk maar mogelijk om de juiste posities te vinden, maar bijna onmogelijk om een stabiele te vinden. In dit geval kan de operator ervoor kiezen om langere series op te nemen, tot 200 acquisities. De beste acquisities worden later offline bepaald aan de hand van kwaliteitsparameters. Deze filtering zou in de toekomst in realtime moeten worden toegepast. In de praktijk registreert de operator meer series en/of acquisities dan de 4 series van 10 acquisities van het ideale conditieprotocol. De gebruikelijke meettijd blijft echter ongeveer 5 minuten voor één plaats, onderarm of been. Als de HMI na enkele minuten geen juiste positie detecteert, stopt de meting en wordt deze als een storing beschouwd. Met het huidige apparaat en protocol is het uitvalpercentage minder dan 5%²⁵ gebleken.

Het huidige apparaat heeft te maken met verschillende beperkingen:
(i)Grootte en gewicht: Het huidige BDAT-apparaat is draagbaar: het past in standaard bagage en weegt ongeveer 25 kg. Dit gewicht is echter groot ten opzichte van de nieuwste ultrasone apparaten. Een nieuw elektronisch ontwerp kan worden overwogen, waarbij de sonde en signaalverwerking hetzelfde blijven. Het is echter mogelijk om het huidige apparaat te verplaatsen, vooral voor patiënten in bed of thuis met beperkte mobiliteit.

(ii)Acquisitiesnelheid: De huidige framesnelheid is ongeveer 2-4 Hz, wat betekent dat de verkenning van de meting traag is in vergelijking met de daadwerkelijke real-time acquisitie, d.w.z. hoger dan 25 Hz. Dit kan in de toekomst worden verbeterd, rekening houdend met snellere computers, snellere gegevensanalyse en overdracht tussen de elektronica en de computer. Een verhoging van de acquisitiesnelheid zou de gebruiksvriendelijkheid van de meting verbeteren, met name het zoeken naar de juiste positionering van de sonde.

(iii)Dikte van zacht weefsel: De huidige benadering wordt beperkt door een grote laag zacht weefsel, meestal groter dan 10 mm. In dit geval is het eerste aankomende signaal verbonden met het zachte weefselpad en niet met het corticale bot. vFAS en de bijbehorende bi-directionele hoek kunnen dus niet worden gebruikt. Evenzo is vA0 erg moeilijk te meten voor grote lagen zacht weefsel. Zonder deze twee snelheden kan het omgekeerde probleem niet worden uitgevoerd. In de toekomst zouden andere methoden van bidirectionele correctie kunnen worden toegepast, bijvoorbeeld met behulp van beeldvormingstechnieken. Patiënten met grote lagen zacht weefsel worden meestal geassocieerd met obesitas en Body Mass Index (BMI) groter dan 30 ^kg.m-2.

(iv)Regelmaat van de golfgeleider: De inverse probleembenadering veronderstelt een regelmatige golfgeleider met meerdere voortplantingspaden. Voor osteoporotische patiënten kan de interne corticale interface onregelmatig zijn en impliceert daarom slechte geleide golfspectrumbeelden, vooral in het onderste deel. Deze patiënten worden meestal geassocieerd met een hoge ambiguïteit van de oplossing. Als het zachte weefsel of de slechte positionering niet kan worden beschouwd als de oorzaak van een slecht spectrumbeeld, en als de lowk-parameterwaarde laag is, is de golfgeleider zogenaamd onregelmatig en wordt de oplossing met de laagste dikte overwogen. Benaderingen op basis van machine learning, waarvoor geen fysieke modellering nodig is, kunnen ook worden gebruikt²⁹.

Zoals besproken in de inleiding, is DXA de huidige gouden standaard voor de detectie van patiënten met een risico op fragiliteitsfracturen, die met enkele beperkingen te maken heeft: de grote omvang, slechte beschikbaarheid in sommige regio's, relatief hoge kosten en relatief matige effectiviteit. De eerste beperkingen konden worden verzacht met ultrasone apparaten, die bekend staan om hun aantrekkelijke draagbaarheid en kosten. Het vermogen om risicopatiënten effectief te detecteren moet echter ten minste gelijkwaardig zijn aan DXA. In werkelijkheid wordt soms verwacht dat het hoger zal zijn dan DXA om de aanpassing van de meeste referenties (medische beslissingen, behandeling, kosten, kamers, enz.) die verband houden met de gouden standaard te rechtvaardigen. Dat is de reden waarom sommige ultrasone apparaten een BMD-surrogaten 10,11,42 voorstellen. Een nadeel van klinische parameters, zoals aBMD en ook vFAS, is echter de integratie van verschillende corticale boteigenschappen. Dat is de reden waarom complementaire standpunten worden voorgesteld door andere ultrasone apparaten, waaronder BDAT, die parameters voorstellen die gemakkelijker kunnen worden geïnterpreteerd door de arts en de patiënt, zoals corticale porositeit, dikte of poriegrootteverdeling⁹. Deze parameters weerspiegelen geometrische en materiaaleigenschappen: corticaal bot kan mogelijk worden beoordeeld in termen van onafhankelijke variaties in kwantiteit of kwaliteit. Dit standpunt kan zeer nuttig zijn bij het onderzoeken van verschillende mogelijke oorzaken van botfragiliteit. Zo worden bijvoorbeeld intra- of extra-capsulaire heupfracturen, d.w.z. fractuurplaatsen van de femurhals of trochanter, verondersteld een verschillende medische oorsprong te hebben⁴³. Evenzo zou het mogelijk kunnen zijn om verschillende medicijnen te volgen die gericht zijn op verschillende effecten op corticaal bot, maar ook in termen van kwantiteit of kwaliteit³.

Merk op dat de precisie die wordt verkregen met BDAT voor corticale dikte (0,1 mm) beter is dan bij andere ultrasone methoden, meestal boven 0,25 mm⁴⁴. Dit verschil is deels te wijten aan het feit dat het BDAT-inverse probleem rekening houdt met gecombineerde geometrische en materiële variaties. Sommige andere benaderingen, zoals bij pulsecho, houden rekening met unieke botmateriaaleigenschappen voor alle patiënten^10,44. Deze precisiewaarde, ongeveer 0,1 mm (CV ongeveer 3%), is inderdaad cruciaal om nauwkeurig onderscheid te maken tussen patiënten, aangezien het diktebereik minder dan 2 mm is. De precisie op corticale porositeit (1%, CV ongeveer 14%) is nog niet zo goed als voor dikte. Er zijn echter al aanzienlijke verbeteringen waargenomen ten opzichte van de vorige reproduceerbaarheidsstudie²². Men kan verwachten dat soortgelijke verbeteringen in de nabije toekomst kunnen worden bereikt dankzij toekomstige HMI-verbeteringen, met name op het gebied van framesnelheid die dichter bij real-time ligt.

De BDAT zou op grote schaal kunnen worden gebruikt voor bevolkingsonderzoek in regio's waar DXA niet op grote schaal beschikbaar is. Bovendien toonden de laatste klinische resultaten het potentieel aan dat de BDAT nog efficiënter zou kunnen zijn dan DXA. Deze resultaten moeten echter worden bevestigd door meer patiënten op te nemen. De volgende uitdaging zou multicentrische en/of longitudinale studies moeten zijn^11,12. Het BDAT-apparaat is echter nog steeds een prototype dat beschikbaar is voor wetenschappelijke samenwerking, zoals al is gedaan in Duitsland²³ en het VK²⁴. Er zijn inspanningen nodig voor de industrialisatie van de volgende generatie BDAT-apparaten, die zeker sneller en draagbaarder zouden zijn.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Computer	Notebook HP	mod Zbook (16 Go RAM, Inrel Core i7)	om de bemonsterde signalen te ontvangen en de signalenverwerkingsstappen toe te passen. Resultaten worden weergegeven in bijna realtime (tot 4 per seconde) via een speciale Human Machine Interface (HMI, BleuSolid, Pomponne, Frankrijk) die de meting begeleidt;
Elektrische isolatie transformator	REOMED, Solingen, Duitsland	IEC / EN 60601-1	om het apparaat, de patiënt en andere apparaten te beschermen tegen elk elektrisch gevaar
Elektronisch module	Althaïs, Tours, Frankrijk	in-house	stuurt excitatiesignalen (een halve periode van negatieve spanning van 170 V) en discretiseert ontvangen signalen (1024 tijdstippen per ontvanger bij een bemonsteringsfrequentie van 20 MHz en 12 bit dynamiek) voordat ze naar de computer worden gestuurd. Vertraagingen en versterking kunnen worden aangepast met behulp van lineaire wetten om de gegevensverzameling binnen de toegankelijke bereiken te optimaliseren.
Human Machine Interface	BleuSolid, Pomponne, Frankrijk	N/A	HMI
Pedaalschakelaar	Scythe, Duitsland	USB Foot Switch 2	om een acquisitieserie te starten
Linial	Westcott, VS	10417	om de meetplaats te lokaliseren
Ultrasonische sonderadius	Vermon, Tours, Frankrijk	in-house	1 MHz centrale frequentie, 24 ontvangers met 0,8 mm pitch en twee blokken van 5 zenders met 1 mm pitch.
Ultrasonische sonde tibia	Vermon, Tours, Frankrijk	in-house	0,5 MHz centrale frequentie, 24 ontvangers met 1,2 mm pitch en twee blokken van 5 zenders met 1,5 mm pitch
Ultrasonische sondes			ontworpen volgens de bidirectionele geometrie: een enkele ontvanger array omringd door twee zender arrays. De drie arrays zijn uitgelijnd, mechanisch en elektrisch geïsoleerd om koppelingssignalen te minimaliseren.   De sondes zijn aangepast aan twee verschillende locaties, een derde distale radius en middelste tibia.