Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Uzyskiwanie wysokiej jakości obrazów ultrasonograficznych mięśni szkieletowych o rozszerzonym polu widzenia w celu pomiaru długości pęczka mięśniowego

3.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/61765

⸱

14 grudnia 2020

 , 
1Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 2Department of Physical Medicine & Rehabilitation, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 3Department of Physical Therapy and Human Movement Sciences, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 4Shirley Ryan AbilityLab, 5Edward Hines, Jr. VA Hospital

W tym artykule

Podsumowanie

To badanie opisuje, jak uzyskać wysokiej jakości obrazy układu mięśniowo-szkieletowego za pomocą metody ultrasonografii o rozszerzonym polu widzenia (EFOV-US) w celu pomiaru długości pęczka mięśniowego. Stosujemy tę metodę do mięśni z pęczkami, które wykraczają poza pole widzenia zwykłych tradycyjnych sond ultrasonograficznych (T-US).

Streszczenie

Długość pęczka mięśniowego, która jest zwykle mierzona in vivo za pomocą tradycyjnych ultradźwięków, jest ważnym parametrem określającym zdolność mięśnia do generowania siły. Jednak ponad 90% wszystkich mięśni kończyn górnych i 85% wszystkich mięśni kończyn dolnych ma optymalną długość pęczków dłuższą niż pole widzenia zwykłych tradycyjnych sond ultrasonograficznych (T-US). Nowsza, rzadziej stosowana metoda zwana ultrasonografią o rozszerzonym polu widzenia (EFOV-US) może umożliwić bezpośredni pomiar pęczków dłuższych niż pole widzenia pojedynczego obrazu T-US. Wykazano, że ta metoda, która automatycznie dopasowuje do siebie sekwencję obrazów T-US ze skanu dynamicznego, jest ważna i niezawodna w uzyskiwaniu długości pęczków mięśniowych in vivo. Pomimo licznych mięśni szkieletowych z długimi pęczkami i słuszności metody EFOV-US do wykonywania pomiarów takich pęczków, niewiele opublikowanych badań wykorzystywało tę metodę. W tym badaniu pokazujemy zarówno jak wdrożyć metodę EFOV-US w celu uzyskania wysokiej jakości obrazów układu mięśniowo-szkieletowego, jak i jak określić ilościowo długości pęczków na podstawie tych obrazów. Oczekujemy, że ta demonstracja zachęci do stosowania metody EFOV-US w celu zwiększenia puli mięśni, zarówno w populacjach zdrowych, jak i upośledzonych, dla których mamy dane dotyczące długości pęczków mięśniowych in vivo.

Wprowadzenie

Długość pęczka jest ważnym parametrem architektury mięśni szkieletowych, który ogólnie wskazuje na zdolność mięśnia do wytwarzania siły1,2. W szczególności długość pęczka mięśnia zapewnia wgląd w bezwzględny zakres długości, na których mięsień może generować aktywną siłę3,4. Na przykład, biorąc pod uwagę dwa mięśnie o identycznych wartościach dla wszystkich izometrycznych parametrów generujących siłę (tj. średnia długość sarkomeru, kąt pennacji, fizjologiczne pole przekroju poprzecznego, stan skurczu itp.) z wyjątkiem długości pęczka, mięsień z dłuższymi pęczkami wytwarzałby swoją szczytową siłę przy większej długości i wytwarzałby siłę w szerszym zakresie długości niż mięsień z krótszymi pęczkami3. Kwantyfikacja długości pęczka mięśniowego jest ważna dla zrozumienia zarówno zdrowej funkcji mięśni, jak i zmian w zdolności mięśni do generowania siły, które mogą wystąpić w wyniku zmienionego użycia mięśni (np. unieruchomienie5,6, interwencja w ćwiczeniach7,8,9, noszenie wysokich obcasów10) lub zmiana w otoczeniu mięśnia (np. operacja transferu ścięgna11, rozproszenie uwagi kończyny12). Pomiary długości pęczka mięśniowego zostały pierwotnie uzyskane za pomocą eksperymentów ex vivo ze zwłokami, które pozwalają na bezpośredni pomiar wypreparowanych pęczków13,14,15,16. Cenne informacje dostarczone przez te eksperymenty ex vivo doprowadziły do zainteresowania wdrożeniem metod in vivo17,18,19 w celu rozwiązania pytań, na które nie można było odpowiedzieć w zwłokach; Metody in vivo pozwalają na ilościowe określenie parametrów mięśni w stanie natywnym, a także w różnych pozycjach stawów, różnych stanach skurczu mięśni, różnych stanach obciążenia lub rozładowania oraz w populacjach o różnych stanach (tj. zdrowych/rannych, młodych/starych itp.). Najczęściej ultradźwięki są metodą stosowaną do uzyskania długości pęczków mięśniowych in vivo18,19,20; jest szybsza, tańsza i łatwiejsza do wdrożenia niż inne techniki obrazowania, takie jak obrazowanie tensora dyfuzji (DTI)18,21.

Wykazano, że ultrasonografia o rozszerzonym polu widzenia (EFOV-US) jest ważną i niezawodną metodą pomiaru długości pęczka mięśniowego in vivo. Chociaż powszechnie stosowane, tradycyjne ultrasonografie (T-US) mają pole widzenia, które jest ograniczone długością matrycy przetwornika ultradźwiękowego (zwykle od 4 do 6 cm, chociaż istnieją sondy, które rozciągają się do 10 cm10)18,20. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, Weng i in. opracowali technologię EFOV-US, która automatycznie rejestruje złożony, dwuwymiarowy obraz "panoramiczny" (o długości do 60 cm) z dynamicznego skanowania na dużą odległość22. Obraz jest tworzony poprzez dopasowanie do siebie, w czasie rzeczywistym, sekwencji tradycyjnych obrazów ultrasonograficznych w trybie B, podczas gdy przetwornik dynamicznie skanuje obiekt zainteresowania. Ponieważ sekwencyjne obrazy T-US mają duże, nakładające się na siebie obszary, niewielkie różnice między jednym obrazem a drugim można wykorzystać do obliczenia ruchu sondy bez użycia zewnętrznych czujników ruchu. Po obliczeniu ruchu sondy między dwoma kolejnymi obrazami, "bieżący" obraz jest kolejno łączony z poprzednimi obrazami. Metoda EFOV-US umożliwia bezpośredni pomiar długich, zakrzywionych pęczków mięśniowych i wykazano, że jest wiarygodna w przypadku mięśni, prób i ultrasonografów23,24,25 i ważna zarówno dla płaskich, jak i zakrzywionych powierzchni23,26.

Implementacja ultradźwięków do pomiaru długości pęczka mięśniowego in vivo nie jest trywialna. W przeciwieństwie do innych technik obrazowania, które obejmują bardziej zautomatyzowane protokoły (np. MRI, CT), ultrasonografia zależy od umiejętności ultrasonografa i wiedzy anatomicznej27,28. Istnieje obawa, że niewspółosiowość sondy z płaszczyzną pęczka może spowodować znaczny błąd w pomiarach pęczków. Jedno z badań wykazało niewielką różnicę (średnio < 3 mm) w pomiarach długości pęczków wykonanych za pomocą ultrasonografii i rezonansu magnetycznego DTI, ale pokazuje również, że precyzja pomiaru jest niska (odchylenie standardowe różnicy ~12 mm)29. Mimo to wykazano, że początkujący ultrasonografista, z praktyką i wskazówkami doświadczonego ultrasonografa, może uzyskać prawidłowe pomiary za pomocą EFOV-US23. W związku z tym należy dołożyć starań, aby zademonstrować odpowiednie protokoły w celu zmniejszenia błędu ludzkiego i poprawy dokładności pomiarów uzyskanych za pomocą EFOV-US. Ostatecznie, opracowanie i udostępnienie odpowiednich protokołów może zwiększyć liczbę eksperymentatorów i laboratoriów, którzy mogą odtworzyć dane dotyczące długości pęczków z literatury lub uzyskać nowe dane w mięśniach, które nie były jeszcze badane in vivo.

W tym protokole pokazujemy, jak zastosować metodę EFOV-US w celu uzyskania wysokiej jakości obrazów układu mięśniowo-szkieletowego, które mogą być użyte do ilościowego określenia długości pęczka mięśniowego. W szczególności zajmujemy się (a) zbieraniem obrazów EFOV-US pojedynczej kończyny górnej i pojedynczego mięśnia kończyny dolnej, (b) określaniem, w czasie rzeczywistym, "jakości" obrazu EFOV-US oraz (c) ilościowym określaniem parametrów architektury mięśni w trybie offline. Udostępniamy ten szczegółowy przewodnik, aby zachęcić do przyjęcia metody EFOV-US do uzyskiwania danych o długości pęczka mięśniowego w mięśniach, które nie zostały zbadane in vivo ze względu na ich długie pęczki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Institutional Review Board (IRB) Uniwersytetu Northwestern zatwierdziła procedury tego badania. Wszyscy uczestnicy biorący udział w tej pracy wyrazili świadomą zgodę przed rozpoczęciem protokołu szczegółowo opisanego poniżej.
UWAGA: Specyficzny system ultrasonograficzny użyty w tym badaniu miał możliwości EFOV-US i został przyjęty, ponieważ byliśmy w stanie przejrzeć szczegóły i oceny trafności algorytmu w literaturze naukowej22,26; Istnieje również wiele innych systemów z EFOV-US18,20,30. Zastosowano liniowy przetwornik matrycowy 14L5 (szerokość pasma częstotliwości 5-14 MHz). Mięśnie zobrazowane w tym protokole to tylko niewielki podzbiór mięśni, dla których wykonano zdjęcia USG i zmierzono długość pęczka (np. triceps25, prostownik nadgarstka łokciowego23, brzuchaty łydki przyśrodkowy10, vastus lateralis24, biceps femoris8,31). Protokół ten ma na celu dostarczenie wskazówek i opisanie niezbędnych standardów, tak aby można go było zastosować do mięśni poza dwoma podawanymi przez nas przykładami.

1. Zbieranie obrazów mięśni EFOV-US

Przygotowanie

  1. Przygotowanie do badania ultrasonograficznego
    1. Przed przystąpieniem do obsługi systemu ultrasonograficznego należy zapoznać się z instrukcją obsługi systemu, zapoznać się z bezpieczeństwem systemu, dbałością o konserwację systemu, konfigurację systemu i sterowanie itp. Ponadto należy zapoznać się z instrukcjami systemu dotyczącymi uzyskiwania obrazów EFOV-US i zapoznać się z metodą zaimplementowaną w celu uzyskania obrazów EFOV-US.
      UWAGA: Różne systemy ultrasonograficzne nazywają tryb EFOV-US przy użyciu różnej terminologii. Na przykład w zastosowanym tutaj systemie tryb EFOV jest określany jako "obrazowanie panoramiczne". Podczas gdy szczegóły techniczne algorytmu zaimplementowanego w różnych systemach komercyjnych są zwykle własnością intelektualną i dlatego nie są swobodnie dostępne, z pobieżnego przeglądu, wiele komercyjnych systemów z możliwościami panoramicznego ultrasonografu opisuje podejście podobne do tego opisanego przez Weng et al.22. Ocena ogólnej trafności pomiarów uzyskanych z dowolnego systemu, czy to poprzez uzyskanie bardziej szczegółowych informacji bezpośrednio od firmy produkującej system, czy za pomocą obrazowania phantom26,32, czy też w inny sposób (np. porównanie z sekcją na zwierzętach24) jest zalecane jako ważny krok przed rozpoczęciem badań z udziałem ludzi.
    2. Poświęć trochę czasu na zapoznanie się z anatomią interesujących mięśni (mięśni), a także otaczającej anatomii. Sugeruje się, aby ultrasonograf korzystał z podręcznika anatomii lub najlepiej interaktywnego modelu anatomii 3D online, aby zapoznać się z anatomią, która go interesuje.
  2. Przygotowanie uczestników
    1. Wyjaśnij uczestnikowi protokół badania i uzyskaj zgodę zatwierdzoną przez IRB przed rozpoczęciem protokołu obrazowania.
    2. Poproś uczestnika, aby założył odpowiednią odzież, aby umożliwić dostęp do interesującego go mięśnia. Na przykład, jeśli ultrasonografista planuje zobrazować mięsień przedramienia, uczestnik powinien zostać poproszony o założenie koszuli z krótkim rękawem.
    3. Posadź uczestnika na regulowanym krześle, które można zablokować. Poświęć trochę czasu na dostosowanie krzesła, aby uczestnik był jak najbardziej wygodny, a jednocześnie zapewniał dostęp do interesującego go mięśnia.
      UWAGA: Jeśli regulowane krzesło, które można położyć całkowicie płasko, nie jest dostępne, niektóre projekty badań mogą wymagać użycia stołu w celu uzyskania dostępu do mięśni będących przedmiotem zainteresowania (tj. ścięgien podkolanowych).
    4. Umieść staw(y), które obejmuje mięsień zainteresowania, w pozycji, którą można kontrolować i powtarzać. Skorzystaj z poradnictwa klinicznego33 do lokalizowania anatomicznych punktów orientacyjnych i wdrażania goniometrii; użyj standardów ISB do definiowania wspólnego układu współrzędnych34,35. Ogólnie rzecz biorąc, aby zmierzyć kąt stawu, zaznacz anatomiczne punkty orientacyjne bezpiecznym dla skóry markerem (tabela materiałów), a następnie wyrównaj środek goniometru ręcznego w górę z osią obrotu stawu, a ramiona goniometru w górę z segmentami stawu.
      UWAGA: W przypadku obrazowania mięśnia biernego zaleca się umieszczenie interesującego go mięśnia w stosunkowo wydłużonej pozycji, aby uniknąć obrazowania luźnego mięśnia.
      1. Aby odtworzyć biceps ramienny, jak pokazano w tym badaniu, uczestnicy siedzą z podpartymi stopami, plecami wyprostowanymi, ramię pod kątem 85° odwodzenia i 10° zgięcia poziomego, łokieć pod kątem zgięcia 25°, a przedramię, nadgarstek i palce w pozycji neutralnej.
      2. Aby odtworzyć piszczel przedni, jak pokazano w tym badaniu, posadź uczestników z kolanem pod kątem 60° zgięcia i kostką pod kątem 15° zgięcia podeszwowego.
    5. Zabezpiecz kończynę uczestnika za pomocą pasków z tkaniny, aby zminimalizować ruch podczas protokołu obrazowania.

Akwizycja obrazu

  1. Podłącz i włącz system ultrasonograficzny. Upewnij się, że badanie jest ustawione na Układ mięśniowo-szkieletowy, wybrany jest używany przetwornik (tutaj użyliśmy 14L5), a częstotliwość nadawania jest ustawiona w zakresie 5-17 MHz (tutaj użyto 11 MHz), typowy zakres częstotliwości dla obrazowania układu mięśniowo-szkieletowego. Wyższe częstotliwości są zwykle używane do bardziej powierzchownego obrazowania, ponieważ poprawiają rozdzielczość, ale zmniejszają penetrację fal.
  2. Przejdź do ustawień systemowych, aby dostosować ustawienia przełącznika nożnego. Na potrzeby tego protokołu zalecamy ustawienie przełącznika nożnego tak, aby rozpoczynał/zatrzymywał obrazowanie. Jeśli używany przełącznik nożny ma wiele pedałów, ustaw dodatkowe pedały na "Freeze" lub "Pause" oraz "Drukuj" lub "Zapisz" obraz.
  3. Nałóż dużą ilość żelu ultradźwiękowego na głowicę głowicy.
  4. Umieść przetwornik na skórze uczestnika w przybliżonym obszarze zainteresowania.
  5. Przesuń przetwornik w krótkiej płaszczyźnie osi mięśnia. Zwróć uwagę, że przetwornik ma małą wypukłość po jednej stronie, zwaną wskaźnikiem. Strona głowicy, na której znajduje się wskaźnik, odpowiada lewej stronie obrazu ultrasonograficznego. Podczas obrazowania w krótkiej osi należy powołać wskaźnik na bok, a gdy ultrasonograf znajduje się w długiej osi, skierować wskaźnik dystalnie.
  6. Zidentyfikuj interesujący Cię mięsień w płaszczyźnie krótkiej osi (prostopadłej do kierunku włókien mięśniowych) i przesuń przetwornik dystalnie i proksymalnie, aby uzyskać pełną wizualizację ścieżki mięśniowej.
    1. Zaznacz ważne anatomiczne punkty orientacyjne (tj. boczne i przyśrodkowe krawędzie mięśnia, połączenie ścięgna mięśniowego i przyczep mięśniowy) za pomocą bezpiecznych dla skóry markerów atramentowych (tabela materiałów).
  7. Po zidentyfikowaniu i odpowiednim oznaczeniu lokalizacji mięśnia, poproś ultrasonografistę, aby przesunął przetwornik ultrasonograficzny w płaszczyźnie długiej osi (równolegle do kierunku włókien mięśniowych).
  8. Zaczynając od dystalnego lub bliższego końca mięśnia, obróć i przechyl przetwornik, aby zidentyfikować płaszczyznę pęczka w tym punkcie. Zrób znak na skórze, gdy zostanie ustalona prawidłowa pozycja przetwornika.
  9. Po ustaleniu przybliżonej płaszczyzny pęczków na całej pożądanej długości do zeskanowania, poproś ultrasonografistę o przećwiczenie podążania tą ścieżką.
  10. Aby rozpocząć zbieranie obrazów, przełącz system ultrasonograficzny w tryb EFOV-US.
  11. Zaczynając od jednego końca mięśnia, kliknij przełącznik nożny, aby rozpocząć akwizycję obrazu i powoli i nieprzerwanie przesuwaj przetwornik ultradźwiękowy w długiej osi. Po osiągnięciu końca mięśnia kliknij przełącznik nożny, aby zakończyć akwizycję obrazu.
  12. Przećwicz i upewnij się, że ścieżka przetwornika jest prawidłowa. Może to wymagać kilku obrazów treningowych przed konsekwentnym uzyskiwaniem "jakościowych" obrazów EFOV-US (patrz sekcja 2 w celu wyjaśnienia jakości obrazów).
  13. Aby zoptymalizować widoczność i klarowność obrazu, należy rozważyć dostosowanie następujących parametrów.
    1. Głębokość: Jeśli akwizycja obrazu zakończy się przed uchwyceniem pożądanej długości mięśnia, zwiększ głębię obrazu (w zastosowanym tutaj systemie zwiększenie głębokości obrazu zwiększa bezwzględną długość skanu).
    2. Ostrość: Umieść strzałkę ostrości w dolnej połowie obrazu, tuż pod interesującym mięśniem.
    3. Wzmocnienie: Upewnij się, że wzmocnienie jest zrównoważone przez głębię obrazu.
    4. Prędkość: Obraz z optymalną prędkością zgodnie ze wskazówkami wskaźnika (w większości systemów wskaźnik prędkości jest wyświetlany na monitorze podczas obrazowania panoramicznego).
  14. Po zebraniu jakościowo dobrych obrazów (krok 2.1) naciśnij pedał przełącznika nożnego Drukuj/Przechowuj lub synonimiczny przycisk na panelu sterowania, aby zapisać obraz.
  15. Powtarzaj kroki 1.13-1.16, aż uzyskasz 3 wysokiej jakości obrazy EFOV-US mięśnia.
  16. Powtarzaj kroki 1.6-1.17, aż uzyskane zostaną wszystkie interesujące Cię mięśnie.
  17. Za pomocą ręcznika delikatnie wytrzyj żel ze skóry uczestnika. Następnie poproś uczestnika, aby spłukał obszar skóry lub użył wilgotnego ręcznika, aby wytrzeć skórę, która była wystawiona na działanie żelu. Suchy.
  18. Wytrzyj żel z głowicy przetwornika i zdezynfekuj.
  19. Obrazy można eksportować jako nieskompresowane obrazy DICOM na płytę CD-DVD, dysk flash lub przez sieć lokalną na komputer.

2. Określanie "jakości" obrazu EFOV-US

  1. Po kroku 1.13 poproś ultrasonografistę o zidentyfikowanie i ocenę jakości kluczowych cech anatomicznych mięśnia będącego przedmiotem zainteresowania i otaczającej go anatomii. Jest to ocena jakościowa oparta na wiedzy ultrasonografisty z zakresu anatomii i echogeniczności tkanki mięśniowo-szkieletowej (zdolność tkanki do odbijania fal ultradźwiękowych). Aby obrazy EFOV-US mogły być uznane za jakościowo "dobre", powinny być spełnione następujące warunki:
    1. Na każdym obrazie mięśnia o długiej osi sprawdź, czy ultrasonograf może wyraźnie zidentyfikować mięsień jako hipoechogeniczny (ciemny) kształt z hiperechogenicznymi (jasnymi) granicami, które reprezentują głęboką i powierzchowną powięź mięśniową.
    2. Pomiędzy granicami mięśni sprawdź, czy ultrasonografista może zidentyfikować tkankę łączną otaczającą pęczek mięśniowy jako hiperechogeniczne (jasne) linie.
      UWAGA: Podczas obrazowania mięśni wieloprętowych obraz powinien również zawierać ślęgno (ścięgna) centralne, które pojawiają się w mięśniu brzucha, między głęboką i powierzchowną powięzią mięśniową, jako struktura hiperechogeniczna (jasna).
    3. Sprawdź, czy obraz nie ma nadmiernego wygięcia. Jest to zwykle sygnalizowane cieniami lub przerwami w obrazie lub postrzępioną, elastyczną linią linijki nad obrazem.
  2. Jeśli na obrazie brakuje jednej lub więcej struktur tkankowych opisanych w ppkt 2.1, należy uznać obraz za "jakościowo słaby" i powrócić do trybu 2D na żywo.

3. Długość pęczka mięśniowego

  1. Aby określić ilościowo długość pęczka mięśniowego, użyj ImageJ, platformy przetwarzania obrazów o otwartym kodzie źródłowym. ImageJ można pobrać ze strony https://imagej.net/Downloads.
    UWAGA: Chociaż ImageJ jest często implementowany24,25,31,36,37,38, kwantyfikacja długości pęczka mięśniowego może być mierzona za pomocą innego oprogramowania do przetwarzania obrazu8,39 lub niestandardowe kody40, 41.
  2. Po pobraniu otwórz obrazy ultrasonograficzne jako obrazy DICOM w ImageJ, klikając Plik | Otwórz i wybierz obraz do analizy.
  3. Aby upewnić się, że właściwości obrazu DICOM zostały zachowane, kliknij narzędzie Linia prosta w menu Narzędzia i narysuj linię prostą od 0 do 1 cm na linijce z boku obrazu ultrasonograficznego. Następnie przejdź do punktu menu Analizuj | Zmierz, aby zmierzyć wykonaną linię. Jeśli właściwości obrazu zostały zachowane, długość linii prostej powinna wynosić 1 cm.
  4. Aby zmierzyć długość pęczków na obrazie, wykonaj następujące czynności.
    1. Kliknij prawym przyciskiem myszy narzędzie Linia prosta
      2. .
    2. Wybierz opcję Linia segmentowa.
    3. Przesuń kursor na obraz i kliknij na jednym końcu pszykułu, który został wybrany do pomiaru.
      UWAGA: Pomiary należy wykonywać tylko na pęczkach, aby cała ścieżka pęczku (tj. od jednego rozcięgna do następnego rozcięgna lub rozcięgna do ścięgna centralnego) była przekonująco widoczna.
    4. Kliknij wzdłuż ścieżki, aby upewnić się, że krzywizna na ścieżce pęczku została przechwycona.
    5. Po osiągnięciu końca ścieżki fascykułu kliknij dwukrotnie, aby zakończyć linię i przejdź do Analizuj | Zmierz, aby zmierzyć długość linii.
      UWAGA: Nowe okno "Wyniki" pojawi się przy pierwszym pomiarze. Wyświetlanymi wartościami można zarządzać w oknie Wyniki, przechodząc do punktu menu Wyniki | Ustaw wymiary.
  5. Powtarzaj kroki 3.4.3-3.4.5, aż do wykonania wielu pomiarów pęczkowych na jednym obrazie.
  6. Zapisz wymiary fascykuł, klikając Plik | Zapisz na karcie wyników lub wartości można skopiować i wkleić do innego dokumentu/arkusza kalkulacyjnego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W celu uzyskania obrazów długiej głowy mięśnia biceps brachii oraz mięśnia tibialis anterior u 4 zdrowych ochotników zastosowano ultrasonografię z rozszerzonym polem widzenia (EFOV-US) (Tabela 1). Na Rysunku 1 przedstawiono obrazy EFOV-US obu mięśni wykonane podczas tej reprezentatywnej sesji obrazowania oraz wyróżniono ważne aspekty każdego obrazu, takie jak aponeuroza mięśnia, ścięgno centralne, przebieg pęczka itp. Po zakończeniu sesji obrazowania dla każdego mięśnia u ka...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Krytyczne kroki w protokole.

Istnieje kilka kluczowych elementów umożliwiających uzyskanie wysokiej jakości obrazów EFOV-US, które pozwalają na prawidłowe i wiarygodne pomiary długości pęczków. Po pierwsze, jak wskazano w metodzie 1.1.2, ważne jest, aby ultrasonografista poświęcił czas na zapoznanie się z anatomią obrazowanego mięśnia, a także otaczających mięśni, kości i innych struktur tkanek miękkich. Poprawi to zdolność ultrasonografa do obrazowania prawidłowego mięśnia i ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Chcielibyśmy podziękować Vikramowi Darbhe i Patrickowi Franksowi za ich eksperymentalne wskazówki. Praca ta jest wspierana przez National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program w ramach grantu nr. DGE-1324585 oraz NIH R01D084009 i F31AR076920. Wszelkie opinie, ustalenia, wnioski lub zalecenia wyrażone w tym materiale są opiniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy National Science Foundation lub NIH.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Przetworniki liniowe 14L5System ultrasonograficzny Siemens10789396
Acuson S2000Siemens10032746
Regulowane krzesło (Biodex System)Biodex Medical SystemsSystem Pro 4
Marker do skóry Średnia końcówkaSportSafen/aZalecany wielokolorowy 4 zestaw
Żel ultradźwiękowy - standardowy 8 uncji niesterylny, bezzapachowy Odcień lodowcowyMediChoice, Owens & DrobneM500812

Bibliografia

  1. Gans, C., Bock, W. J. The functional significance of muscle architecture: a theoretical analysis. Advances in Anatomy, Embryology and Cell Biology. 38, 115-142 (1965).
  2. Gans, C. Fiber architecture and muscle function. Exercise and Sports Sciences Reviews. 10, 160-207 (1982).
  3. Lieber, R. L., Fridén, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle & Nerve. 23 (11), 1647-1666 (2000).
  4. Zajac, F. E. Muscle and tendon: properties, models, scaling, and application to biomechanics and motor control. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 17 (4), 359-411 (1989).
  5. Williams, P. E., Goldspink, G. The effect of immobilization on the longitudinal growth of striated muscle fibres. Journal of Anatomy. 116 (1), 45(1973).
  6. Williams, P. E., Goldspink, G. Changes in sarcomere length and physiological properties in immobilized muscle. Journal of Anatomy. 127 (3), 459-468 (1978).
  7. Blazevich, A. J., Cannavan, D., Coleman, D. R., Horne, S. Influence of concentric and eccentric resistance training on architectural adaptation in human quadriceps muscles. Journal of Applied Physiology. 103 (5), 1565-1575 (2007).
  8. Seymore, K. D., Domire, Z. J., DeVita, P., Rider, P. M., Kulas, A. S. The effect of Nordic hamstring strength training on muscle architecture, stiffness, and strength. European Journal of Applied Physiology. 117 (5), 943-953 (2017).
  9. Franchi, M. V., et al. Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle. Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).
  10. Csapo, R., Maganaris, C. N., Seynnes, O. R., Narici, M. V. On muscle, tendon and high heels. The Journal of Experimental Biology. 213 (15), 2582-2588 (2010).
  11. Takahashi, M., Ward, S. R., Marchuk, L. L., Frank, C. B., Lieber, R. L. Asynchronous muscle and tendon adaptation after surgical tensioning procedures. Journal of Bone and Joint Surgery. 92 (3), 664-674 (2010).
  12. Boakes, J. L., Foran, J., Ward, S. R., Lieber, R. L. Case Report: Muscle Adaptation by Serial Sarcomere Addition 1 Year after Femoral Lengthening. Clinical Orthopaedics and Related Research. 456, 250-253 (2007).
  13. Cutts, A., Alexander, R. M., Ker, R. F. Ratios of cross-sectional areas of muscles and their tendons in a healthy human forearm. Journal of Anatomy. 176, 133-137 (1991).
  14. Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23, 1647-1666 (2000).
  15. Lieber, R. L., Fazeli, B. M., Botte, M. J. Architecture of Selected Wrist Flexor and Extensor Muscles. Journal of Hand Surgery-American. 15 (2), 244-250 (1990).
  16. Brand, P. W., Beach, R. B., Thompson, D. E. Relative tension and potential excursion of muscles in the forearm and hand. Journal of Hand Surgery. 6 (3), (1981).
  17. Fukunaga, T., Kawakami, Y., Kuno, S., Funato, K., Fukashiro, S. Muscle architecture and function in humans. Journal of Biomechanics. 30 (5), 457-463 (1997).
  18. Kwah, L. K., Pinto, R. Z., Diong, J., Herbert, R. D. Reliability and validity of ultrasound measurements of muscle fascicle length and pennation in humans: a systematic review. Journal of Applied Physiology. 114, 761-769 (2013).
  19. Lieber, R. L., Ward, S. R. Skeletal muscle design to meet functional demands. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 366 (1570), 1466-1476 (2011).
  20. Franchi, M. V., et al. Muscle architecture assessment: strengths, shortcomings and new frontiers of in vivo imaging techniques. Ultrasound in Medicine & Biology. 44 (12), 2492-2504 (2018).
  21. Cronin, N. J., Lichtwark, G. The use of ultrasound to study muscle-tendon function in human posture and locomotion. Gait & posture. 37 (3), 305-312 (2013).
  22. Weng, L., et al. US extended-field-of-view imaging technology. Radiology. 203 (3), 877-880 (1997).
  23. Adkins, A. N., Franks, P. F., Murray, W. M. Demonstration of extended field-of-view ultrasound's potential to increase the pool of muscles for which in vivo fascicle length is measurable. Journal of Biomechanics. 63, 179-185 (2017).
  24. Noorkoiv, M., Stavnsbo, A., Aagaard, P., Blazevich, A. J. In vivo assessment of muscle fascicle length by extended field-of-view ultrasonography. Journal of Applied Physiology. , (2010).
  25. Nelson, C. M., Dewald, J. P. A., Murray, W. M. In vivo measurements of biceps brachii and triceps brachii fascicle lengths using extended field-of-view ultrasound. Journal of Biomechanics. 49, 1948-1952 (2016).
  26. Fornage, B. D., Atkinson, E. N., Nock, L. F., Jones, P. H. US with extended field of view: Phantom-tested accuracy of distance measurements. Radiology. 214, 579-584 (2000).
  27. Bénard, M. R., Becher, J. G., Harlaar, J., Huijing, P. A., Jaspers, R. T. Anatomical information is needed in ultrasound imaging of muscle to avoid potentially substantial errors in measurement of muscle geometry. Muscle & Nerve. 39 (5), 652-665 (2009).
  28. Pinto, A., et al. Sources of error in emergency ultrasonography. Critical Ultrasound Journal. 5 (1), 1(2013).
  29. Bolsterlee, B., Veeger, H. E. J., van der Helm, F. C. T., Gandevia, S. C., Herbert, R. D. Comparison of measurements of medial gastrocnemius architectural parameters from ultrasound and diffusion tensor images. Journal of Biomechanics. 48 (6), 1133-1140 (2015).
  30. VanHooren, B., Teratsias, P., Hodson-Tole, E. F. Ultrasound imaging to assess skeletal muscle architecture during movements: a systematic review of methods, reliability, and challenges. Journal of Applied Physiology. 128 (4), 978-999 (2020).
  31. Pimenta, R., Blazavich, A. J., Frietas, S. R. Biceps Femoris Long-Head Architecture Assessed Using Different Sonographic Techniques. Medicine & Science in Sports & Exercise. 50 (12), 2584-2594 (2018).
  32. Adkins, A. N., Franks, P. W., Murray, W. M. Demonstration of extended field-of-view ultrasound’s potential to increase the pool of muscles for which in vivo fascicle length is measurable. Journal of Biomechanics. 63, 179-185 (2017).
  33. Norkin, C. C., White, J. D. Measurement Of Joint Motion: A Guide To Goniometry. 5th edn. , F.A. Davis Company. (2016).
  34. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion--part I: ankle, hip, and spine. International Society of Biomechanics. Journal of Biomechanics. 35 (4), 543-548 (2002).
  35. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
  36. Franchi, M. V., Fitze, D. P., Raiteri, B. J., Hahn, D., Spörri, J. Ultrasound-derived biceps femoris long-head fascicle length: extrapolation pitfalls. Medicine and Science in Sports and Exercise. 52 (1), 233-243 (2020).
  37. Freitas, S. R., Marmeleira, J., Valamatos, M. J., Blazevich, A., Mil-Homens, P. Ultrasonographic Measurement of the Biceps Femoris Long-Head Muscle Architecture. Journal of Ultrasound in Medicine. 37 (4), 977-986 (2018).
  38. Nelson, C. M., Murray, W. M., Dewald, J. P. A. Motor Impairment-Related Alterations in Biceps and Triceps Brachii Fascicle Lengths in Chronic Hemiparetic Stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (9), 799-809 (2018).
  39. Alonso-Fernandez, D., Docampo-Blanco, P., Martinez-Fernandez, J. Changes in muscle architecture of biceps femoris induced by eccentric strength training with nordic hamstring exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 28 (1), 88-94 (2018).
  40. Herbert, R. D., et al. In vivo passive mechanical behaviour of muscle fascicles and tendons in human gastrocnemius muscle-tendon units. The Journal of Physiology. 589 (21), 5257-5267 (2011).
  41. Jakubowski, K. L., Terman, A., Santana, R. V. C., Lee, S. S. M. Passive material properties of stroke-impaired plantarflexor and dorsiflexor muscles. Clinical Biomechanics. 49, 48-55 (2017).
  42. Ward, S. R., Eng, C. M., Smallwood, L. H., Lieber, R. L. Are Current Measurements of Lower Extremity Muscle Architecture Accurate. Clinical Orthopaedics and Related Research. 467 (4), 1074-1082 (2009).
  43. Pillen, S., van Alfen, N. Skeletal muscle ultrasound. Neurological Research. 33 (10), 1016-1024 (2011).
  44. Scott, J. M., et al. Panoramic ultrasound: a novel and valid tool for monitoring change in muscle mass. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle. 8 (3), 475-481 (2017).
  45. Silbernagel, K. G., Shelley, K., Powell, S., Varrecchia, S. Extended field of view ultrasound imaging to evaluate Achilles tendon length and thickness: a reliability and validity study. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 6 (1), 104(2016).
  46. Lichtwark, G. A., Bougoulias, K., Wilson, A. M. Muscle fascicle and series elastic element length changes along the length of the human gastrocnemius during walking and running. Journal of Biomechanics. 40 (1), 157-164 (2007).
  47. Farris, D. J., Sawicki, G. S. Human medial gastrocnemius force-velocity behavior shifts with locomotion speed and gait. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (3), 977-982 (2012).
  48. Bolsterlee, B., Gandevia, S. C., Herbert, R. D. Effect of Transducer Orientation on Errors in Ultrasound Image-Based Measurements of Human Medial Gastrocnemius Muscle Fascicle Length and Pennation. PLoS ONE. 11 (6), (2016).
  49. Adkins, A. N., Dewald, J. P. A., Garmirian, L., Nelson, C. M., et al. Serial sarcomere number is substantially decreased within the paretic biceps brachii in chronic hemiparetic stroke. bioRxiv. , (2020).
  50. Pang, B. S., Ying, M. Sonographic measurement of Achilles tendons in asymptomatic subjects. Journal of Ultrasound in Medicine. 25 (10), 1291-1296 (2006).
  51. Ryan, E. D., et al. Test-retest reliability and the minimal detectable change for achilles tendon length: a panoramic ultrasound assessment. Ultrasound in Medicine & Biology. 39 (12), 2488-2491 (2013).
  52. Noorkoiv, M., Nosaka, K., Blazevich, A. J. Assessment of quadriceps muscle cross-sectional area by ultrasound extended-field-of-view imaging. European Journal of Applied Physiology. 109 (4), 631-639 (2010).
  53. Franchi, M. V., Fitze, D. P., Hanimann, J., Sarto, F., Spörri, J. Panoramic ultrasound vs. MRI for the assessment of hamstrings cross-sectional area and volume in a large athletic cohort. Scientific Reports. 10 (1), 14144(2020).
  54. Yerli, H., Eksioglu, S. Y. Extended Field-of-View Sonography: Evaluation of the Superficial Lesions. Canadian Association of Radiologists Journal. 60 (1), 35-39 (2009).
  55. Kim, S. H., Choi, B. I., Kim, K. W., Lee, K. H., Han, J. K. Extended Field-of-View Sonography. Journal of Ultrasound in Medicine. 22 (4), 385-394 (2003).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Obrazowanie mięśni szkieletowychpozyskiwanie obrazów ultradźwiękowychoprogramowanie do analizy obrazupomiar kąta stawowegoidentyfikacja punktów anatomicznychobrazowanie mięśnia piszczelowego przedniegoobrazowanie mięśnia dwugłowego ramieniaocena jakości obrazu
Uzyskiwanie wysokiej jakości obrazów ultrasonograficznych mięśni szkieletowych o rozszerzonym polu widzenia w celu pomiaru długości pęczka mięśniowego
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.