Summary
हम गतिशील गतिविधियों के दौरान उप millisecond अस्थायी समाधान के साथ मांसपेशियों में संकुचन वेग, तनाव और तनाव की दर को मापने के लिए एक नए अल्ट्रासाउंड आधारित वेक्टर ऊतक डॉपलर इमेजिंग तकनीक का वर्णन. यह दृष्टिकोण गतिशील मांसपेशी समारोह के पूरक मापन प्रदान करता है और musculoskeletal विकारों अंतर्निहित तंत्र को बेहतर ढंग से समझ सकती है.
Abstract
अल्ट्रासाउंड गतिशील कार्य के दौरान इमेजिंग मांसपेशी और कण्डरा गति के लिए एक आकर्षक साधन है और एक नैदानिक या प्रयोगशाला स्थापित करने में biomechanical अध्ययन के लिए एक पूरक methodological दृष्टिकोण प्रदान कर सकते हैं. इस लक्ष्य की दिशा, अल्ट्रासाउंड कल्पना से पेशी कीनेमेटीक्स की मात्रा का ठहराव के लिए तरीके विकसित छवि प्रसंस्करण पर आधारित किया जा रहा है. इन तरीकों का अस्थायी समाधान ऐसे ड्रॉप लैंडिंग के रूप में अत्यधिक गतिशील कार्यों के लिए आम तौर पर पर्याप्त नहीं है. हम मांसपेशी कीनेमेटीक्स बढ़ाता के लिए एक डॉपलर विधि का उपयोग एक नए दृष्टिकोण का प्रस्ताव. हम एक उपन्यास वेक्टर ऊतक डॉपलर इमेजिंग अल्ट्रासाउंड का उपयोग कर गतिशील गतिविधियों के दौरान उप millisecond अस्थायी समाधान के साथ musculoskeletal संकुचन वेग, तनाव और तनाव की दर को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि (vTDI) तकनीक विकसित की है. इस प्रारंभिक अध्ययन का लक्ष्य musculoskeletal veloc मापने में repeatability और vTDI तकनीक के संभावित प्रयोज्यता की जांच के लिए किया गया थास्वस्थ विषयों में एक बूंद लैंडिंग कार्य के दौरान ities,. vTDI माप ऐसे संयुक्त कीनेमेटीक्स और कैनेटीक्स के लिए 3 डी मोशन कैप्चर, जमीन प्रतिक्रिया बल के लिए मांसपेशी सक्रियण और बल प्लेटों के समय के लिए विद्युतपेशीलेखन के रूप में अन्य biomechanical तकनीकों के साथ समवर्ती किया जा सकता है. इन पूरक तकनीकों की एकता musculoskeletal विकारों के रोगजनन और pathophysiology अंतर्निहित गतिशील मांसपेशी समारोह और रोग का एक बेहतर समझ सकती है.
Introduction
Musculoskeletal विकारों वयस्कता 1 में व्यापक रूप से प्रचलित हैं. वे संयुक्त राज्य अमेरिका 2 में एक प्रमुख पुरानी शर्त हैं और दुनिया भर में 3 लोगों के 25% को प्रभावित करने के लिए रिपोर्ट कर रहे हैं. Musculoskeletal विकारों दैनिक जीवन (ADL), कार्यात्मक सीमाओं और जीवन 4 से कम गुणवत्ता की गतिविधियों में कमी आई समारोह के साथ जुड़े रहे हैं. उनकी आर्थिक बोझ की वजह से खो उत्पादकता और उच्च स्वास्थ्य देखभाल की लागत 4 से महत्वपूर्ण है. इन विकारों के कई के pathophysiology अपर्याप्त समझ बनी हुई है. उदाहरण के लिए, पूर्वकाल cruciate बंधन (एसीएल) चोटों के पुनर्निर्माण निम्नलिखित पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस (OA) 4 के रोगजनन quadriceps मांसपेशियों की ताकत और समारोह 5 में परिवर्तन से जोड़ा गया है, लेकिन अंतर्निहित तंत्र स्पष्ट नहीं कर रहे हैं. अंतर्निहित तंत्र को स्पष्ट करने के लिए, बेहतर गतिशील मांसपेशी समारोह को समझने की जरूरत है.
कार्यात्मकव्यक्ति की मांसपेशियों का मूल्यांकन, एक आंशिक या ADL और सक्रिय जीवन शैली (यानी खेल) से संबंधित संपूर्ण कार्य के निष्पादन के दौरान मांसपेशियों समारोह और इन विकारों के रोगजनन और pathophysiology में अपने संभावित भूमिका के बारे में और अधिक जानकारी प्रदान कर सकते हैं. इसके अलावा पुनर्वास के दौरान मांसपेशियों समारोह सुधार की मात्रा का ठहराव एक परिणाम उपाय के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. क्लिनिक में मांसपेशियों और जोड़ों के समारोह को मापने के पारंपरिक तकनीक ऐसी गति की सीमा, मांसपेशियों की ताकत और / या पेशी समूह धीरज के रूप में शारीरिक परीक्षा शामिल है. वर्तमान में क्लिनिक में, विद्युतपेशीलेखन (EMG) मांसपेशी सक्रियण / सह सक्रियण, आवृत्ति, और मांसपेशियों की गतिविधि के आयाम का आकलन करने के लिए प्रयोग किया जाता है. हालांकि, EMG मांसपेशियों में बिजली के सक्रियण का एक उपाय है और जरूरी नहीं कि मांसपेशियों की शक्ति, संकुचन की क्षमता और मांसपेशियों के अन्य कार्यात्मक कारकों के बारे में जानकारी प्रदान नहीं करता है. ऐसी 3 डी मोशन कैप्चर सिस्टम च के रूप में अन्य परिष्कृत biomechanical आकलन,या जमीन प्रतिक्रिया बल के लिए संयुक्त कैनेटीक्स और कीनेमेटीक्स और बल प्लेटें एक चाल प्रयोगशाला 6-9 में प्रदर्शन किया जा सकता है. इन तकनीकों द्वारा किए गए माप संयुक्त स्तर पर हैं और जरूरी नहीं कि एक गतिशील या कार्यात्मक गतिविधि के दौरान व्यक्तिगत पेशी समारोह का एक सीधा समझ प्रदान नहीं करते हैं. एक गतिशील गतिविधि प्रदर्शन करते हुए एक साथ पेशी के इमेजिंग प्रदर्शन करने की क्षमता संभावित पेशी के स्तर पर एक बेहतर और अधिक यथार्थवादी कार्यात्मक मूल्यांकन करने के लिए ले जा सकता है.
पढ़ाई के बहुमत के स्थिर होने का खतरा पदों में पेशी समारोह पर ध्यान केंद्रित किया है, और इस विधि आगे वास्तविक समय स्थितियों के दौरान मांसपेशियों व्यवहार के बारे में हमारी समझ को बढ़ाने के लिए नए रास्ते खोल सकते हैं.
नैदानिक अल्ट्रासाउंड वास्तविक समय में मांसपेशियों और tendons के प्रत्यक्ष इमेजिंग सक्षम कर सकते हैं, और इसलिए ADL दौरान मांसपेशियों की गतिशीलता और समारोह को मापने के लिए एक आकर्षक विकल्प है. के अल्ट्रासाउंड आधारित मात्रात्मक उपायोंऐसे पेशी मोटाई, लंबाई, चौड़ाई, क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र (सीएसए), फाइबर pennation कोण और गुच्छा लंबाई के रूप में पेशी आकृति विज्ञान और वास्तुकला, व्यापक रूप से 10-12 इस्तेमाल किया गया है. हाल के वर्षों में, छवि प्रसंस्करण विधियों गतिशील कार्य 13-14 के दौरान इन मात्रात्मक उपायों का आकलन और यों के लिए नियोजित किया गया है. इन अग्रिमों विवो मांसपेशी समारोह में समझने के लिए एक नई पद्धति दृष्टिकोण के लिए सक्षम है. हालांकि, इन तरीकों में मुख्य रूप से पारंपरिक स्केल (या बी मोड) अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के प्रयोग पर भरोसा किया है, और इसलिए पूरी तरह से मूल्यवान होना दिखाया गया है कि ऊतक वेग, तनाव और डॉपलर सिद्धांतों का उपयोग कर तनाव दर को मापने के लिए अल्ट्रासाउंड की संभावनाओं का शोषण नहीं किया है हृदय की मांसपेशी समारोह 15-16 का मूल्यांकन करने में.
हम उच्च अस्थायी समाधान (उप millisecon साथ संकुचन वेग, तनाव और तनाव दर उपाय कर सकते हैं कि एक वेक्टर ऊतक डॉपलर इमेजिंग (vTDI) तकनीक विकसित की हैघ) गतिशील गतिविधियों 17-18 के दौरान. विशेष रूप से, vTDI तकनीक उच्च फ्रेम दर पर अत्यधिक गतिशील कार्य (जैसे ड्रॉप लैंडिंग, चाल, आदि) के दौरान मांसपेशियों और tendons की माप कर सकते हैं. vTDI तकनीक अल्ट्रासाउंड बीम के साथ वेग के ही घटक का अनुमान है जो पारंपरिक डॉपलर अल्ट्रासाउंड, पर एक सुधार है, और insonation कोण पर इसलिए निर्भर है. vTDI विभिन्न कोणों पर चलाया दो अलग अल्ट्रासाउंड उपयोग कर मुस्कराते हुए मांसपेशियों और कण्डरा के वेग का अनुमान है, और इमेजिंग विमान में insonation कोण की इसलिए स्वतंत्र है. मांसपेशियों में संकुचन 3 डी में होता है हालांकि, बाद से, इमेजिंग विमान के कोणीयकरण अब भी महत्वपूर्ण है. हम एक नैदानिक सेटिंग में किए जाने के लिए इन माप सक्षम, एक अनुसंधान इंटरफेस के साथ एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अल्ट्रासाउंड प्रणाली पर इस पद्धति को लागू किया है.
Repeatability और vTDI syst के संभावित प्रयोज्यता की जांच करने के लिएउन्हें एक गतिशील कार्य के दौरान rectus ग्रीवा पेशी वेग को मापने में, हम स्वस्थ वयस्क स्वयंसेवकों पर एक प्रारंभिक अध्ययन का प्रदर्शन किया. इस पत्र कार्यप्रणाली और संकुचन वेग के आकलन के लिए प्रयोगात्मक सेटअप को दर्शाता है, तनाव और rectus के तनाव दर एक बूंद लैंडिंग कार्य के दौरान उप millisecond अस्थायी समाधान के साथ पेशी नितम्बास्थि.
Protocol
1. उपकरण
वेक्टर TDI दो या अधिक स्वतंत्र दिशाओं से लिया डॉपलर वेग माप से परिणामी वेग वेक्टर आकलन पर आधारित है. एक शोध इंटरफेस के साथ एक अल्ट्रासाउंड प्रणाली vTDI के विकास के लिए इस्तेमाल किया गया था. अनुसंधान इंटरफ़ेस एक सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट किट (एसडीके) का उपयोग कम स्तर beamforming और पल्स अनुक्रम नियंत्रण की अनुमति दी. 128 ट्रांसड्यूसर तत्वों की और देखने का एक 38 मिमी क्षेत्र के साथ मिलकर एक 5-14 मेगाहर्ट्ज रैखिक सरणी transducer, इस्तेमाल किया गया था. अनुसंधान इंटरफ़ेस दो संचारित में सरणी ट्रांसड्यूसर विभाजित और apertures प्राप्त करने और सामान्य करने के लिए सम्मान के साथ 15 डिग्री से प्राप्त मुस्कराते हुए रास्ते पर लाना करने के लिए नियोजित किया गया था. संचारित बीम हित के क्षेत्र (जैसे मांसपेशी पेट) में केंद्रित था. संचारित और प्राप्त apertures 32 तत्वों के लिए निर्धारित किया गया.
आठ विषयों, 4 पुरुष और 4 महिलाओं (29.7 ± 6.5 वर्ष) के इस अध्ययन में भर्ती थे. के विषयों से विज्ञान सम्बन्धी उपायोंसही कम extremities उच्च गति की क्षमता है और 200 हर्ट्ज का एक नमूना दर के साथ एक आठ कैमरा गति पकड़ने प्रणाली का उपयोग कर लिया गया. प्रयोग के दौरान भूमि प्रतिक्रिया बल डेटा 2,000 हर्ट्ज पर दो बल प्लेटें नमूने के माध्यम से प्राप्त किया गया.
एक उच्च गति कैमरा एक तिपाई पर घुड़सवार और विषय से 2 मीटर की ऊंचाई पर रखा, 500 फ्रेम / सेकंड में ड्रॉप लैंडिंग कब्जा करने के लिए इस्तेमाल किया गया था.
2. विषय की तैयारी
- शॉर्ट्स, स्पोर्ट्स ब्रा या एक छोटी टी शर्ट और जूते चलने की एक जोड़ी पहनने के लिए विषयों से पूछो.
- एक 10 मिनट आत्म निर्देशित वार्म अप और पूर्व डेटा संग्रह करने के लिए खींच प्रदर्शन करने के लिए विषयों के निर्देश दें. यह किसी भी असामान्य मांसपेशियों में संकुचन से बचने के लिए और किसी भी मांसपेशियों में ऐंठन की गुंजाइश कम है.
- वार्म अप सत्र के बाद, शरीर पर विशिष्ट स्थलों पर चिंतनशील मार्कर जगह है. विशेष रूप से, जगह अंशांकन अधिक trochanters, द्विपक्षीय औसत दर्जे का है और पार्श्व घुटने पर मार्कर और औसत दर्जे का और lateraएल malleoli. पीछे पर ट्रैकिंग मार्करों रखें और एक पैर 19-20 पर जांघों और टांगों, और पाँच मार्करों पर बेहतर श्रोणिफलक crests, और जगह समूहों पूर्वकाल.
- एक स्थैतिक परीक्षण प्राप्त करने के लिए 3 डी कैमरों के फोकस क्षेत्र के केंद्र में खड़े विषयों प्रत्यक्ष. प्रतिभागियों को स्थिर 3D गति पकड़ने डेटा प्राप्त करने के लिए, उनके कंधे में अपने हथियार के साथ बल प्लेटों पर खड़ा होगा.
- फिर, एक ट्रांसड्यूसर धारक में अल्ट्रासाउंड transducer रखें और transducer धारक से अल्ट्रासाउंड transducer के dislodging से बचने के लिए, अच्छा कोंटरापशन देती है. ट्रांसड्यूसर धारक Lexen पॉली कार्बोनेट और moldable प्लास्टिक का उपयोग किया गया था.
- , त्वचा और अल्ट्रासाउंड transducer के साथ अच्छा संपर्क सुनिश्चित ट्रांसड्यूसर पर अल्ट्रासाउंड प्रसारण जेल की उदार राशि लागू करने के लिए.
- छवि के अधीन की जांघ पर ट्रांसड्यूसर धारक के साथ अल्ट्रासाउंड transducer रखें rectus अनुदैर्ध्य कुल्हाड़ी में पेशी ग्रीवाहै. ट्रांसड्यूसर आधे रास्ते पूर्वकाल श्रोणिफलक रीढ़ और rectus की पेट की मांसपेशी ग्रीवा छवि को पार्श्व epicondoyle के बीच रखा जाना चाहिए. पैर को अल्ट्रासाउंड transducer और transducer धारक हासिल करने से पहले, quadriceps मांसपेशियों समूह की एक अक्षीय टुकड़ा प्राप्त करते हैं. एक मार्गदर्शन के रूप में इस का उपयोग कर, यकीन है कि अल्ट्रासाउंड transducer अब rectus ग्रीवा इमेजिंग है और vastii पेशी समूह इमेजिंग से बचने के लिए, अधिक पार्श्व या औसत दर्जे का कदम नहीं करता है.
- अब, विषय की जांघ पर ट्रांसड्यूसर धारक को सुरक्षित करने के लिए एक एकजुट स्वयं चिपकने वाली पट्टी का उपयोग करें. इस प्रक्रियात्मक कदम चिंतनशील मार्कर को ब्लॉक या कवर नहीं करता है. स्वयं चिपकने वाला बैंडेज सुस्त या जरूरत से ज्यादा तंग नहीं होना चाहिए. लक्ष्मण पट्टी बांधने ड्रॉप लैंडिंग कार्य के दौरान अल्ट्रासाउंड transducer गिर करने के लिए जोखिम होगा और एक जरूरत से ज्यादा तंग पट्टी बांधने की परेशानी का कारण होगा, सतही रक्त प्रवाह को बाधित और संभवतः बूंद लैंडिंग गतिशीलता को बदल.
- टी रखेंएक 500 फ्रेम / सेकंड में वीडियो इकट्ठा करने के लिए वह उच्च गति कैमरा दूर बाण के समान विमान में विषय से कम से कम 2 मीटर. विषय की पूरी बूंद लैंडिंग अनुक्रम कब्जा कर लिया गया सकता है यह सुनिश्चित करने के लिए कैमरे के लेंस ध्यान दें.
3. प्रयोग प्रोटोकॉल
- सभी मार्करों और अल्ट्रासाउंड transducer सुरक्षित होते हैं, बल प्लेटों से 50 सेमी ऊंचाई 30 सेमी जगह की एक मंच पर खड़ा करने के लिए विषयों पूछना. मंच (लगभग 2.5 मीटर) के आसपास के क्षेत्र बूंद लैंडिंग कार्य में बाधा या विषय को घायल कर सकता है कि किसी भी वस्तु का स्पष्ट है कि सुनिश्चित करें. इस अल्ट्रासाउंड transducer हड्डी भी शामिल है.
- बूंद लैंडिंग कार्य शुरू करने से पहले और पूरे बूंद लैंडिंग अनुक्रम के दौरान अपने कूल्हों पर अपने हाथ जगह करने के लिए विषयों के निर्देश दें.
- अल्ट्रासाउंड के लिए डेटा संग्रह, 3 डी मोशन कैप्चर, बल प्लेटें और ड्रॉप लैंडिंग कार्य के शुरू करने से पहले उच्च गति कैमरा शुरू. विभिन्न उपकरणों के बीच तुल्यकालन को प्राप्त किया जा सकता हैसभी डाटा अधिग्रहण शुरू करने के लिए एक ही कुंजी प्रेस का उपयोग करके होगी. कीबोर्ड से जुड़ी एक प्रेशर सेंसर एक विशेष कुंजी दबाया जाता है जब एक तुल्यकालन ट्रिगर संकेत उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
- इसके साथ ही, दोनों पैरों के साथ मंच और जमीन से ड्रॉप लैंडिंग कार्य करने के लिए विषय प्रत्यक्ष. विषयों के बजाय इसे से कूद के बॉक्स से ड्रॉप सुनिश्चित करें. कोई विशेष निर्देश लैंडिंग तकनीक के बारे में प्रदान की जाती हैं.
- विषय पूरी तरह से स्थिर और ड्रॉप लैंडिंग श्रृंखला की समाप्ति के एक बार डेटा संग्रह करना बंद करो.
- इस प्रोटोकॉल विषय के प्रति पाँच बार दोहराएँ.
4. अल्ट्रासाउंड डेटा विश्लेषण
- निर्यात और एक कंप्यूटर के लिए अल्ट्रासाउंड प्रणाली से कच्चे डेटा की दुकान.
- प्रत्येक से कच्चे रेडियोफ्रीक्वेंसी (आरएफ) अल्ट्रासाउंड डेटा बीम 40 मेगाहर्ट्ज पर डिजीटल है प्राप्त करते हैं. MATLAB का उपयोग डेटा की प्रक्रिया.
- वाहक आवृत्ति को दूर करने के लिए आरएफ डेटा पर वर्ग निकालना demodulation प्रदर्शन करना. स्टेट निकालेंionary और एक 20 हर्ट्ज उच्च मार्ग फिल्टर का उपयोग कर प्रत्येक प्राप्त बीम से और प्रत्येक गहराई के लिए वर्ग निकालना डेटा छान कर कम आवृत्ति अव्यवस्था.
- दोनों साथ में अनुमान लगाने के वेग पारंपरिक autocorrelation वेग आकलनकर्ता 21 का उपयोग कर मुस्कराते हुए प्राप्त करते हैं.
- (ट्रांसड्यूसर साथ) पार्श्व प्राप्त करने के लिए व्यक्तिगत वेग waveforms मिश्रण है और चित्रा 1 के रूप में देखा बूंद लैंडिंग अनुक्रम भर अक्षीय (ट्रांसड्यूसर को सीधा) वेग waveforms,.
- पहले 22 में वर्णित के रूप में 1 समीकरण का उपयोग कर व्यक्ति वेग घटकों से परिणामी वेग वेक्टर का परिमाण प्राप्त करें:
β 1 और 2 एफ दो प्राप्त आवृत्ति घटक हैं और एफ टी संचारित आवृत्ति है च बीम स्टीयरिंग कोण है, जहां. - स्थानिक gradi का उपयोग डीटी पार्श्व और अक्षीय तनाव दर डे / की गणनापार्श्व और अक्षीय वेग में पिता.
वी 2 और वी 1 एक दूरी एल द्वारा अलग दो स्थानिक स्थानों का अनुमान तात्कालिक वेग कहाँ हैं - क्रमशः अक्षीय और पार्श्व तनाव दर को एकीकृत करके, अक्षीय और पार्श्व तनाव, ई की गणना.
5. 3D गति पकड़ने डेटा विश्लेषण
- को आगे के विश्लेषण के एक कंप्यूटर को 3 डी गति पकड़ने डेटा निर्यात.
- स्थिर खड़े परीक्षण का उपयोग करना, एक कम से कम वर्गों अनुकूलन 23 के साथ 3 डी मोशन कैप्चर सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक विज्ञान सम्बन्धी मॉडल (श्रोणि, जांघ, पैर, और पैर) बना.
- कूल्हे में गति, घुटने, और टखने के जोड़ों जिसका अंदाजा इस विज्ञान सम्बन्धी मॉडल का प्रयोग करें.
- एक 4 आदेश कम पास Butterwor का उपयोग चिंतनशील मार्कर trajectories और जमीन प्रतिक्रिया बलों तक7 हर्ट्ज और 25 हर्ट्ज, क्रमशः 3 डी मोशन कैप्चर सॉफ्टवेयर का उपयोग कर के एक cutoff आवृत्ति के साथ वें फिल्टर.
- Dempster की विधियों के अनुसार प्रत्येक भागीदार के लिए अनुमानित खंड Inertial विशेषताओं का उपयोग एक मानक उलटा गतिशीलता विश्लेषण का उपयोग कीनेमेटीक्स और जमीन बल डेटा से 3 डी संयुक्त बलों और क्षणों की गणना. इंटर कमानी संयुक्त क्षणों आंतरिक क्षणों (जैसे एक घुटने की आंतरिक विस्तार पल घुटने के लिए लागू एक मोड़ लोड विरोध करेंगे) के रूप में परिभाषित कर रहे हैं.
6. हाई स्पीड कैमरा डेटा विश्लेषण
- विश्लेषण और अल्ट्रासाउंड और 3 डी मोशन कैप्चर विज्ञान सम्बन्धी आंकड़ों के साथ तुलना के लिए एक कंप्यूटर के लिए उच्च गति कैमरा डेटा से वीडियो निर्यात.
- 15 फ्रेम / सेकंड में फिल्म खेलते हैं और ड्रॉप लैंडिंग गतिशीलता का पालन.
- फिर, ट्रांसड्यूसर धारक का आंदोलन और anatomi पर दिखाई मार्करों पर नज़र रखने से पूरे बूंद लैंडिंग की सुनवाई के दौरान अल्ट्रासाउंड transducer के विस्थापन योंउच्च गति वीडियो डेटा का उपयोग कर सीएएल स्थलों. बूंद लैंडिंग गतिशीलता का आकलन बेहतर लांच और लैंडिंग शैलियों को समझने के लिए एक साथ भी किया जा सकता है.
Representative Results
विधियों का प्रदर्शन हमारे पिछले काम से प्रतिनिधि परिणाम नीचे प्रस्तुत कर रहे हैं. हमारे वर्तमान शोध में उपयोग किया तरीकों इमेजिंग और गति पकड़ने एकीकृत जबकि, नीचे प्रस्तुत प्रतिनिधि परिणाम इन माप अलग से प्रदर्शन किया गया, जहां पढ़ाई से कर रहे हैं.
मैं अल्ट्रासाउंड (vTDI)
3D गति पकड़ने और उच्च गति कैमरा, विषय की कूद के पैटर्न से डेटा का उपयोग करना, लैंडिंग और स्थिरीकरण चरणों प्रत्येक परीक्षण के लिए अध्ययन किया गया. अक्षीय और पार्श्व rectus vTDI से पेशी वेग ग्रीवा 3D गति पकड़ने और उच्च गति कैमरे से एकत्र आंकड़ों की तुलना में थे. इस डेटा का उपयोग कर, बूंद लैंडिंग अनुक्रम भर अक्षीय और पार्श्व rectus ग्रीवा पेशी वेग के अस्थायी विशेषताओं का अध्ययन किया गया. सकारात्मक पार्श्व वेग, घुटने मोड़ के दौरान rectus ग्रीवा पेशी के सनकी संकुचन के अनुरूपनकारात्मक पार्श्व वेग घुटने विस्तार के दौरान मांसपेशियों का गाढ़ा संकुचन के अनुरूप है. इस चित्रा 2 में सचित्र है. सभी विषयों के लिए पूरे ड्रॉप लैंडिंग अनुक्रम लगभग 1.45 ± 0.27 सेकंड तक चली.
प्रत्येक विषय के लिए, अक्षीय और पार्श्व मांसपेशियों वेग एक 0.99 की ढलान और r2 = 0.75 चित्रा (3) के साथ परीक्षण के बीच एक मजबूत repeatability दिखाया. दो विषयों (दोनों पुरुष) उच्च वेग था, जबकि छह से आठ के बाहर विषयों के लिए वेग मूल्यों, 48-62 सेमी / सेक की एक ऐसी श्रेणी में थे. प्रत्येक विषय के व्यक्ति के वजन और मांसपेशियों की मोटाई के लिए समायोजन जब नर (72.96 सेमी / सेक) महिलाओं की तुलना में काफी अधिक मांसपेशियों वेग (48.71 सेमी / सेक), पी = 0.029, प्रस्तुत किया.
अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर की स्थिति उच्च गति कैमरे का उपयोग कर ड्रॉप लैंडिंग अनुक्रम सोचा लगाया गया था. शिखरक और कफ (हरे पानी का छींटा के बीच बनाया रेखा खंड के बीच कोणएड लाइन खंड) और मध्य जांघ और कफ (बैंगनी धराशायी लाइन खंड) के बीच की रेखा खंड गणना की गई. विषय के प्रति 2 परीक्षण के साथ 16 परीक्षणों की कुल (परीक्षण 1 और 2 1 विषय से संबंधित और इतने पर) 4 चित्र में मनाया जाता है. लैंडिंग के दौरान शारीरिक मार्कर को ट्रांसड्यूसर धारक रिश्तेदार की न्यूनतम कोणीय भिन्नता (0.91 ° ± 0.54 डिग्री) सभी 16 परीक्षणों में मनाया गया था. अल्ट्रासाउंड transducer कोणीय भिन्नता (आईसीसी 2,1 = 0.90, पी <0.05) के रूप में अच्छी तरह से एक उच्च repeatability प्रस्तुत किया. इस लैंडिंग की सुनवाई के दौरान ट्रांसड्यूसर आंदोलन न्यूनतम था कि पता चलता है और वेग माप की वजह से किसी भी ट्रांसड्यूसर आंदोलन को प्रभावित नहीं थे.
द्वितीय. 3 डी गति कैमरा और सेना प्लेट्स
हम मुख्य रूप से घुटने और कूल्हे घुमाव कोण, घुटने valgus कोण, और घुटने valgus क्षण पर ध्यान केंद्रित किया. हिप च: हम जमीन के साथ आरंभिक संपर्क के दौरान, निम्नलिखित विषयों के विज्ञान सम्बन्धी पैटर्न पड़ा मिलाlexion 41 ° ± 13 डिग्री, घुटने मोड़ 23 ° ± 9 डिग्री, और घुटने valgus 0.03 ° ± 6 डिग्री. वे लैंडिंग चरण के दौरान प्रगति के रूप में, प्राप्त कर ली अधिकतम कोण थे: हिप बल 58 ° ± 19 डिग्री, घुटने मोड़ 54 ° ± 24 डिग्री, और घुटने valgus -4 ± 8 डिग्री (चित्रा 5) °. घुटने valgus पल लैंडिंग चरण (चित्रा 6) के दौरान अपनी अधिकतम करने के लिए प्रारंभिक जमीन संपर्क से 0.1 ± 0.1 एनएम / किमी से 0.03 ± 0.03 से कमी प्रस्तुत किया.
चित्रा 1. Rectus की vTDI वेग माप का प्रतिनिधित्व मांसपेशी ग्रीवा. ग्रे बीम दो व्यक्ति संचारित प्रतिनिधित्व करते हैं और मुस्कराते हुए और लाल रेखा (घुटने के समीपस्थ-बाहर का दिशा साथ) पार्श्व वेग घटक का प्रतिनिधित्व करता है और ब्लू लाइन अक्षीय वेग का प्रतिनिधित्व प्राप्त (मांसपेशियों की मोटाई के साथ) घटक.
चित्रा 2. बूंद लैंडिंग के समय अक्षीय और पार्श्व वेग वीडियो फ्रेम का अनुक्रम (ऊपरी कक्ष) की तुलना में कर रहे हैं. कम पैनल एक प्रारंभिक घुटने मोड़ से मेल खाती है जहां अक्षीय और पार्श्व वेग, है, बी घुटने विस्तार से मेल खाती है, सी से मेल खाती है पैर की अंगुली जमीन हड़ताली, डी जमीन हड़ताली एड़ी से मेल खाती है, ई घुटने के बल पोस्ट लैंडिंग मेल खाती है और एफ घुटने विस्तार और स्थिरीकरण से मेल खाती है.
चित्रा 3. सभी 8 विषयों (विषय के प्रति 2 परीक्षण) के लिए परिणामी वेग वेक्टर के परिमाण के repeatability. पुरुषों नीले हलकों में लाल हीरे और महिलाओं में चिह्नित हैं.
चित्रा 4. पैनल ए त्रुटि मेंअल्ट्रासाउंड transducer धारक द्वारा बनाई गई रेखा खंड और मध्य जांघ (बैंगनी धराशायी लाइन खंड) पर मार्कर और अल्ट्रासाउंड transducer द्वारा बनाई गई रेखा खंड और शिखरक पर मार्कर के बीच कोण (ग्रीन लाइन खंड धराशायी). पैनल बी के मध्य जांघ और अल्ट्रासाउंड transducer और शिखरक पर मार्कर द्वारा बनाई गई रेखा खंड पर अल्ट्रासाउंड transducer धारक और मार्कर द्वारा बनाई गई रेखा खंड के बीच कोण में पूर्ण त्रुटि.
चित्रा 5. चित्रा बूंद लैंडिंग कार्य के दौरान 3 डी गति पकड़ने से पता चलता है. मंच से प्रक्षेपण के लिए प्रारंभिक घुटने मोड़ करने के लिए एक मेल खाती है, बी जमीन हड़ताली पैर के अंगूठे से मेल खाती है, सी जमीन हड़ताली एड़ी से मेल खाती है, डी घुटने मोड़ पोस्ट लैंडिंग से मेल खाती है और ई KNE से मेल खाती हैई विस्तार और स्थिरीकरण. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 6. चित्रा ड्रॉप कूद का रुख चरण के दौरान प्रतिनिधि घुटने valgus पल परिवर्तन दिखाता है. घुटने valgus पल लैंडिंग चरण के दौरान इसकी अधिकतम करने के लिए प्रारंभिक जमीन संपर्क से 0.1 ± 0.1 एनएम / किमी से 0.03 ± 0.03 से वृद्धि प्रस्तुत किया. बड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें चित्रा.
Discussion
अल्ट्रासाउंड इमेजिंग ऐसी 3 डी मोशन कैप्चर, dynamometry, विद्युतपेशीलेखन, और भूमि प्रतिक्रिया बल माप के रूप में पारंपरिक उपायों, पूरक कर सकते हैं कि गतिशील पढ़ाई में पेशी कीनेमेटीक्स का सीधा मूल्यांकन प्रदान करने की क्षमता है. यह दृष्टिकोण मौलिक बायोमैकेनिक्स अनुसंधान और नैदानिक मूल्यांकन के लिए मोटे तौर पर लागू किया जा सकता है. कच्चे रेडियोफ्रीक्वेंसी (आरएफ) अल्ट्रासाउंड डेटा या लिफाफे का पता चला ग्रे स्केल (या बी मोड) छवि डेटा पर पार से संबंध का उपयोग करने वाले (1) धब्बा ट्रैकिंग पद्धति: अल्ट्रासाउंड का उपयोग ऊतक गति का आकलन करने के लिए तीन मुख्य तरीके हैं. इन तकनीकों में व्यापक रूप से कंकाल 24-25 और हृदय की 26 मांसपेशियों प्रस्ताव पर नज़र रखने और आकलन दोनों में इस्तेमाल किया गया है, (2) मांसपेशी fascicles या सुविधाओं 27-28 और कार्डियक 29 दोनों में इस्तेमाल किया (3) ऊतक डॉपलर इमेजिंग तकनीक है कि ट्रैक छवि प्रसंस्करण विधियों -30 और कंकाल 31 प्रस्ताव आकलन. स्थानिक पार सी के आधार पर धब्बा ट्रैकिंगorrelation ऊतक की गति को ट्रैक करने के लिए और उप पिक्सेल संकल्प के साथ गति को ट्रैक कर सकते हैं व्यापक रूप से इस्तेमाल किया गया है. हालांकि, धब्बा पैटर्न बड़ा गतियों के दौरान तेजी decorrelate. छवि विमान से बाहर मोशन भी बिंदु पर नज़र रखने के लिए एक चुनौती बन गया है. ट्रैकिंग मांसपेशी गुच्छा लंबाई के लिए तरीके पूरी गुच्छा गतिशील कार्य के दौरान छवि में कल्पना की है, जहां बेहतर प्रयोज्यता है. प्रसंस्करण छवि डेटा पर निर्भर है कि तरीकों इमेजिंग फ्रेम दर द्वारा सीमित कम अस्थायी समाधान है और इसलिए उच्च वेग पर गति को ट्रैक नहीं कर सकते हैं. इसके अलावा, इन गुच्छा ट्रैकिंग तरीकों विमान गति से बाहर करने के लिए बहुत संवेदनशील होते हैं. इस प्रकार की मांसपेशियों को जांच आंदोलन सापेक्ष ट्रैकिंग के कारण असफल हो सकता है. पारंपरिक ऊतक डॉपलर इमेजिंग (TDI) से वेग का अनुमान के रूप में अच्छी तरह से छोटे से जांच आंदोलनों को और अधिक मजबूत कर रहे हैं, उच्च अस्थायी समाधान हो सकता है. डॉपलर तरीकों इस प्रकार डॉपलर का अनुमान गलत du हो सकता है, केवल अल्ट्रासाउंड बीम के साथ वेग घटकों अनुमान कर सकते हैंमांसपेशियों की गति के साथ insonation के अलग कोण के लिए ई. हमारे प्रस्तावित vTDI विधि विभिन्न कोणों पर चलाया दो अलग अल्ट्रासाउंड मुस्कराते हुए उपयोग के द्वारा इस समस्या पर काबू पा, इसलिए वेग अनुमान इमेजिंग विमान में insonation कोण से स्वतंत्र है. इसके अलावा, vTDI के प्रभावी अस्थायी समाधान लगभग 0.1 एमएस किया जा सकता है और इसलिए इस विधि गतिशील गतिविधियों के दौरान (जैसे ड्रॉप लैंडिंग, चाल और जॉगिंग) कंकाल की मांसपेशी की गति को ट्रैक कर सकते हैं.
हमारे दृष्टिकोण के अन्य लाभ वेक्टर ऊतक डॉपलर इमेजिंग प्रदर्शन के लिए एक नैदानिक अल्ट्रासाउंड प्रणाली पर आधारित एक रैखिक सरणी इमेजिंग ट्रांसड्यूसर का उपयोग शामिल है. हम इलेक्ट्रॉनिक रूप से संचारित / देखने के एक बड़े क्षेत्र स्कैनिंग के लिए, बीम स्टीयरिंग, एपर्चर आकार और स्थानों फोकस प्राप्त नियंत्रित. इसके अलावा, इस दृष्टिकोण एक साथ वास्तविक समय इमेजिंग के साथ द्वैध vTDI प्रदर्शन करने के लिए बढ़ाया जा सकता है. हमारी प्रणाली भी हमें एल पारंपरिक बी मोड इमेजिंग प्रदर्शन करने की अनुमति देता हैऊतक तनाव और कीनेमेटीक्स की मात्रा का ठहराव के लिए ब्याज के क्षेत्र ocate. इस विधि के एक नैदानिक स्कैनर पर लागू किया गया था, हम बायोमैकेनिक्स अनुसंधान के लिए एक चाल प्रयोगशाला में इस vTDI विधि को तैनात कर दिया गया है.
इस तकनीक की सीमाओं को स्वीकार किया जाना चाहिए. विभिन्न कारकों डॉपलर माप की शुद्धता को प्रभावित. (साथ में और मांसपेशी फाइबर भर में) दो आयाम में vTDI आधारित वेग का अनुमान (32 तत्वों चौड़ा) दो संचारित / प्राप्त उप apertures में विभाजित है और 15 डिग्री से मुस्कराते हुए रास्ते पर लाना होने के लिए रैखिक सरणी ट्रांसड्यूसर की आवश्यकता है. अल्ट्रासाउंड उच्च कोण करने के लिए मुस्कराते हुए संचारित और प्राप्त स्टीयरिंग पालियों झंझरी की वजह से वेग उपायों को प्रभावित कर सकता है. इसके अलावा, vTDI में बीम ओवरलैप क्षेत्र के क्षेत्र संभवतः वेग अनुमानों को प्रभावित करने, 32 गहराई बदलती बीम ध्यान देने के साथ बदलता है. डॉपलर अनुमानों के विचरण T (1) के विश्लेषण के समय खिड़की के भीतर त्वरण और ऊतकों की मंदी (2) विचरण पर निर्भरडॉपलर सीमा फाटक के भीतर इस मुद्दे वेग (3) Wideband के लिए इस्तेमाल एपर्चर भीतर बदलती डॉपलर कोण प्रेषित और भी रूप में जाना जाता अल्ट्रासाउंड बीम, प्राप्त वर्णक्रमीय ज्यामितीय 33 और प्रेषित अल्ट्रासाउंड नाड़ी की (4) बैंडविड्थ, व्यापक बनाने के बाद डॉपलर पारी वाहक आवृत्ति 34 के लिए आनुपातिक है. कई तरीकों विचरण को सीमित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. ऐसे autocorrelation के रूप में चरण आधारित वेग estimators, आमतौर पर वर्णक्रमीय estimators की तुलना में छोटे विश्लेषण समय Windows का उपयोग, लेकिन वे डॉपलर पारी के बजाय शिखर पारी मतलब अनुमान है. Wideband 2D फूरियर तरह वर्णक्रमीय estimators 35 कारण पल्स बैंडविड्थ को विचरण कम कर सकते हैं बदलना. दो डॉपलर मुस्कराते हुए चलाया जो इस्तेमाल vTDI, के मामले में पेशी के लिए बीम ओवरलैप क्षेत्र सापेक्ष में ऊतक वेग के विचरण पर विचार करने के लिए एक और पहलू है. rectus ग्रीवा मांसपेशियों में संकुचन 3 डी और संकुचन veloc में हैअल्पसंख्यक मांसपेशी साथ स्थानिक भिन्न होता है. इसलिए, यह ध्यान से ब्याज के क्षेत्र का चयन करने के लिए महत्वपूर्ण है.
इस अध्ययन में, हम vTDI का उपयोग कर आठ स्वस्थ स्वयंसेवकों में एक बूंद लैंडिंग कार्य के दौरान rectus ग्रीवा पेशी कीनेमेटीक्स के repeatability की जांच की. परीक्षणों स्वतंत्र थे, भले ही हम परीक्षणों के बीच व्यक्तियों के लिए अत्यधिक सहसंबद्ध और repeatable शिखर मांसपेशियों में संकुचन वेग मनाया. वर्तमान में हम आगे इस पैटर्न की जांच करने के लिए हमारे अध्ययन में अधिक विषयों की भर्ती कर रहे हैं. इस अध्ययन में यह गैर इनवेसिव प्रदान की गई है और rectus का संकुचन वेग का वास्तविक समय माप ड्रॉप लैंडिंग के दौरान मांसपेशियों नितम्बास्थि. संकुचन वेग के निम्नलिखित पैटर्न बूंद लैंडिंग कार्य (चित्रा 2) के विभिन्न चरणों के दौरान देखा गया: 1. मांसपेशियों में संकुचन वेग (घुटने मोड़ (लांच चरण) और विस्तार के दौरान अक्षीय दिशा की तुलना में पार्श्व दिशा में हावी में हवा पीHASE). Rectus ग्रीवा मांसपेशी में हवा चरण के दौरान लांच चरण और गाढ़ा संकुचन के दौरान सनकी संकुचन के दौर से गुजर रहा है, क्योंकि यह आशा की जाती है. 2. Negligibly कम अक्षीय मांसपेशियों वेग के साथ तीसरे चरण (पैर की अंगुली जमीन को छू), के दौरान कम पार्श्व मांसपेशियों वेग. यह इस चरण 3 के दौरान rectus ग्रीवा मांसपेशियों में संकुचन कम से मेल खाती है. एड़ी जमीन को छू लेती है बस के बाद अक्षीय और पार्श्व मांसपेशियों वेग में काफी वृद्धि हुई है. यह मांसपेशी फाइबर और क्रमशः मांसपेशी फाइबर, सामान्य करने के साथ वेग में वृद्धि के कारण, शायद संपीड़न के कारण आकार में सनकी संकुचन और परिवर्तन दोनों के दौर से गुजर मांसपेशियों के कारण है. बूंद लैंडिंग कार्य एक उच्च प्रभाव काम है कि इस तथ्य के बावजूद, vTDI repeatable rectus मांसपेशी वेग ग्रीवा का प्रदर्शन किया. इस मांसपेशी अत्यधिक लोड से संयुक्त घुटने की रक्षा करने के लिए मुख्य रूप से जिम्मेदार है, क्योंकि यह अल्ट्रासाउंड तकनीक नैदानिक प्रभाव हो सकता है.इसलिए, एसीएल पुनर्निर्माण के साथ रोगियों में rectus ग्रीवा पेशी के आगे मूल्यांकन OA के जल्दी और त्वरित शुरुआत के लिए अग्रणी तंत्र को समझने के लिए warranted है.
इस अध्ययन में भाग लेने वालों में सभी एक 30 सेमी लंबा प्लेटफार्म से एक प्राकृतिक ड्रॉप लैंडिंग कार्य को करने के लिए कहा गया है, हम कूद या लांच की ऊंचाई में अंतर पाया गया. इसके अलावा, उच्च गति कैमरा डेटा का उपयोग कर, यह सभी विषयों एक अलग बूंद लैंडिंग शैली थी कि मनाया गया. इस कार्य के दौरान सक्रियण पैटर्न में संभव मतभेद का एक परिणाम के रूप में पेशी ग्रीवा rectus की चोटी परिणामी वेग मूल्यों में विषयों के बीच मामूली अंतर समझा सकता है. एक अन्य संभावित कारक संभवतः मांसपेशियों में संकुचन के विभिन्न स्तरों के लिए नेतृत्व और उत्पादन मजबूर कर दिया था जो rectus ग्रीवा पेशी के पार के अनुभागीय क्षेत्र में मतभेद है.
Disclosures
लेखकों में से कोई भी किसी भी वित्तीय प्रकटीकरण या ब्याज और अध्ययन के संघर्ष हमारी संस्था के आईआरबी द्वारा अनुमोदित किया गया है.
Acknowledgments
यह काम राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन से अनुदान संख्या 0953652 से और भाग में जॉर्ज मेसन विश्वविद्यालय के पुस्तकालयों का उपयोग खुला प्रकाशन कोष द्वारा समर्थित किया गया था. हम उच्च गति कैमरे के लिए पहुँच प्रदान करने के लिए डॉ. जॉन रॉबर्ट Cressman जूनियर धन्यवाद देना चाहूंगा.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ultrasound System | Ultrasonix | Sonix RP | |
| 3D Motion Capture System | Vicon Motion Systems | Vicon T-20 | |
| Force Plates | Bertec Corporation | Bertec 4060-10 | |
| High Speed Camera | Photron | Photron 512 PCI 32K |
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