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3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग: पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस ऊतक के तेजी से और लागत प्रभावी Morphometry

Published: November 27, 2017 doi: 10.3791/55943
Automatic Translation
1,2, 1, 1, *1, *2
1Laboratory for Myology, Department of Human Movement Sciences, Faculty of Behavioural and Movement Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam, Amsterdam Movement Sciences, 2Department of Rehabilitation Medicine, VU University Medical Center Amsterdam, Amsterdam Movement Sciences
* These authors contributed equally

Summary

3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग (3DUS) पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस ऊतकों की तेजी से और लागत प्रभावी morphometry की अनुमति देता है । हम 3DUS का उपयोग कर मांसपेशियों की मात्रा और fascicle लंबाई को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद ।

Abstract

3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग (3DUS) के विकास के लक्ष्य को मानव मांसपेशियों के 3d रूपात्मक अल्ट्रासाउंड विश्लेषण प्रदर्शन करने के लिए एक साधन इंजीनियर है । 3DUS छवियों नपे मुक्तहस्त 2d बी-मोड अल्ट्रासाउंड छवियों, जो एक voxel सरणी में तैनात है से निर्माण कर रहे हैं । अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) इमेजिंग मांसपेशियों का आकार, fascicle लंबाई, और पेन के कोण के ठहराव की अनुमति देता है । इन रूपात्मक चर मांसपेशी बल और बल परिश्रम की लंबाई सीमा के महत्वपूर्ण निर्धारक हैं । प्रस्तुत प्रोटोकॉल की मात्रा और fascicle लंबाई निर्धारित करने के लिए एक दृष्टिकोण का वर्णन lateralis और एम. gastrocnemius medialis. 3DUS 3 डी संरचनात्मक संदर्भ का उपयोग मानकीकरण की सुविधा । यह दृष्टिकोण कंकाल की मांसपेशियों में 3d आकृति विज्ञान को बढ़ाता है के लिए एक तेजी से और लागत प्रभावी दृष्टिकोण प्रदान करता है । स्वास्थ्य और खेल में, मांसपेशियों के morphometry के बारे में जानकारी निदान में बहुत मूल्यवान है और/या अनुवर्ती मूल्यांकन उपचार या प्रशिक्षण के बाद ।

Introduction

स्वास्थ्य और खेल में, मांसपेशियों की आकृति विज्ञान के बारे में जानकारी निदान और/या उपचार या प्रशिक्षण के बाद मूल्यांकन का पालन में बहुत मूल्यवान है1। अल्ट्रासाउंड (यूएस) इमेजिंग एक उपकरण सामांयतः मांसपेशियों की बीमारियों में कोमल ऊतक संरचनाओं के दृश्य के लिए प्रयोग किया जाता है2, गंभीर बीमारियों3,4, हृदय रोगों5, स्नायविक विकारों6, 7,8, और शारीरिक प्रशिक्षण के प्रभाव6,9,10। अमेरिका इमेजिंग मांसपेशियों का आकार, fascicle लंबाई, और पेन के कोण के ठहराव सक्षम बनाता है । ये रूपात्मक चर मांसपेशी बल और बल श्रम की लंबाई सीमा11,12,13,14,15के महत्वपूर्ण निर्धारक हैं ।

वर्तमान में, अमेरिका इमेजिंग माप ज्यादातर 2d छवियों में प्रदर्शन कर रहे हैं, एक संभवतः, उपयुक्त अभिविंयास और अल्ट्रासाउंड जांच के स्थान को चुनने के परीक्षक के साथ । इस तरह के 2d तरीके एक छवि विमान के लिए रूपात्मक माप सीमित है, जबकि ब्याज के पैरामीटर इस विमान के भीतर मौजूद नहीं हो सकता है । रूपात्मक विश्लेषण एक 3 डी दृष्टिकोण की आवश्यकता है, बाहर विमान 3 डी संदर्भ अंक का उपयोग माप प्रदान । नरम ऊतकों के इस तरह के एक 3d रूपात्मक प्रतिनिधित्व चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई)16,17,18,19,20द्वारा प्रदान किया जाना है । हालांकि, एमआरआई महंगा है और हमेशा उपलब्ध नहीं है । इसके अलावा, मांसपेशी फाइबर के दृश्य इस तरह के प्रसार दसियों इमेजिंग (DTI) के रूप में विशेष एमआरआई दृश्यों, की आवश्यकता है21. एमआरआई के लिए एक लागत प्रभावी विकल्प 3 डी अल्ट्रासाउंड (3DUS) इमेजिंग है । 3DUS दृष्टिकोण एमआरआई तकनीक पर कई लाभ प्रदान करता है, उदा., यह एक परीक्षा के दौरान विषय स्थिति के लिए कम स्थान सीमाओं लगाता है । 3DUS इमेजिंग एक तकनीक क्रमिक रूप से 2 डी पर कब्जा है (बी-मोड अमेरिका) छवियों और उंहें एक मात्रा तत्व (voxel) सरणी22,23,24में स्थिति । 3DUS छवि पुनर्निर्माण की प्रक्रिया में पांच कदम होते हैं: (1) मुक्तहस्त 2d अमेरिका छवियों की एक श्रृंखला पर कब्जा; (2) अमेरिकी जांच की स्थिति पर नज़र रखने, एक प्रस्ताव पर कब्जा (MoCap) प्रणाली का उपयोग; (3) MoCap स्थिति और अमेरिका छवियों तुल्यकालन; (4) voxel सरणी के भीतर अल्ट्रासाउंड छवियों के स्थान और अभिविन्यास की गणना संदर्भ के एक नपे प्रणाली का उपयोग; और (5) इस voxel सरणी में इन छवियों को रखने ।

3DUS दृष्टिकोण सफलतापूर्वक कंकाल मांसपेशी15,25,26,27,28,29की आकृति विज्ञान के आकलन के लिए लागू किया गया है । हालांकि, पिछले दृष्टिकोण7,15,25,30 बोझिल साबित कर दिया है, समय लेने और तकनीकी रूप से सीमित, बड़ी मांसपेशियों के केवल छोटे क्षेत्रों के रूप में खंगाला जा सकता है ।

3DUS दृष्टिकोण में सुधार करने के लिए, एक नया 3DUS प्रोटोकॉल विकसित किया गया है जो समय की एक छोटी अवधि के भीतर पूरी मांसपेशियों के पुनर्निर्माण की अनुमति देता है । यह प्रोटोकॉल आलेख वर्णन करता है कि 3DUS इमेजिंग के morphometry के लिए m. वास्तु lateralis (वीएल) और m. gastrocnemius medialis (GM) का उपयोग ।

Protocol

मानव विषयों को शामिल सभी प्रक्रियाओं नजरों से देख चिकित्सा केंद्र, एंस्टर्डम, नीदरलैंड के चिकित्सा नैतिकता समिति द्वारा अनुमोदित किया गया है ।

1. इंस्ट्रूमेंटेशन

  1. अल्ट्रासाउंड डिवाइस को माप कंप्यूटरसे कनेक्ट करें । यदि आवश्यक हो, तो उपयोग फ़्रेम-पकड़ो हार्डवेयर और/या सॉफ्टवेयर अनुक्रमिक अल्ट्रासाउंड छवियों को स्टोर करने के लिए ।
    नोट: 5-cm रेखीय-सरणी जांच (१२.५ MHz) B-मोड छवियां (25 हर्ट्ज) जनरेट करने के लिए उपयोग किया जाता है । प्रत्येक माप से पहले, इमेजिंग गहराई, ध्वनिक आवृत्ति, और शक्ति अतिरिक्त और इंट्रामस्क्युलर संयोजी ऊतकों के इंटरफेस कल्पना करने के लिए अनुकूलित कर रहे हैं । माप के दौरान, ये सेटिंग्स परिवर्तित नहीं होते हैं ।
  2. MoCap सिस्टम को मापन कंप्यूटर से कनेक्ट करें ।
  3. कठोर स्थिति और अमेरिका की जांच की अभिविंयास ट्रैक करने के लिए अल्ट्रासाउंड जांच करने के लिए एक MoCap क्लस्टर मार्कर कनेक्ट ।
  4. सिंक्रनाइज़ेशन डिवाइस (पीजो क्रिस्टल) को MoCap सिस्टम के ट्रिगर इनपुट से कनेक्ट करें ।
    नोट: तुल्यकालन डिवाइस के सक्रियकरण क्षणभर पीजो क्रिस्टल सक्रिय करता है, transducer के प्रति ध्वनि तरंगों भेजने. प्राप्त soundwaves प्रणाली दीक्षा में अमेरिका की छवि में एक विशिष्ट विरूपण साक्ष्य बनाने के (चित्रा 1एक, तीर) ।
  5. कस्टम-निर्मित अंशांकन फ़्रेम (प्रेत) को पानी के साथ भरें ।

2. जांचना

नोट: एक स्थानिक अंशांकन करने के लिए एक परिवर्तन मैट्रिक्स (सेटी) की गणना करने के लिए अमेरिका छवियों से जांच समंवय प्रणाली के संबंध में करते हैं । इस अंशांकन प्रक्रिया को पहले22बताया गया है । कृपया एक संक्षिप्त विवरण के लिए नीचे देखें ।

  1. प्रेत के पानी से भरा जगह, एक crosswire (यानी दो जलमग्न पार तारों) पकड़ प्रेत समंवय प्रणाली (पीएचxyz चित्रा 1बी, तीर), एक स्थिर सतह पर के भीतर एक ज्ञात स्थिति में ।
  2. एक थर्मामीटर के साथ पानी के तापमान को मापने ।
  3. वैश्विक निर्देशांक सिस्टम (Gl) में प्रेत की स्थिति और ओरिएंटेशन रिकॉर्ड करने के लिए MoCap सूचक उपकरण का उपयोग करें ।
  4. अमेरिका छवि नमूना प्रारंभ करें और सक्रिय MoCap डेटा प्राप्ति (चरण 3.3.3 में वर्णित) ।
  5. पानी में अमेरिकी जांच (पीआर) के सिर जलमग्न । अनुवाद और ४० एस के लिए अमेरिका की जांच घुमाएं (25 हर्ट्ज पर नमूना) सभी दिशाओं में, अमेरिका के चित्र (Im) में crosswire की दृश्यता बनाए रखने ।
  6. डेटा प्राप्ति रोकें.
  7. पहले अमेरिका पीजो क्रिस्टल से युक्त फ्रेम की पहचान करके MoCap डेटा और अमेरिका छवियां सिंक्रनाइज़-विरूपण साक्ष्य बनाया है और अमेरिका की छवि को तदनुसार अनुक्रम फसल (चरण 3.4.1.1 में वर्णित) ।
  8. उन प्रासंगिक अमेरिकी चित्रों को पहचानें जिनमें crosswire स्पष्ट रूप से दिखाई दे रही है और इन यूएस छवियों (iImxyz) में crosswire की स्थिति को ट्रैक करें, और पानी के तापमान की स्थिति को सुधारें ।
  9. पीएच से पीआर (समीकरण 1) समय उदाहरणों में रूपांतरणों की एक श्रृंखला के द्वारा चलती के संबंध में crosswire की स्थिति का निर्धारण (मैं = 1: n) २.८ चरण में crosswire पहचान करने के लिए इसी ।
    Equation 1
  10. पीआर परिवर्तन मैट्रिक्स के लिए आईएम गणना (पीआरटीim) 2 समीकरणहल करके, Im में crosswire के सभी पहचान शामिल (२.८ चरण में मापा) मिलान समय (मैं = 1 : n) पीआर में crosswire के निर्देशांक (चरण २.९ में परिकलित) ।
    Equation 2

Figure 1
चित्रा 1:3DUS एल्गोरिथ्म के योजनाबद्ध. (A) मोशन कैप्चर (MoCap) सिस्टम को वैश्विक निर्देशांक प्रणाली (Gl) के भीतर कठोर रूप से अल्ट्रासाउंड जांच करने के लिए, मार्करों के एक क्लस्टर ट्रैक करने के लिए प्रयोग किया जाता है । MoCap और अल्ट्रासाउंड डेटा का तुल्यकालन एक विरूपण साक्ष्य (तीर) Optotrak ट्रिगर पीजो क्रिस्टल द्वारा शुरू का उपयोग कर पूरा किया है । (B) स्थिति और अल्ट्रासाउंड छवि समंवय प्रणाली (Im) की अभिविंयास के सापेक्ष की गणना की है जांच समंवय प्रणाली (पीआर) के पीआर और Imके भीतर एक ज्ञात बिंदु की पहचान करके । इस प्रयोजन के लिए, एक कस्टम डिजाइन प्रेत पानी से भरा प्रयोग किया जाता है, एक crosswire (यानी दो जलमग्न पार तारों) प्रेत समंवय प्रणाली (पीएच) के भीतर एक ज्ञात स्थिति में पकड़े । (C) परिवर्तनों की श्रृंखला के साथ, यह ज्ञात बिंदु पीआरमें परिकलित की जाती है । (D) ज्ञात रूपांतरणों की पूरी श्रृंखला के साथ, Im से छवियां किसी भी voxel सरणी निर्देशांक प्रणाली (Va) में रूपांतरित की जा सकती हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

3. प्रायोगिक प्रोटोकॉल

नोट: प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है दो सामांयतः प्रदर्शन 3DUS इमेजिंग, अर्थात् जीएम और वीएल के morphometry (चित्रा 2ए) शामिल प्रोटोकॉल ।

  1. विषय पोजीशनिंग
    1. जीएम प्रयोग के लिए:
      1. विषय के लिए एक परीक्षा की मेज पर दोनों के साथ मेज के किनारे को भांप लिया पैर से ग्रस्त झूठ पूछो ।
      2. निचले पैर क्षैतिज टिबिया के तहत एक समर्थन रखकर, संरेखित करें । प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के दौरान घुटने विस्तार को रोकने के लिए गद्देदार चाबुक की पट्टियों के साथ परीक्षा तालिका के लिए जांघ को ठीक करें ।
      3. पैर के पैरों को फिट कस्टम में स्कैन किया जा करने के लिए footplate31।
      4. कनेक्ट कस्टम-footplate31के लिए एक संलग्न goniometer के साथ टोक़ रिंच बनाया. footplate कोण एक बाह्य लागू टोक़ के लिए इसी का पता लगाएं, उदा, 0 एनएम (चित्रा 2ए) ।
      5. 0 एनएम नेट dorsiflexion पल के लिए इसी अभिविन्यास में footplate फिक्स, एक विस्तारित रॉड जो तालिका से जुड़ा है का उपयोग करके (चित्रा 2एक, तीर).
    2. वीएल प्रयोग के लिए:
      1. विषयों के लिए एक परीक्षा मेज पर लापरवाह झूठ पूछो ।
      2. सेट घुटने के फ्लेक्स कोण (यानी epicondylus lateralis के साथ malleolus lateralis के केंद्रों को जोड़ने लाइनों के बीच कोण के रूप में संचालन किया और trochanter प्रमुखके साथ बाद) ६० डिग्री करने के लिए, द्वारा एक समर्थन पर निचले पैर पोजिशनिंग ।
      3. हिप आंदोलन को रोकने के लिए नितंबों के नीचे एक त्रिकोणीय आकार का बीम रखें ।
      4. प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के दौरान पैर आंदोलन को रोकने के लिए दो गद्देदार चाबुक की पट्टियों के साथ समर्थन करने के लिए निचले पैर को ठीक करें ।
      5. हिप कोण सेट (यानी trochanter प्रमुखके साथ ओएस coracoides जोड़ने लाइनों के बीच कोण के रूप में संचालितहै , और epicondyle lateralis femoralis) के साथ बाद ९५ डिग्री करने के लिए, के कोण को बदलकर परीक्षा तालिका के बैक सपोर्ट ।
        नोट: यह वर्णित मुद्रा चुना गया है, के रूप में यह इष्टतम isometric घुटने विस्तार माप३२,३३के दौरान संयुक्त कोण जैसा दिखता है ।
  2. बोनी स्थलों का स्थानीयकरण और ब्याज का क्षेत्र (ROI)
    नोट: यह 3 डी अल्ट्रासाउंड परीक्षा के मार्गदर्शन के लिए और इस विषय के ऊपरी पैर, निचले पैर, और पैर मुद्रा के बाद प्रयोगात्मक ठहराव के लिए किया जाता है । की पहचान और MoCap सूचक उपकरण का उपयोग कर वैश्विक समंवय प्रणाली में संरचनात्मक बोनी स्थलों की स्थिति रिकॉर्ड करें ।
    1. जीएम प्रयोग के लिए:
      1. टटोलने का कार्य द्वारा निम्नलिखित स्थलों की पहचान और उन्हें एक शल्य त्वचा मार्कर का उपयोग कर चिह्नित: औसत दर्जे का और पार्श्व फीमर epicondyles के सबसे प्रमुख पृष्ठीय पहलुओं, और टिबिया और fibula के malleoli के केन्द्रों.
      2. अमेरिका के उपकरण का उपयोग करना, की पहचान और एक शल्य चिकित्सा त्वचा मार्कर औसत दर्जे का सबसे सतही अंक और पार्श्व फीमर condyles (पैर के पृष्ठीय पक्ष पर) और एड़ी पर जीएम के सम्मिलन के सबसे समीपस्थ स्थान का उपयोग कर निशान.
    2. वीएल माप के लिए:
      1. टटोलने का कार्य द्वारा निम्नलिखित स्थलों की पहचान और एक शल्य चिकित्सा त्वचा मार्कर का उपयोग कर उन्हें चिह्नित: औसत दर्जे का और पार्श्व malleoli (ऊपर के रूप में); tuberositas tibiaeके वुटने पट्टा के सबसे समीपस्थ सम्मिलन; औसत दर्जे का और पार्श्व epicondyles (ऊपर के रूप में); वुटने के सर्वोच्च और वुटने पर सबसे औसत दर्जे का, समीपस्थ, और पार्श्व प्रविष्टि सीमाओं; और कंधे पर ओएस coracoides ।
      2. अमेरिकी डिवाइस के साथ की पहचान और trochanter प्रमुखपर वीएल के trochanter प्रमुख और सबसे समीपस्थ प्रविष्टि के सबसे सतही पहलू निशान ।
    3. सभी मांसपेशियों के लिए, वैश्विक निर्देशांक सिस्टम में चिह्नित लैंडमार्क (अनुभागों 3.2.1 और 3.2.2 में वर्णित) को रिकॉर्ड करने के लिए MoCap सूचक उपकरण का उपयोग करें । पहचाने गए संरचनात्मक स्थलों के लिए MoCap सूचक उपकरण ले जाएँ, और "रिकॉर्ड" बटन दबाकर स्थिति रिकॉर्ड करने के लिए MoCap सॉफ़्टवेयर का उपयोग करें ।
    4. औसत दर्जे का और पार्श्व मांसपेशी सीमा की पहचान करने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग करें; एक शल्य त्वचा मार्कर का उपयोग कर त्वचा पर औसत दर्जे का और पार्श्व सीमाओं के निशान ।
  3. 3 डी अल्ट्रासाउंड परीक्षा
    1. विषय को 3d अल्ट्रासाउंड परीक्षा के दौरान नहीं स्थानांतरित करने का निर्देश दें ।
    2. त्वचा और अमेरिका की जांच के बीच उचित संपर्क सुनिश्चित करने के लिए रॉय पर पर्याप्त अल्ट्रासाउंड जेल लागू करें ।
      नोट: जेल के इस तरह के आवेदन जांच दबाव और इस प्रकार ऊतक विकृति एक स्पष्ट अमेरिका छवि प्राप्त करने के लिए आवश्यक सीमित अनुमति देता है ।
    3. माप कंप्यूटर पर फ़्रेम धरनेवाला सॉफ़्टवेयर (उदा., WinDV३४) खोलें और "रिकॉर्ड" बटन पर क्लिक करके यूएस छवि प्राप्ति प्रारंभ करें ।
      1. इसके बाद, आरंभ और तुल्यकालन डिवाइस पर "प्रारंभ" बटन दबाकर MoCap डेटा अधिग्रहण को सक्रिय; यह स्वचालित रूप से तुल्यकालन डिवाइस (यानी पीजो क्रिस्टल) अमेरिका की जांच के करीब स्थित सक्रिय करता है, MoCap दीक्षा (चित्रा 1एक, तीर) के उदाहरण में अमेरिका की छवि में एक अलग विरूपण साक्ष्य बनाने ।
    4. हालांकि न्यूनतम जांच दबाव अभी तक छवि गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, रॉय पर एक निरंतर गति से जांच कदम; यह एक "झाडू" के रूप में जाना जाता है । लक्ष्य मांसपेशी के स्पष्ट संरचनात्मक पार अनुभागीय हमें छवियों को दर्ज कर रहे हैं कि सुनिश्चित करें.
    5. परीक्षा के दौरान विषय के आंदोलन के लिए नेत्रहीनों की जांच; यदि विषय चलता है, झाडू को निरस्त और 3.3.1 चरण से दोहराएँ ।
    6. जीएम प्रयोग के लिए स्वीप प्रोटोकॉल
      1. जांघ के औसत दर्जे का पहलू पर फीमर condyles के लिए समीपस्थ अमेरिका जांच प्लेस । एक झाडू प्रदर्शन (के रूप में 3.3.1 वर्गों में वर्णित-3.3.5) proximo में जीएम के औसत दर्जे की सीमा के साथ बाहर की दिशा में, संरचनात्मक पार-जीएम और दुखती tendons की औसत सीमा के अनुभागीय छवियों के भीतर दृश्यता सुनिश्चित करने, सभी तरह से नीचे अपनी लन पर एड़ी.
      2. संपूर्ण ROI स्कैन होने तक अतिरिक्त स्वीप (जैसा कि अनुभाग 3.3.3-3.3.5 में वर्णित है) जोड़ें और मांसपेशी की औसत दर्जे की सीमा पूरी तरह से imaged है (चित्र 2B). पिछले झाडू के जेल में ट्रेस का उपयोग करने के लिए अगले झाडू गाइड, थोड़ा अतिव्यापी (०.५ सेमी) पिछले बह क्षेत्र ।
    7. वीएल प्रयोग के लिए स्वीप प्रोटोकॉल
      1. टिबिया पठार के पार्श्व पहलू पर अमेरिका की जांच प्लेस । वीएल की पार्श्व सीमा पर बाहर की ओर समीपस्थ दिशा में एक झाडू शुरू, वीएल की पार्श्व सीमा की दृश्यता सुनिश्चित करने, सभी trochanter प्रमुखपर मूल करने के लिए रास्ता ।
      2. संपूर्ण ROI स्कैन होने तक अतिरिक्त स्वीप्स (जैसा कि अनुभाग 3.3.3-3.3.5 में वर्णित है) जोड़ें और वीएल की औसत दर्जे की सीमा पूरी तरह से imaged है (चित्र 2B). पिछले झाडू के जेल में ट्रेस का उपयोग करने के लिए अगले झाडू गाइड, थोड़ा अतिव्यापी (०.५ सेमी) पिछले बह क्षेत्र ।
        नोट: स्वीप प्रोटोकॉल के दौरान, इस विषय के आंदोलन को रोका जाना चाहिए, आंदोलनों नकारात्मक voxel सरणी में 2d अमेरिका छवियों की स्थिति को प्रभावित करने के रूप में. राज्यभर की संख्या जांच की चौड़ाई और लक्ष्य पेशी की चौड़ाई से निर्धारित होती है । आमतौर पर, 4 सेमी की एक जांच चौड़ाई और 12 या 18 सेमी, 5 या 7 झाडू की एक मांसपेशी चौड़ाई के साथ, क्रमशः के लिए सीमाओं सहित रॉय को कवर की जरूरत है ।

Figure 2
चित्रा 2: प्रायोगिक सेटअप और लक्ष्य की मांसपेशियों पर अल्ट्रासाउंड जांच के राज्यभर (एम. gastrocnemius medialis (जीएम) सेटअप और एम. वास्तु lateralis (वीएल) सेटअप) की योजनाबद्ध । (A) दो प्रायोगिक स्थितियों के लिए विषय के विशिष्ट संयुक्त विंयास । वस्तुओं हरे रंग में प्रदर्शित की स्थिति और अंगों की अभिविन्यास सेट करने के लिए समायोज्य रहे हैं । तीर एक विस्तारित रॉड कि footplate कोण को ठीक करने के लिए प्रयोग किया जाता है इंगित करता है । (ख) ब्याज के क्षेत्रों पर अल्ट्रासाउंड जांच के कई राज्यभर का पथ । नीले तीर हितों के क्षेत्र में एकल राज्यभर का प्रतिनिधित्व करते हैं । वाम: जीएम पर झाडू; ठीक है: वीएल पर झाडू । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. 3d अल्ट्रासाउंड voxel सरणी पुनर्निर्माण
    1. एक एकल 3DUS voxel सरणी (3DUS छवि) एक विशिष्ट संरचनात्मक रॉय की त्वचा पर एक ही झाडू से (उदाहरणके लिए पुनर्निर्माण, मांसपेशी, पट्टा) बिन द्वारा-भरने और 3DUS voxel सरणी एक कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग कर रंग । आदेश में एक 3DUS voxel सरणी के पुनर्निर्माण के लिए, निंनलिखित के बाद प्रयोगात्मक कदम ले ।
      1. पहले अमेरिका पीजो क्रिस्टल से युक्त फ्रेम की पहचान करके MoCap डेटा और अमेरिका छवियों को सिंक्रनाइज़-विरूपण साक्ष्य बनाया है और VirtualDub सॉफ्टवेयर३५के साथ तदनुसार अमेरिका छवि अनुक्रम फसल । पहले, पहचान शुरू फ्रेम पर फ्रेम चयन स्लाइडर प्लेस और कीबोर्ड पर "घर" बटन दबाएँ । अगला, माप (अंतिम त्वचा संपर्क) के अंत करने के लिए स्लाइडर ले जाएँ और "अंत" बटन दबाएँ. फसली छवि अनुक्रम निर्यात करने के लिए "F7" बटन दबाएँ ।
      2. एक कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग कर, हमें छवियों के साथ भरा जा सकता है जो एक voxel सरणी (Va) समंवय प्रणाली को परिभाषित करें । सुनिश्चित करें कि Va स्कैनिंग की दिशा के अनुसार उन्मुख है और एक ही झाडू के सभी अमेरिका छवियों फिट करने के लिए आकार ।
        ध्यान दें: शुरू में, Va के आयताकार आकार voxels के होते हैं, झाडू की दिशा में लंबे अक्षों के साथ; यह आकार दक्षता भरने में सुधार करता है ।
      3. एक कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग कर, अमेरिका छवियों से पिक्सेल ग्रे-मूल्यों के साथ Va में voxels निरुपित । इस प्रक्रिया को अग्रेषित मैपिंग या बिन-भरण के रूप में वर्णित किया गया है (समीकरण 3; चित्र 1 ग) 23 , 24.
        Equation 3
        नोट: यह va में 2d हमें छवियों के आगे मानचित्रण से पता चलता है और वीए समंवय प्रणाली में छवियों की स्थिति के अनुसार । संक्षेप में, एक छवि के सभी पिक्सेल की स्थितियां (Imxyz(1:n))) समय आवृत्ति (i) में, साथ में voxel सरणी में आगे मैप की जाती हैं । बिन-भरने की प्रक्रिया केवल आवयक voxels को भर देती है, गैर-आवयक voxels खाली (यानी काला) छोड़ देती है.
        नोट: पहले वर्णित ट्रांस्फ़ॉर्मेशन मैट्रिक्स ( Equation 7 यानी Gl परिवर्तन मैट्रिक्स के लिए एक पीआर ) का प्रतिलोम इंगित करता है ।
      4. एक कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग voxel सरणी (यानी काले voxels) के अंदर अंतराल की पहचान । बाइनरी इमेज प्रोसेसिंग का उपयोग करके निम्न कदम उठाएं:
        1. एक बिन-भरी बाइनरी voxel सरणी बनाएं जिसमें सभी भरे voxels लेबल हों । एक ही आकार संरचना के साथ द्विआधारी छवि फैलाव और कटाव का उपयोग करें-तत्व, स्कैन क्षेत्र के अंदर सभी प्रासंगिक voxels (यानी ग्रे-मूल्यवान voxels) लेबल करने के लिए । बिन-भरे बाइनरी voxel सरणी (अंतराल के साथ) प्रासंगिक voxels (कोई अंतर नहीं) से घटाकर अंतरालों का पता लगाएँ.
          नोट: बाइनरी छवियों को पूरा करने के लिए क्रमिक फैलाव और कटाव कार्रवाइयां छवि-संसाधन चरण हैं । एक के बाद एक इन चरणों का प्रदर्शन करके, बाहर की सीमाओं रहते हैं, जबकि अंदर अंतराल हटा रहे हैं ।
      5. एक "पेंट प्रक्रिया" का उपयोग करके पहचाने गए अंतराल भरें और धूसर मूल्य वाले voxels३६को घेर दें ।
        नोट: इस रंग तकनीक के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है: "एक चिकनी एक लेबल ग्रिड पर परिमित मतभेदों के द्वारा मापा voxel"३६पर व्युत्पंन दूसरे के वर्गों की राशि को कम करने पर आधारित के साथ अंतराल भरें ।
      6. ' bicubic ' इंटरपोल द्वारा Va के voxel आयामों को बराबर और voxel सरणी को एक स्टैक्ड के रूप में सहेजें । tiff छवि (3DUS image) ।
  2. मल्टीपल राज्यभर पुनर्निर्माण
    1. सभी व्यक्तिगत झाडू (धारा ३.४ में वर्णित) एक ही Va समंवय प्रणाली के अनुसार एक बड़ा रॉय को कवर करने के लिए कई झाडू विलय पुनर्निर्माण ।
    2. एक नया Va निर्देशांक प्रणाली बनाएं, सभी व्यक्ति को खंगाला राज्यभर को समायोजित करने के लिए आकार ।
    3. बड़े vaमें व्यक्तिगत वीएके कदम-दर-कदम रखें । यदि एक voxel पहले से ही किसी अन्य Vaद्वारा असाइन किया गया है, तो यह voxel केवल तभी अधिलेखित हो जाएगा यदि नए voxel में एक 8-बिट स्केल पर 10 ≥ धूसर मान है, अंयथा नया voxel धूसर मान छोड़ दिया जाता है ।

4. स्नायु के चर की माप आकृति विज्ञान

  1. चिकित्सा इंटरेक्शन टूलकिट३७ (MITK) का प्रयोग करें 3DUS छवि लोड और मूल, प्रविष्टि, और मांसपेशी पेट के बाहर का अंत के निर्देशांक पुनः प्राप्त करने के लिए ।
    1. 3 डी छवि लोड करने के बाद, ' युग्मित क्रॉसहेयर रोटेशन ' के लिए टुकड़ा करने की क्रिया सेट । निर्देशांकों को ठीक से प्राप्त करने के लिए मांसपेशी या बोनी संरचनाओं के साथ अक्ष संरेखित करें.
      नोट: MITK शारीरिक अंक के आकलन के लिए अंय 3 डी इमेजिंग विश्लेषण सॉफ्टवेयर पर पसंद है, क्योंकि यह तेज और इंटरैक्टिव voxel किसी भी दिशा में टुकड़ा करने की क्रिया सरणी की अनुमति देता है ("युग्मित क्रॉसहेयर रोटेशन"), पहचान की प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने ।
  2. आदेश में मांसपेशियों की मात्रा को मापने के लिए, मांसपेशियों के पेट के मूल और बाहर के छोर के बीच मांसपेशियों पेट सीमाओं की पहचान करने के लिए MITK का उपयोग करें । मांसपेशियों के पेट की लंबाई (चित्रा 3ए) के साथ वितरित मैन्युअल रूप से कई संरचनात्मक पार वर्गों को मैंयुअल रूप से खंड करने के लिए अंतर्निहित MITK सेगमेंट का उपयोग करें.
    1. ' फॉल्ट टूल ' खोलें और एक ' नया सेगमेंट ' बनाएं । मांसपेशी पेट के साथ एक पार खंड में की पहचान की मांसपेशियों की सीमाओं खंड शुरू । एक मैनुअल विभाजन जोड़ने और बाईं माउस बटन दबाने और मांसपेशियों की सीमाओं के बाद कर्सर ले जाकर आकर्षित करने के लिए कुंजीपटल पर ' A ' दबाएँ । प्रेस ' के विभाजन के भागों को दूर करने के लिए ।
    2. मांसपेशियों के पेट के साथ अन्य पार वर्गों के लिए क्रॉसहेयर स्थानांतरित करने के लिए पिछले चयनित मोड (अर्थात ' एक ' या ') के लिए इसी कुंजी दबाएँ. नए चयनित क्रॉस-अनुभाग को सेगमेंट करने के लिए चरण 4.2.1 दोहराएँ. अगले चरण पर आगे बढ़ने से पहले कम से 6 बार के लिए इस चरण को दोहराएं ।
    3. ' सक्षम ' करने के लिए ' इंटरपोल ' सेट, मांसपेशी पेट की लंबाई के साथ सभी पार वर्गों में मांसपेशियों की सीमाओं (पीली लाइनों) के प्रस्तावित सेगमेंट की समीक्षा करें ।
    4. क्रॉस-अनुभागों में अतिरिक्त सेगमेंट जोड़ें जिसमें प्रस्तावित दुओं फॉल्ट (येलो लाइन) छवि की मांसपेशी सीमा से मेल नहीं खाता. दोहराएँ चरण 4.2.2.
    5. ' सभी स्लाइस के लिए पुष्टि ' बटन दबाएँ और जिस विमान में विभाजन किए गए थे उसका चयन करें.
    6. बाइनरी वॉल्यूम को लगभग raw रैस्टर डेटा (NRRD) फ़ाइल के रूप में सहेजें और किसी कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग करके लेबल किए गए वॉल्यूम आकार की गणना करें.
  3. मांसपेशियों के पेट के मध्य अनुदैर्ध्य fascicle विमान के उन्मुखीकरण का पता लगाएं, fascicles की पूरी लंबाई युक्त (चित्रा 3ए)३८.
    नोट: मध्य अनुदैर्ध्य विमान तीन अंक से परिभाषित किया गया है । मांसपेशी पेट के मूल और बाहर का अंत पहले दो अंक हैं । तीसरे बिंदु एक संरचनात्मक पार-अनुभागीय छवि में पाया जाता है आधे रास्ते मांसपेशियों के पेट के मूल और बाहर के छोर के बीच । इस संरचनात्मक पार-अनुभागीय छवि के भीतर, पहले दो बाहर के कण्डराकला के स्पर्श पर अनुमानित अंक के बीच मध्यबिंदु एक तिहाई बिंदु है कि एक साथ मूल और बाहर की मांसपेशी पेट के अंत के साथ मध्य अनुदैर्ध्य विमान को परिभाषित करता है ।
  4. मध्य अनुदैर्ध्य विमान से, एक पूर्व निर्धारित मानकीकृत स्थिति पर fascicle लंबाई मापने के मूल और मांसपेशी पेट के बाहर के छोर के बीच (उदा., ५०%) । मांसपेशियों की सीमाओं खंड । एक पंक्ति आधी जगह और इस रेखा को घुमाएगी जब तक यह अंतर्निहित fascicles की दिशा से मेल खाता है । मांसपेशी सीमाओं के साथ इस लाइन के चौराहों fascicle लंबाई (चित्रा 3बी) के अनुमान का प्रतिनिधित्व करता है ।
    नोट: पहले, यह आवश्यक साबित करने के लिए खाते में लेने के लिए, कई बार घुमावदार, बाहर कण्डराकला३८के उंमुखीकरण, के रूप में एक संरचनात्मक पार अनुभागीय छवि (चित्रा 3बी) में देखा, आधे रास्ते के बीच लिया मूल और बाहर मांसपेशियों के पेट का अंत ।

Figure 3
चित्रा 3:3DUS विश्लेषण के योजनाबद्ध । (क) एक संरचनात्मक पार-अनुभागीय छवि में लक्ष्य मांसपेशी सीमाओं की पहचान और विभाजन आधी मांसपेशी पेट के साथ । ठोस ग्रीन लाइन मध्य अनुदैर्ध्य विमान के उंमुखीकरण का प्रतिनिधित्व करताहै (यानी बाहर कण्डराकला (नीले बिंदीदार रेखा) के उंमुखीकरण को सीधा उंमुख । (ख) fascicle लंबाई की माप मध्य अनुदैर्ध्य fascicle विमान के भीतर किया जाता है । लाल पारदर्शी क्षेत्र मांसपेशियों की सीमाओं की पहचान के द्वारा विभाजित है । एक बिंदीदार पीली लाइन आधी मांसपेशियों के पेट पर रखा गया है और घुमाया जब तक यह अंतर्निहित fascicles की दिशा से मेल खाता है । समीपस्थ और बाहर aponeuroses (मोटी ठोस पीली लाइन से जुड़ा) के साथ इस लाइन के चौराहों fascicle लंबाई के अनुमान का प्रतिनिधित्व करते हैं । ठोस ग्रीन लाइन स्थिति और संरचनात्मक पार अनुभागीय विमान के उन्मुखीकरण का प्रतिनिधित्व करता है. Top: जीएम (एम. gastrocnemius medialis) और बॉटम: वीएल (मी. वास्तू lateralis) बलवान. पैमाने के लिए सफेद चौकों 1 सेमी x 1 सेमी का प्रतिनिधित्व करते हैं. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Representative Results

वर्णित 3DUS तकनीक में जीएम और वीएल के चार पुरुष मानव cadavers, आयु में मृत्यु ७६.८ ± ७.९ वर्ष (मतलब ± एसडी) के रूपात्मक डाटा एकत्र करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । cadavers शरीर रचना विज्ञान और Vrije Universiteit चिकित्सा केंद्र (VUmc), एंस्टर्डम, नीदरलैंड के तंत्रिका विज्ञान विभाग के दान कार्यक्रम के माध्यम से प्राप्त किए गए । शरीर एक embalming ऊतक के रूपात्मक सुविधाओं को बनाए रखने के उद्देश्य से विधि का उपयोग कर संरक्षित किया गया३९।

विच्छेदन से पहले, एक 3DUS छवि जीएम और वीएल पद्धति के अनुसार वर्णित किया गया था । विच्छेदन के दौरान, त्वचा, चमड़े के नीचे ऊतक, और जीएम और वीएल ओवरले fasciae हटा दिया गया । एक मध्य अनुदैर्ध्य अनुभाग काट रहा था, खाते में बाहर कण्डराकला के उंमुखीकरण ले । एक कैलिपर का प्रयोग, fascicle लंबाई मापा गया था, आधी मूल और मांसपेशियों के पेट के बाहर के अंत के बीच. तत्पश्चात tenotomy के बाद बलवान पेट में विच्छेदित हो गया और नपे-तुले जल स्तम्भ में जलमग्न हो गया । ImageJ का उपयोग कर, मात्रा के साथ और मांसपेशी पेट के बिना पानी स्तंभ के फोटोग्राफ पर मापा गया, और मांसपेशी की मात्रा अंतर४०से गणना की गई थी । Fascicle लंबाई और वॉल्यूम तीन बार मापा गया और माध्य और मानक विचलन मान परिकलित किए गए थे । 3DUS विधि और विच्छेदन माप के बीच कसौटी वैधता औसत fascicle लंबाई और मांसपेशियों की मात्रा के लिए एक पियरसन के सहसंबंध का उपयोग कर परीक्षण किया गया था । fascicle लंबाई और मात्रा माप व्युत्पंन 3DUS विधि की इंट्रा ॅातृ विश्वसनीयता एक दो तरह मिश्रित मॉडल अंतर वर्ग सहसंबंध गुणांक (आईसीसी3, 3)४१का उपयोग कर मात्रा था, और डेटा के लघुगणकीय परिवर्तन के बाद, भिंनता का गुणांक (CV) परिकलित किया गया था । fascicle लंबाई और मांसपेशियों की मात्रा माप की वैधता महत्वपूर्ण और उच्च सहसंबंध द्वारा पुष्टि की गई (r = ०.९९८, p < 0.01 और r = ०.९८५, p < 0.01, क्रमशः) । fascicle लंबाई और मात्रा की माप व्युत्पंन 3DUS विधि की इंट्रा ॅातृ विश्वसनीयता उच्च था (आईसीसी3, 3 ०.९८३, cv ७.३%, और आईसीसी3, 3 ०.९९८, cv ५.४%, क्रमशः) । यह निष्कर्ष निकाला है कि 3DUS दृष्टिकोण प्रस्तुत मानव वीएल और जीएम की मात्रा और fascicle लंबाई मूल्यांकन के लिए एक वैध और विश्वसनीय उपकरण है (तालिका 1) ।

Table 1
तालिका 1: मांयता डेटा शव । C# शव number आहे, GM आहे मी. gastrocnemius medialis, वीएल आहे मी. देतो lateralis. "विच्छेदन" शव विच्छेदन से परिणाम दिखाता है, और "3DUS" cadavers के 3DUS छवि विश्लेषण से परिणाम दिखाता है ।

Discussion

एक वैध और विश्वसनीय 3DUS तकनीक है कि कंकाल की मांसपेशियों की morphometric चर के तेजी से विश्लेषण के लिए अनुमति देता है प्रस्तुत किया है । कोमल ऊतक इमेजिंग के लिए विभिंन 3DUS दृष्टिकोण लगभग एक दशक के लिए उपलब्ध किया गया है४२,४३, लेकिन 3DUS दृष्टिकोण अभी भी आमतौर पर इस्तेमाल नहीं कर रहे हैं । एमआरआई vivo मांसपेशी की मात्रा में (उदा., संदर्भ16,17,18,19,20) के आकलन के लिए एक ' गोल्ड स्टैंडर्ड ' है । एमआरआई वैधता का परीक्षण किया गया है और या तो प्रेतों या ज्ञात मात्रा के cadaveric अंगों एमआरआई आधारित मात्रा अनुमान४४,४५की तुलना में अध्ययन में पुष्टि की । हालांकि, अनुसंधान के लिए एमआरआई उपलब्धता सीमित है और स्कैन समय लेने और महंगा है । इसके अलावा, प्रयोगात्मक विषय मुद्राओं एमआरआई स्कैनर के बोर जब्त द्वारा सीमित कर रहे हैं । ठेठ श्री छवियाँ मांसपेशी ज्यामिति (fascicle लंबाई और कोण) के चर की माप प्रदर्शन करने के लिए अपर्याप्त विपरीत उत्पन्न. हालांकि, 3 डी मांसपेशी ज्यामिति भी अतिरिक्त तकनीक का उपयोग करके एमआरआई का उपयोग कर मूल्यांकन किया जा सकता है, जैसे, DTI तकनीक21। एमआरआई के समान, अमेरिका इमेजिंग ऊतकों के विभिंन प्रकार के बीच इंटरफेस पर पर्याप्त अंतर प्रदान करता है (यानी हमारे भीतर दिखाई छवियों), कोमल ऊतकों की मात्रा आकलन के लिए एक वैध साधन प्रदान1,30 ,४४,४६,४७,४८,४९. एमआरआई के विपरीत, 3DUS छवियों को एक ही माप से दोनों मात्रा और मांसपेशियों की ज्यामिति पर विश्लेषण करने के लिए पर्याप्त विपरीत है ।

इसके अलावा, प्रस्तुत तकनीक एक सरणी में एकाधिक झाडू की छवियों के संयोजन की अनुमति देता है, बड़ा मांसपेशियों के अध्ययन के लिए । इस नए 3DUS विधि मांसपेशी आकृति विज्ञान के नैदानिक आकलन के लिए एक संभावित उपकरण प्रदान करता है । इस विधि इमेजिंग नरम ऊतक मांसपेशियों के अलावा अंय संरचनाओं के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है (जैसे, tendons, आंतरिक अंगों, धमनियों) ।

ऑफ़लाइन संसाधन समय में सुधार करने के लिए संशोधन:

3DUS दृष्टिकोण के संशोधनों को मुख्य रूप से प्रसंस्करण समय में सुधार लाने और बड़े मांसपेशियों को मापने के उद्देश्य से किया गया । एक 3DUS छवि के ऑफ़लाइन प्रसंस्करण समय voxel सरणी सेटिंग्स पर निर्भर करता है, नमूना आवृत्ति, रॉय के आकार, स्वीप की अवधि और गति, झाडू की संख्या, और इस्तेमाल किया कार्य केंद्र. पहले, ≈ 2 एच के एक पुनर्निर्माण के समय केवल एक झाडू उपज ७५० अमेरिकी छवियों (30 एस पर 25 हर्ट्ज)15,25,30के पुनर्निर्माण के लिए आवश्यक था । वर्तमान 3DUS विधि के साथ, एक ही झाडू लेता है केवल ५० s पुनर्निर्माण समय (में सुधार ' ऑफलाइन ' प्रसंस्करण समय द्वारा ९९%) । इस सुधार के द्वारा समझाया जा सकता है बढ़ाया भरने एल्गोरिथ्म है कि बड़े वेक्टर आपरेशनों का उपयोग करने के लिए voxels फ्रेम-दर-फ्रेम, भरने के बजाय पिक्सेल पिक्सेल प्रति और वृद्धि यादृच्छिक एक्सेस मेमोरी (RAM) कार्यस्थानों की बड़ी voxel सरणियों का निर्माण करने के लिए । नई 3DUS दृष्टिकोण के साथ, एक ठेठ पुनर्निर्माण 30 सेमी की गति से एक झाडू लंबाई का प्रतिनिधित्व 1 सेमी/एस, एक लक्ष्य voxel आकार के साथ ०.२ x ०.२ x ०.२ mm3 और 25 हर्ट्ज के एक नमूना आवृत्ति, पुनर्निर्माण करने के लिए निम्न समय लेता है :

a. लगभग 10 एस तुल्यकालन पल्स की पहचान और प्रासंगिक अमेरिका छवियों का चयन करने के लिए ।
b. लगभग १२० अंशांकन परिवर्तन मैट्रिक्स (पीआरटीIm) का निर्धारण करने के लिए एस ।
c. बिन-फिलिंग स्टेज के लिए लगभग 10 एस.
d. गैप भरने वाले कदमों को क्रियान्वित करने के लिए लगभग 30 एस.

कुल में, ले १७० एस नोट, कदम बी केवल एक बार प्रदर्शन करने की जरूरत है, जांच करने के लिए MoCap मार्करों के एक कठोर कनेक्शन संभालने, एक भी झाडू के पुनर्निर्माण के लिए ५० एस जा । संयोजन दो एकल झाडू खंगाला voxel arrays लगभग लेता है 10 एस ।

सीमाएं और महत्वपूर्ण चरण:

वहां कई 3DUS इमेजिंग पहलुओं है कि ध्यान में रखा जाना चाहिए रहे हैं:

i. हमें छवि गुणवत्ता: 2 डी अमेरिका छवियों के उच्च स्थानिक संकल्प voxel सरणी के भीतर रखा जा करने के लिए और अधिक पिक्सेल प्रदान करते हैं । यह voxel आयामों को कम करने की अनुमति होगी, उच्च voxel घनत्व के लिए अग्रणी । कई वर्तमान में उपलब्ध अल्ट्रासाउंड मशीनों स्थानिक समझौता का उपयोग करने के लिए शोर दानेदार बनावट को कम, बेहतर विरूपण साक्ष्य के लिए अनुमति-ऊतकों के इंटरफेस के मुक्त भेद । बिंदु को कम करने के लिए एक और विकल्प एज बढोतरी है । हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह दृष्टिकोण वांछनीय नहीं है, क्योंकि यह अलग इंटरफेस बनाने के प्रयास में छवि को विकृत करता है, जिससे इंटरफेस की सही संरचनात्मक स्थिति बदरंग हो जाती है ।

ii. MoCap शुद्धता: पिक्सेल को केवल सही रूप से एक voxel में रखा जा सकता है, यदि स्थिति संवेदक जांच के निर्देशांकों को सही quantifies । छवि संकल्प में वृद्धि के साथ, MoCap सटीकता और अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है । प्रस्तुत 3DUS सेटअप ०.२ x ०.२ x ०.२ mm3का एक voxel आयाम के साथ सबसे अच्छा काम करता है, ०.१ mm की सटीकता के साथ एक MoCap सिस्टम का उपयोग कर, 3DUS voxel सरणी को फिर से संगठित करने के लिए पर्याप्त सटीकता प्रदान करते हैं ।

iii. नमूना आवृत्ति: या तो अमेरिका छवियों या MoCap डेटा स्ट्रीम का निंनतम लौकिक रिज़ॉल्यूशन नमूना आवृत्ति को निर्धारित करता है । यह स्वीप समय या voxel सरणी सेटिंग्स को प्रभावित करता है । उदाहरण के लिए, 25 से ५० हर्ट्ज नमूना आवृत्ति दोहरीकरण एक झाडू आधे समय में प्रदर्शन किया जा करने के लिए अनुमति देता है. वैकल्पिक रूप से, नहीं झाडू की गति को बदलने, और अधिक छवियों voxel सरणी को भरने के लिए, कम अंतराल भर जा रहा है और इस तरह संभावित voxel सरणी संकल्प को बढ़ाने प्रदान करता है । हालांकि, voxel सरणी संकल्प बढ़ाने, नमूना आवृत्ति को बढ़ाने के बिना, एक धीमी स्कैन की आवश्यकता है, जो आंदोलन कलाकृतियों की क्षमता में वृद्धि होगी.

iv. छवि पुनर्निर्माण समय: फास्ट पुनर्निर्माण पर्याप्त उपलब्ध रैम के साथ एक शक्तिशाली कार्य केंद्र की आवश्यकता है । इसके अलावा, पुनर्निर्माण का समय काफी हद तक अंतर-भरने की प्रक्रिया की voxel सरणी मात्रा और जटिलता के आधार पर बदलता है ।

v. प्रायोगिक प्रोटोकॉल: प्रायोगिक प्रोटोकॉल का मानकीकरण, वीएल और जीएम के लिए वर्तमान अध्ययन में उदाहरण के रूप में, रूपात्मक माप (जैसे, fascicle लंबाई, fascicle कोण, मांसपेशी पेट की तुलना के लिए आवश्यक है लंबाई, पट्टा लंबाई, कण्डराकला लंबाई) विषयों और अनुदैर्ध्य अध्ययन में विषयों के भीतर की निगरानी के बीच । हालांकि, ध्यान दें कि शेष पर मूल्यांकन आकृति विज्ञान मांसपेशी सक्रियण के दौरान बदल सकता है । उदाहरण के लिए, वीएल प्रयोग के लिए, अधिक से अधिक संकुचन के दौरान घुटने प्रसारक आकृति विज्ञान एक उच्च पेन कोण और ६० ° घुटने के फ्लेक्स में छोटे fascicles, शेष५०पर आकृति विज्ञान के साथ तुलना में प्रदर्शित हो सकता है । कुछ स्थितियों में (उदा, spasticity), electromyography (ईएमजी) परीक्षा के दौरान मांसपेशियों की गतिविधि का स्तर आराम से सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

vi. जांच दबाव और ऊतक विरूपण: यदि पर्याप्त अल्ट्रासाउंड जेल रॉय पर लागू किया जाता है, जांच और त्वचा के बीच पूर्ण संपर्क के लिए रहने के लिए दबाव की राशि सीमित है । मार्गदर्शन के रूप में, हम सलाह है कि एक रॉय स्कैनिंग त्वचा पर मंडरा की तरह महसूस करना चाहिए, और दबाव केवल जेल और जिससे त्वचा के साथ संपर्क में रखने के लिए लागू किया जाना चाहिए । हालांकि, मामूली ऊतक विकृति भी अल्ट्रासाउंड जेल के एक उदार राशि के साथ, अपरिहार्य हो सकता है । जांच आकार और एक घुमावदार रॉय दबाव या जेल इस्तेमाल की आवश्यक राशि को प्रभावित । बड़ा जांच आकार और एक अधिक घुमावदार रॉय अधिक दबाव और/या अधिक जेल की आवश्यकता होती है, एक समान घुमावदार रॉय के साथ छोटे जांच से । एक अंय संभव समाधान के लिए प्रतिध्वनि (यानी गैर त्वचा से संपर्क करें) अमेरिका के चित्र के क्षेत्र को त्यागना है । इसके अलावा, ऊतक विकृति सबसे पहले ऐसी त्वचा और चमड़े के नीचे वसा ऊतक परतों के रूप में ऊतक परतों, में होने की संभावना है । ध्यान दें कि कुछ के साथ कोई चमड़े के नीचे वसा ऊतक विषयों इसलिए अधिक दबाव के प्रतिकूल प्रभाव के लिए प्रवण हैं । इसके अलावा, ऊतक विकृति जांच के केंद्र में सबसे अधिक होने की संभावना होती है, जो आम तौर पर अन्य राज्यभर के साथ ओवरलैप के क्षेत्र नहीं है.

vii. इमेजिंग और संरचनात्मक ज्ञान: किसी भी इमेजिंग रूपरेखा का उपयोग करने में एक और महत्वपूर्ण विचार यह है कि दोनों के ज्ञान को एनाटॉमी और इमेजिंग मोडल सार्थक व्याख्या प्राप्त करने के लिए आवश्यक है । विषयों और छवि कलाकृतियों के बीच संरचनात्मक भिन्नता को मांयता प्राप्त है और संरचनात्मक संरचनाओं की पहचान की प्रक्रिया में ध्यान में रखा जाना चाहिए । यहां तक कि स्वस्थ और/या अच्छी तरह से विकसित की मांसपेशियों के साथ, स्पष्ट पहचान मुश्किल हो सकता है क्योंकि यह शारीरिक ज्ञान की आवश्यकता है एक मांसपेशी के विभिंन घटकों के बीच अंतर या मांसपेशी समूहों के बीच५१। हालांकि, atrophied मांसपेशी में (यानी बुजुर्ग, विकृति के मामले में, या एक शव), स्पष्ट पहचान एक छोटे आकार की वजह से और भी अधिक जटिल है और कम छवि इसके विपरीत है, और इसलिए कुछ अलग ऊतक इंटरफेस (चित्रा 4 ). हमें विश्वास है कि पूर्व संरचनात्मक ज्ञान के बिना, हम इस 3DUS दृष्टिकोण डिजाइनिंग में और 3DUS माप प्रदर्शन में सही निर्णय लेने में सीमित किया गया है । उदाहरण के लिए, जीएम प्रयोगों के लिए, अलग footplate कोण जरूरी मांसपेशी पट्टा जटिल लंबाई में अपेक्षित परिवर्तन, पैर के भीतर विरूपण के कारण7नहीं है । इसके अलावा बाहर कण्डराकला की वक्रता पर विस्तृत संरचनात्मक जानकारी के मध्य अनुदैर्ध्य विमान के सभी विषयों में एक पर्याप्त चयन के लिए आवश्यक था३८।

Figure 4
चित्रा 4: भिन्नता और quadriceps मांसपेशी आधी जांघ के साथ के 3DUS छवियों को खंगाला संरचनात्मक पार की गुणवत्ता. (a) एक पुरुष मानव शव का उदाहरण मौत पर एक atrophied राज्य की एक छवि (मृत्यु आयु: ८१ वर्ष) से पता चलता है । quadriceps मांसपेशी के व्यक्तिगत प्रमुखों की सीमाओं की पहचान मुश्किल है । (ख) एक आसीन पुरुष (आयु 30 वर्ष) का उदाहरण । (ग) एक पुरुष एथलीट रॉवर (30 वर्ष की आयु) का उदाहरण । पैमाने के लिए सफेद चौकों 1 सेमी x 1 सेमी का प्रतिनिधित्व करते हैं. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

भविष्य अनुप्रयोगों:

3DUS दृष्टिकोण एक इमेजिंग उपकरण है कि विभिंन प्रयोजनों और खेल और क्लीनिक में सेटिंग्स के लिए इस्तेमाल किया जा सकता प्रदान करता है । नैदानिक हस्तक्षेप प्रभावशीलता में शारीरिक फिटनेस स्तर५२से संबंधित है । रोगियों जो मांसपेशियों को खोने के जोखिम में है की निगरानी के लिए 3DUS का प्रयोग महत्वपूर्ण है (उदा, संदर्भ५३,५४,५५) और संभावित उपचार के समायोजन के लिए अनुमति देता है । 3DUS का एक और संभावित अनुप्रयोग हस्तक्षेप (प्रशिक्षण) और/या चोट के जवाब में पेशी के रूपात्मक अनुकूलन की निगरानी में निहित है ।

इस प्रोटोकॉल में मुक्तहस्त 3DUS राज्यभर के आधार पर मानव शरीर की कोमल ऊतक संरचना को मापने की लागत और समय-प्रभावी विधि बताई गई है । इसके अलावा, एम. वास्तु lateralis और एम. gastrocnemius medialis के सार्थक रूपात्मक मापदंडों का आकलन मान्य और विश्वसनीय साबित हुआ.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक एडम Shortland और निकॉला तलना जो २००४ में 3 आयामी अल्ट्रासाउंड, जो इस अध्ययन में इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर के विकास के लिए प्रेरणा थे के लिए अपने एल्गोरिदम साझा करने के लिए बहुत आभारी हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ultrasound device (Technos MPX) Esaote, Italy NA
Linear array probe (12.5 Mhz, 5 cm) Esaote, Italy NA
Workstation (HP Z440) HP, USA http://www8.hp.com/us/en/workstations/z440.html
Framegrabber (Canopus, ADVC 300) Canopus, Japan ADVC 300
Motion Capture System (Certus) NDI, Canada http://www.ndigital.com/msci/products/optotrak-certus/
Synchronisation device VU, NL Contact corresponding author
Calibration frame VU, NL Contact corresponding author
Thermometer Greisinger, Germarny GTH 175/PT
Examination table NA NA Any examination table
Inclinometer Lafayette instrument, USA ACU001
Adjustable Footplate VU, NL Contact corresponding author
Torque wrench VU, NL Contact corresponding author
Extendable rod VU, NL Contact corresponding author
Goniometer (Gollehon) Lafayette instrument, USA 1135
Triangular shaped beam NA NA Made out a piece of stiff foam
Lashing straps NA NA Any lashing strap
Surgical skin marker NA NA Any surgical skin marker
Ultrasound transmission gel Servoson NA A sticky gel type is recommended

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References

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चिकित्सा मुद्दा १२९ 3 डी अल्ट्रासाउंड कंकाल की मांसपेशी मांसपेशी की मात्रा वास्तुकला मांसपेशी ज्यामिति आकृति विज्ञान fascicle लंबाई एम. gastrocnemius medialis एम. quadriceps femoris एम. lateralis
3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग: पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस ऊतक के तेजी से और लागत प्रभावी Morphometry
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Weide, G., van der Zwaard, S.,… More

Weide, G., van der Zwaard, S., Huijing, P. A., Jaspers, R. T., Harlaar, J. 3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue. J. Vis. Exp. (129), e55943, doi:10.3791/55943 (2017).

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