Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

3D echografie Imaging: snelle en rendabele Morphometry van Musculoskeletal Tissue

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 echografie imaging (3DUS) maakt snelle en rendabele morphometry van spier-en weefsels. Presenteren we een protocol voor het meten van de spier volume en fascicle lengte met behulp van 3DUS.

Abstract

De ontwikkelingstoxiciteit doel van 3D echografie imaging (3DUS) is om ingenieur een modaliteit om te 3D morfologische echografie analyses van menselijke spieren uit te voeren. 3DUS beelden zijn opgebouwd uit gekalibreerde freehand 2D B-modus echografie beelden, die zijn geplaatst in een voxel-array. Echografie (VS) imaging kunt kwantificering van spiermassa, fascicle lengte en hoek van pennation. Deze morfologische variabelen zijn belangrijke determinanten van spier kracht en lengte aantal kracht inspanning. Het gepresenteerde protocol beschrijft een aanpak om te bepalen van volume en fascicle lengte van m. vastus lateralis en m. gastrocnemius medialis. 3DUS vergemakkelijkt normalisatie 3D anatomische verwijzingen gebruiken. Deze aanpak biedt een snelle en rendabele aanpak voor het kwantificeren van 3D morfologie in skeletspieren. In de gezondheidszorg en sport is informatie over de morphometry van de spieren zeer waardevol in diagnostiek en/of follow-up evaluaties na behandeling of training.

Introduction

In de gezondheidszorg en sport is informatie over de morfologie van de spieren zeer waardevol in diagnostiek en/of evaluaties van de follow-up na behandeling of training1. Echografie (VS) imaging is een tool die vaak gebruikt voor visualisatie van weke delen structuren in spier ziekten2, kritische ziekten3,4, vaatziekten5, neurologische stoornissen6, 7,8, en de effecten van fysieke training6,9,10. Amerikaanse imaging kunt kwantificering van spiermassa, fascicle lengte en hoek van pennation. Deze morfologische variabelen zijn belangrijke determinanten van spier kracht en lengte aantal dwingen inspanning11,12,13,14,15.

Momenteel Amerikaanse imaging metingen worden meestal uitgevoerd in 2D-afbeeldingen, met de examinator kiezen een vermoedelijk geschikt oriëntatie en de locatie van de ultrasone sonde. Dergelijke 2D methoden beperken morfologische metingen tot één beeld vliegtuig, terwijl de parameter van belang mogelijk niet aanwezig in dit vliegtuig. Morfologische analyse vereist een 3D aanpak, die uit-van-plane metingen met behulp van 3D referentiepunten. Een dergelijke 3D morfologische vertegenwoordiging van weke is bekend door de Magnetic Resonance Imaging (MRI)16,17,18,19,20te verstrekken. MRI is echter duur en niet altijd beschikbaar. Visualisatie van spiervezels is het tevens vereist speciale MRI-reeksen, zoals diffusion tensor imaging (DTI)21. Een kosteneffectief alternatief voor MRI is beeldvorming van 3D echografie (3DUS). De 3DUS benadering biedt verschillende voordelen ten opzichte van de MRI-technieken, bijvoorbeeld, het legt minder ruimte beperkingen voor het plaatsen van het onderwerp tijdens een tentamen. 3DUS imaging is een techniek sequentieel 2D (B-modus VS) fotograferen en hen te plaatsen in een volume-element (voxel) matrix22,23,24. Het proces van wederopbouw van 3DUS afbeelding bestaat uit vijf stappen: (1) het vastleggen van een reeks van freehand 2D beelden van de VS; (2) het bijhouden van de positie van de Amerikaanse sonde, met behulp van een Motion Capture (MoCap) systeem; (3) synchroniseren de MoCap positie en Amerikaanse beelden; (4) de berekening van de locatie en oriëntatie van de echografie beelden binnen de voxel-array gebruikmakend van een gekalibreerde systeem van een taakomschrijving; en (5) het plaatsen van deze beelden in deze voxel-array.

De 3DUS aanpak is met succes toegepast voor de beoordeling van de morfologie van skeletspieren15,25,26,27,28,29. Vorige benaderingen7,15,25,30 hebben bleek echter omslachtig, tijdrovend en technisch beperkt, zoals alleen kleine segmenten van grote spieren kon worden gereconstrueerd.

Ter verbetering van de aanpak van de 3DUS, een nieuw 3DUS-protocol ontwikkeld waarmee wederopbouw van volledige spieren binnen een korte periode van tijd. Dit protocol artikel beschrijft het gebruik van 3DUS imaging voor morphometry van de m. vastus lateralis (VL) en de m. gastrocnemius medialis (GM).

Protocol

Alle procedures waarbij menselijke proefpersonen zijn goedgekeurd door de Commissie van medische ethiek van het VU medisch centrum, Amsterdam, Nederland.

1. instrumentation

  1. De echografie apparaat verbinden met de computer van de meting. Indien nodig, gebruik frame-grijper hardware en/of software voor het opslaan van de sequentiële echografie beelden.
    Opmerking: Een lineaire-matrix sonde met 5 cm (12,5 MHz) wordt gebruikt voor het genereren van afbeeldingen van de B-modus (25 Hz). Voor iedere meting, zijn imaging diepte, akoestische frequentie en kracht geoptimaliseerd voor het visualiseren van de interfaces van extra- en intramusculaire bindweefsels. Tijdens de meting, worden deze instellingen niet gewijzigd.
  2. De MoCap systeem verbinden met de computer van de meting.
  3. Stevig verbinden met een marker MoCap cluster de ultrasone sonde voor het bijhouden van de positie en oriëntatie van de Amerikaanse sonde.
  4. De synchronisatie apparaat (piezo-kristallen) verbinden met de trigger input van het MoCap systeem.
    Opmerking: Activering van de synchronisatie-apparaat tijdelijk activeert de piezo-kristal, verzenden van geluidsgolven naar de transducer. De ontvangen verkrijgbare maken een afzonderlijke artefact in de afbeelding van de VS bij de aanvang van het systeem (Figuur 1A, pijl).
  5. De op maat gemaakte kalibratie frame ("Phantom") vullen met water.

2. kalibreren

Opmerking: Voer een ruimtelijke kalibratie om te berekenen van een transformatiematrix opgeeft (aanTuit) van de beelden van de VS met betrekking tot het coördinatensysteem van de sonde. Dit kalibratieproces geweest eerder22beschreven. Zie hieronder voor een korte beschrijving.

  1. Plaats de phantom gevuld met water, houden een crosswire (dat wil zeggen twee verzonken kruising draden) op een bekende positie binnen de phantom coördinatensysteem (Phxyz Figuur 1B, pijl) op een stabiel oppervlak.
  2. De temperatuur van het water meten met een thermometer.
  3. Gebruik de aanwijzer MoCap wilt opnemen van de positie en oriëntatie van de phantom in het globale coördinatensysteem (Gl).
  4. Begin van de Amerikaanse afbeelding bemonstering en activeer MoCap data-acquisitie (beschreven in stap 3.3.3).
  5. Het hoofd van de Amerikaanse sonde (Pr) in het water te dompelen. Vertalen en draaien van de Amerikaanse sonde voor 40 s (sampling bij 25 Hz) in alle richtingen, behoud van zichtbaarheid van de crosswire in de VS beelden (Im).
  6. Stoppen met data-acquisitie.
  7. Synchroniseren van de MoCap gegevens en beelden van de VS door het identificeren van het eerste frame van de VS met de piezo-kristal-gemaakt artefact en bijsnijden van de Amerikaanse Afbeeldingsvolgorde dienovereenkomstig (beschreven in stap 3.4.1.1).
  8. De relevante VS beelden waarin de crosswire is duidelijk zichtbaar en bijhouden van de positie van de crosswire in deze Amerikaanse beelden (ikImxyz) identificeren en corrigeren van de positie van de temperatuur van het water.
  9. Bepalen van de positie van de crosswire ten aanzien van de bewegende Pr door een reeks transformaties van Ph Pr (vergelijking 1) op tijd exemplaren (ik = 1:n) overeenkomt met de identificatie van de crosswire in stap 2.8.
    Equation 1
  10. De Im aan Pr transformatiematrix opgeeft (PrTIm) berekenen door op te lossen vergelijking 2, waarbij alle identificaties van de crosswire in Im (gemeten in stap 2.8) tegelijkertijd afgestemd (ik = 1 : n) coördinaten van de crosswire in Pr (berekend in stap 2.9).
    Equation 2

Figure 1
Figuur 1: schematische van het algoritme 3DUS. (A) Motion Capture (MoCap) system wordt gebruikt voor het bijhouden van een cluster van markers strikt verbonden met de ultrasone sonde, binnen het globale coördinatensysteem (Gl). Synchronisatie van MoCap en echografie gegevens gebeurt maken gebruik van een artefact (pijl) geïntroduceerd door de Optotrak geactiveerd piezo-kristallen. (B) de positie en oriëntatie van het coördinatensysteem van echografie afbeelding (Im) wordt berekend ten opzichte van het coördinatensysteem van de sonde (Pr) door het identificeren van een bekend punt binnen de Pr en Im. Voor dit doel, een douane-ontworpen phantom wordt gevuld met water, houden een crosswire (dat wil zeggen twee verzonken kruising draden) op een bekende positie binnen de phantom coördinatensysteem (Ph). (C) met een reeks transformaties, dit bekend punt in de Prwordt berekend. (D) met een volledige reeks van bekende transformaties, beelden van de Im kunnen worden omgezet in het coördinatensysteem van elke voxel matrix (Va). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

3. experimentele Protocol

Opmerking: De experimentele protocol beschrijft twee gangbaarste protocollen waarbij 3DUS imaging, dat wil zeggen morphometry van GM en VL(Figuur 2).

  1. Onderwerp positionering
    1. Voor de GM-experiment:
      1. Vraag het onderwerp te gevoelig liggen op een onderzoektafel met beide voeten overhangende van de rand van de tafel.
      2. De onderste poot horizontaal uitlijnen door het plaatsen van een steun uit hoofde van het scheenbeen. Fix het bovenbeen naar de onderzoektafel met gewatteerde Sjorringen bandjes om te voorkomen dat de extensie van de knie tijdens de experimentele protocol.
      3. De voet van het been moet worden gezocht in de op maat gemaakte voetenplaat31passen.
      4. Sluit de op maat gemaakte momentsleutel met een bijgevoegde goniometer op de voetenplaat31. Vinden de voetplaat hoek overeenkomt met een extern toegepaste koppel, bijv., 0 Nm(Figuur 2).
      5. Corrigeer de voetplaat in de stand die overeenkomt met de 0 Nm netto Dorsaalflexie moment, met behulp van een uitschuifbare staaf die is verbonden met de tabel (Figuur 2A, pijl).
    2. Voor de VL-experiment:
      1. Vraag de onderwerpen liggende aan een onderzoektafel liggen.
      2. De hoek van de flexie van de knie (d.w.z. geoperationaliseerd als de hoek tussen de lijnen die de centra van de malleolus; lateralis met epicondylus lateralis en de laatste met de grote trochanter) ingesteld op 60 °, door positioneren van de onderbenen op een drager.
      3. Plaats een driehoekig gevormde balk onder de billen om hip beweging te voorkomen.
      4. Fix het onderbeen naar de steun met twee gewatteerde Sjorringen riemen om te voorkomen dat been beweging tijdens de experimentele protocol.
      5. De heup hoek (d.w.z. geoperationaliseerd als de hoek tussen de lijnen die os coracoides verbinden met de grote trochanter, en de laatste met de epicondylus lateralis femoralis) tot 95 °, ingesteld door het veranderen van de hoek van de ondersteuning van de onderzoektafel terug.
        Opmerking: Deze beschreven pose is gekozen, omdat het lijkt op gezamenlijke hoeken tijdens optimale isometrische knie extensie metingen32,33.
  2. Lokalisatie van bony monumenten en regio van belang (ROI)
    Opmerking: Dit gebeurt voor begeleiding van het onderzoek van 3D echografie en voor post experimentele kwantificering van de certificaathouder bovenbeen, onderbeen en voet houding. Identificeren en opnemen van de standpunten van de anatomische bony bezienswaardigheden in het globale coördinatensysteem met de aanwijzer MoCap.
    1. Voor de GM-experiment:
      1. De volgende bezienswaardigheden identificeren door palpatie en markeren met behulp van een markering chirurgische huid: de meest prominente dorsale aspecten van de mediale en laterale femur epicondyles, en de centra van de malleoli van het scheenbeen en kuitbeen.
      2. De VS-apparaat gebruikt, identificeren en markeren met behulp van een chirurgische huid-markering, de meest oppervlakkige punten van de mediale en laterale femur condyles (aan de dorsale zijde van het been) en de meest proximale locatie van het inbrengen van de GM op het hielbeen.
    2. Voor de meting van de VL:
      1. De volgende bezienswaardigheden identificeren door palpatie en markeren met behulp van een markering chirurgische huid: de mediale en laterale malleoli (zoals hierboven); de meest proximale invoeging van de patella pees van de tuberositas tibiae; de mediale en laterale epicondyles (zoals hierboven); de apex van de patella- en de meest mediale proximale en laterale invoeging grenzen op de patella; en os coracoides op de schouder.
      2. Identificeren met de VS-apparaat en markeer de meest oppervlakkige aspect van de grote trochanter en meest proximale invoeging van het VL op de grote trochanter.
    3. Voor alle spieren, gebruiken de MoCap-aanwijzer om de gemarkeerde bezienswaardigheden (beschreven in de punten 3.2.1 en 3.2.2) in het globale coördinatensysteem. De aanwijzer MoCap naar de geïdentificeerde anatomische bezienswaardigheden en de MoCap software gebruiken voor het vastleggen van de positie door op de "record" knop te drukken.
    4. Gebruik van echografie om te identificeren van de mediale en laterale spier-grens; Mark de mediale en laterale grenst aan de huid met behulp van een chirurgische huid marker.
  3. 3D echografie, onderzoek
    1. Instrueer het onderwerp niet te verplaatsen tijdens het onderzoek van 3D echografie.
    2. Breng voldoende ultrageluid-gel op de ROI om goede contact tussen de huid en de Amerikaanse sonde.
      Opmerking: Deze toepassing van gel kunt beperken sonde druk en dus weefsel vervorming noodzakelijk om een duidelijk beeld van de VS.
    3. Open de frame grabbelen software (b.v., WinDV34) op de computer van de meting en de Amerikaanse Beeldacquisitie starten door te klikken op de "Record" knop.
      1. Vervolgens starten en activeren de MoCap data-acquisitie door te drukken op de knop "start" op de synchronisatie-apparaat; Dit activeert automatisch de synchronisatie-apparaat (dat wil zeggen de piezo-kristallen) ligt dicht bij de Amerikaanse sonde, het creëren van een afzonderlijke artefact in het beeld van de Amerikaanse bijeen MoCap initiatie (Figuur 1A, pijl).
    4. Terwijl de minimale sonde druk uit te oefenen nog garanderen van de afbeeldingskwaliteit, beweeg de sonde bij een constante snelheid over de ROI; Dit is een "sweep" genoemd. Zorg ervoor dat er duidelijke anatomische transversale VS beelden van de doelgroep spier zijn opgenomen.
    5. Visueel controleren of beweging van het onderwerp tijdens het onderzoek; Als het onderwerp beweegt, breken de sweep en herhaal vanaf stap 3.3.1.
    6. Protocol voor het experiment GM vegen
      1. Plaats de Amerikaanse sonde proximally aan de condyles van het bovenbeen op het mediale aspect van de dij. Uitvoeren van een sweep (zoals beschreven in de punten 3.3.1 - 3.3.5) in de proximo-distale richting langs de mediale grens van de GM, zorgen voor zichtbaarheid binnen de anatomische transversale beelden van de mediale grens van GM en de achillespees, helemaal naar beneden naar de plaatsing op het hielbeen.
      2. Toevoegen van extra veegt (zoals beschreven in punt 3.3.3 - 3.3.5) totdat de gehele ROI wordt gescand en de mediale grens van de spier is volledig beeld (afbeelding 2B). Gebruik de trace in de gel voor de vorige sweep als leidraad de volgende sweep, iets overlappende (0.5 cm) de vorige rondlopende gebied.
    7. Protocol voor het experiment VL vegen
      1. Plaats de Amerikaanse sonde op het laterale aspect van de tibia plateau. Start een sweep in de distale-proximale richting op de laterale rand van de VL, zorgen voor zichtbaarheid van de laterale rand van VL, helemaal tot aan de oorsprong op de grote trochanter.
      2. Toevoegen van extra veegt (zoals beschreven in punt 3.3.3 - 3.3.5) totdat de gehele ROI wordt gescand en de mediale rand van de VL is volledig beeld (afbeelding 2B). Gebruik de trace in de gel voor de vorige sweep als leidraad de volgende sweep, iets overlappende (0.5 cm) de vorige rondlopende gebied.
        Opmerking: Tijdens het vegen protocol, beweging van het onderwerp moet worden voorkomen, zoals bewegingen negatief effect op de positionering van de 2D beelden van de VS in de voxel-matrix. Het aantal veegt worden bepaald door de breedte van de sonde en de breedte van de doelgroep spieren. Meestal met een sonde breedte van 4 cm en een breedte van de spier van 12 of 18 cm, zijn 5 of 7 veegt, respectievelijk nodig ter dekking van de ROI met inbegrip van de grenzen.

Figure 2
Figuur 2: Schematische voorstelling van de experimentele opstelling en schoonmaakacties van de sonde van de echografie via de doelgroep spieren (m. gastrocnemius medialis (GM) setup en m. vastus lateralis (VL) setup). (A) specifieke gezamenlijke configuraties van het onderwerp voor de twee experimentele omstandigheden. De objecten weergegeven in het groen zijn verstelbaar om de positie en oriëntatie van de ledematen. Pijl geeft een uitschuifbare staaf die is gebruikt om te herstellen van de voetplaat hoek. (B) het pad van meerdere veegt van de sonde van de echografie via de regio's van belang. De blauwe pijlen vertegenwoordigen één veegt over de regio van belang. Links: sweeps over de GM; Rechts: sweeps over de VL. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

  1. 3D echografie voxel matrix wederopbouw
    1. Reconstrueren een één 3DUS voxel matrix (3DUS beeld) uit een enkele sweep over de huid van een specifieke anatomische ROI (bijvoorbeeldspier, pees) door het bin-invullen en inpainting de 3DUS voxel array gebruikmakend van een aangepaste-script. Om een 3DUS voxel-array reconstrueren, door de volgende post experimentele stappen te ondernemen.
      1. De MoCap gegevens en beelden van de VS door het identificeren van het eerste frame van de V.S. synchroniseren met de piezo-kristal-gemaakt artefact en bijsnijden van de VS beeld volgorde dienovereenkomstig met VirtualDub software35. Eerst plaatst u de schuifregelaar van de selectie frame aan de geïdentificeerde eerste frame en druk op de "home"-knop op het toetsenbord. Vervolgens verplaatst u de schuifregelaar naar het einde van de meting (het laatste contact met de huid) en druk op de "einde" knop. Druk op de "F7" knop om de volgorde van de bijgesneden afbeelding te exporteren.
      2. Definieer een coördinatensysteem voxel-matrix (Va) die kunnen worden gevuld met beelden van de VS, met behulp van een aangepaste-script. Ervoor zorgen dat de Va overeenkomstig de scannen richting georiënteerde en formaat aangepast aan alle Amerikaanse afbeeldingen van een enkele sweep.
        Opmerking: In eerste instantie de Va bestaat uit rechthoekige-vormige voxels, met de langere assen in de richting van het vegen; deze vorm verbetert de efficiency van de vulling.
      3. De voxels in de Va met grijs-pixelwaarden in de VS beelden, met behulp van een aangepast script toewijzen. Dit proces wordt beschreven als vooruit mapping of bin-vulling (vergelijking 3; Figuur 1 C) 23 , 24.
        Equation 3
        Opmerking: Dit toont vooruit in kaart brengen van 2D beelden van de VS in de Va volgens de afdrukstand en positie van de beelden in het Va-coördinatensysteem. Kortom, de standpunten van alle pixels van een afbeelding (Imxyz(1:n)) in tijd aanleg (i), worden gelijktijdig toegewezen naar voren in de voxel-array. De procedure van de bin-vulling vult alleen de geadresseerde voxels, waardoor de niet-geadresseerd voxels leeg (dat wil zeggen zwart).
        Opmerking: Equation 7 toont u de inverse van de eerder beschreven transformatiematrix opgeeft (dat wil zeggen een Pr te Gl transformatiematrix opgeeft).
      4. Hiaten in de voxel array (d.w.z. zwarte voxels) met behulp van een aangepast script opsporen. Neem de volgende stappen met behulp van binaire beeldverwerking:
        1. Maak een bin gevulde binaire voxel-matrix waarin alle gevulde voxels worden aangeduid. Gebruik binaire beeldoverdracht dilatatie en erosie, met hetzelfde formaat structureren-element, op het etiket van alle relevante voxels (d.w.z. grijs-waardige voxels) binnen het gescande gebied. Detecteren gaten door af te trekken van de binaire voxel bin gevulde matrix (met gaten) van de relevante voxels (geen pauzes).
          Opmerking: Vervolgbewerkingen voor dilatatie en erosie zijn spiegelbeeld-verwerking stappen voor het voltooien van de binaire beelden. Door het uitvoeren van deze stappen een na de ander, blijven de externe grenzen terwijl de hiaten binnen worden verwijderd.
      5. De geconstateerde leemten met behulp van een "inpaint procedure" en surround grijs-waardige voxels36.
        Opmerking: Deze inpaint techniek kan worden gebruikt om: "leemten met een gladde interpolant gebaseerd op het minimaliseren van de som van de kwadraten van de tweede afgeleide op elke gelabelde voxel gemeten door eindige verschillen op de grid"36.
      6. Egaliseren van de voxel-afmetingen van de Va door 'Bicubisch' interpolatie en de voxel-array opslaan als een gestapelde TIFF-afbeelding (de afbeelding van de 3DUS).
  2. Meerdere veegt wederopbouw
    1. Reconstrueren van alle individuele veegt (beschreven in sectie 3.4) die betrekking hebben op een grotere ROI volgens het dezelfde Va -coördinatensysteem om te fuseren meerdere sweeps.
    2. Maak een nieuwe Va -coördinatensysteem, formaat zodat alle individuele gereconstrueerde sweeps.
    3. Plaats de individuele Vade stapsgewijze in de grotere Va. Als een voxel al door een ander Vais toegewezen, dit voxel alleen worden overschreven als de nieuwe voxel heeft een grijze waarde ≥10 op een schaal van 8-bit, anders de nieuwwaarde voxel grijs wordt verwijderd.

4. meting van de variabelen van de morfologie van de spier

  1. Gebruik de medische interactie Toolkit37 (MITK) om te laden van de afbeelding van de 3DUS en de coördinaten van de oorsprong, inbrengen en distale einde van de buik van de spier op te halen.
    1. Na het laden van de 3D-afbeelding, stel de moten te 'Coupled draadkruis rotatie'. Uitlijnen van de assen met spier- of benige structuren te halen precies de coördinaten.
      Opmerking: MITK heeft de voorkeur boven andere 3D imaging analysesoftware voor de beoordeling van anatomische punten, omdat het mogelijk snel en interactieve voxel matrix snijden in een willekeurige richting ("Coupled draadkruis rotatie") maakt, vergemakkelijking van de identificatieprocedure.
  2. Om te meten spier volume, gebruik MITK om te identificeren van de grenzen van de buik spier tussen de oorsprong en de distale einde van de buik van de spier. Gebruik de ingebouwde MITK-segmentatie handmatig segmenten de meerdere anatomische dwarsdoorsneden gelijkmatig, verspreid langs de spier buik lengte (Figuur 3A).
    1. Open de 'segmentatie tool' en maak van een 'nieuwe segmentatie.' Start het segmenteren van de grenzen van de spier geïdentificeerd in een dwarsdoorsnede die halverwege langs de buik van de spier. Druk op 'A' op het toetsenbord toe te voegen een handmatige segmentatie en tekenen door op de linkermuisknop te drukken en het verplaatsen van de cursor na de grenzen van de spier. Druk op de ' te verwijderen delen van segmentatie.
    2. Druk op de sleutel die overeenkomt met de laatste geselecteerde modus (dat wil zeggen 'A' of de ') om het dradenkruis naar andere dwarsdoorsneden langs de buik van de spier. Herhaal stap 4.2.1 de nieuwe geselecteerde doorsnede in segmenten. Herhaal deze stap voor ten minste 6 keer, voordat u verdergaat met de volgende stap.
    3. Instellen 'Interpolatie' naar 'inschakelen', bekijkt u de voorgestelde segmentaties van de grenzen van de spier (gele lijnen) in alle dwarsdoorsneden langs de lengte van de spier buik.
    4. Voeg extra segmentaties in de dwarsdoorsneden waarin de voorgestelde geïnterpoleerde segmentatie (gele lijn) komt niet overeen met de grens van de spier in de afbeelding. Herhaal stap 4.2.2.
    5. Druk op de knop 'Bevestigen voor alle segmenten' en selecteer het vlak waarin de segmentaties werden gemaakt.
    6. Het binaire volume opslaan als een bestand bijna rauwe raster data (NRRD) en bereken de grootte van het label volume met behulp van een aangepaste-script.
  3. De oriëntatie van het vliegtuig van de medio-longitudinaal fascicle van de spier buik, met de volledige lengte van werken (Figuur 3A)38vinden.
    Opmerking: Het medio-langsvlak is gedefinieerd door drie punten. De oorsprong en de distale einde van de buik van de spier zijn de eerste twee punten. Het derde punt wordt gevonden in een anatomische transversale afbeelding halverwege tussen de oorsprong en de distale einde van de buik van de spier. Binnen dit anatomische transversale beeld, het middelpunt tussen de eerste twee punten geprojecteerd op de tangens van de opbrengsten van de distale aponeurosis een derde punt dat samen met de oorsprong en distale-einde van de spier buik definieert het medio-langsvlak.
  4. Meet de lengte van de fascicle op een vooraf gedefinieerde gestandaardiseerde positie tussen de oorsprong en de distale einde van de buik van de spier (bijvoorbeeld50%) van de medio-langsvlak. Segment van de grenzen van de spier. Plaats een lijn halverwege en draai deze regel totdat deze overeenkomt met de richting van de onderliggende werken. De snijpunten van deze lijn met de grenzen van de spier vertegenwoordigt de schatting van de lengte van de fascicle (Figuur 3B).
    Opmerking: Eerder, bleek het noodzakelijk rekening te houden, soms gebogen, oriëntatie van het distale aponeurosis38, zoals gezien in een anatomische transversale afbeelding (Figuur 3B), halverwege tussen oorsprong en distale einde van de buik van de spier.

Figure 3
Figuur 3: schematische van de analyse 3DUS. (A) identificatie en segmentatie van de doelgroep spier grenzen in een anatomische transversale afbeelding halverwege langs de buik van de spier. De solide groene lijn geeft de richting van het midden-langsvlak (d.w.z. georiënteerde loodrecht op de richting van de distale aponeurosis (blauwe stippellijn). (B) meting van de lengte van de fascicle wordt uitgevoerd binnen het mid-longitudinaal fascicle vliegtuig. De rode transparante regio is gesegmenteerd door identificatie van spier grenzen. Een gele stippellijn wordt geplaatst halverwege op de buik van de spier en gedraaid totdat deze overeenkomt met de richting van de onderliggende werken. De snijpunten van deze lijn met de proximale en distale aponeuroses (verbonden door dikke ononderbroken gele lijn) vertegenwoordigen de schatting van fascicle lengte. De solide groene lijn geeft de positie en oriëntatie van de anatomische transversale vlak. Boven: GM (m. gastrocnemius medialis) en onder: VL (m. vastus lateralis) spier. De witte vierkanten voor schaal vertegenwoordigen 1 cm x 1 cm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Representative Results

De beschreven 3DUS techniek werd gebruikt om de morfologische gegevens verzamelen van de GM en VL in vier mannelijke menselijke kadavers, leeftijd bij overlijden 76,8 ± 7.9 jaar (gemiddelde ± SD). De kadavers zijn verkregen via de donatie-programma van de afdeling Anatomie en neurowetenschappen van de Vrije Universiteit medisch centrum (VUmc), Amsterdam, Nederland. De organen werden bewaard een balseming methode gericht op de handhaving van de morfologische kenmerken van het weefsel39.

Voorafgaand aan de dissectie, werd een 3DUS beeld gemaakt van de GM en VL volgens de methodologie beschreven. Tijdens de dissectie, werden huid, subcutaan weefsel en fasciae bedekken de GM en VL verwijderd. Een medio-Langsdoorsnede werd gesneden, de oriëntatie van de distale aponeurosis in aanmerking te nemen. Met behulp van een schuifmaat, was de fascicle lengte gemeten, halverwege tussen de oorsprong en het distale uiteinde van de spier buik. Vervolgens, na tenotomy, was de spier buik ontleed en ondergedompeld in een gekalibreerde waterkolom. Met behulp van ImageJ, de volumes werden gemeten op foto's van de waterkolom met en zonder de buik van de spier en spier volume was berekenen het verschil €40. Fascicle lengte en volume werden drie keer gemeten en het gemiddelde en de opgegeven standaarddeviatie waarden werden berekend. Criterium geldigheidsduur tussen de 3DUS methode en dissectie metingen werd getest met behulp van een Pearson correlatie voor gemiddelde fascicle lengte en spier volume. Intra-rater betrouwbaarheid van de 3DUS-methode afgeleide fascicle lengte en volume metingen werd gekwantificeerd aan de hand van een two-way gemengd model intra-class correlatie coëfficiënt (ICC3,3)41, en na de logaritmische transformatie van de gegevens, de variatiecoëfficiënt (CV) werd berekend. De geldigheid van fascicle lengte en spier volume metingen werden bevestigd door belangrijke en hoge correlaties (r = 0.998, p < 0,01 en r = 0.985, p < 0,01, respectievelijk). Intra-rater betrouwbaarheid van de 3DUS-methode afgeleid metingen van fascicle lengte en volume was hoog (ICC3,3 0.983, CV 7,3% en ICC3,3 0.998, CV 5,4%, respectievelijk). Geconcludeerd wordt dat de gepresenteerde 3DUS-benadering een valide en betrouwbaar hulpmiddel voor volume en fascicle lengte beoordeling van menselijke VL en GM (tabel 1 is).

Table 1
Tabel 1: Cadaver validatie Data. C# is Cadaver nummer GM m. gastrocnemius medialis, VL is m. vastus lateralis. "Dissectie" toont de resultaten van de dissectie cadaver, en "3DUS" toont de resultaten van de beeldanalyse van 3DUS van de kadavers.

Discussion

De techniek van een valide en betrouwbare 3DUS wordt gepresenteerd dat voorziet in de snelle analyse Morfometrische variabelen van skeletspieren. Verschillende 3DUS benaderingen voor de beeldvorming van de weke delen zijn al beschikbaar voor ongeveer een decennium42,43, maar de 3DUS benaderingen zijn nog steeds niet vaak gebruikt. MRI is een 'gouden standaard' voor de raming van in vivo spier volumes (bv., verwijst naar16,17,18,19,20). Geldigheid van de MRI is getest en bevestigd in studies vergelijken phantoms of organen van de dode foetussen van bekend volume aan volume MRI gebaseerde ramingen44,45. Echter, de beschikbaarheid van de MRI voor onderzoek is beperkt en scans zijn tijdrovend en duur. Daarnaast grijpen experimentele onderwerp houdingen worden beperkt door de boring van de MRI-scanners. Typische heer afbeeldingen genereren onvoldoende contrast voor het uitvoeren van metingen van de variabelen van de spier meetkunde (fascicle lengtes en hoeken). 3D spier geometrie, kan echter wel worden beoordeeld ook met behulp van MRI door gebruik te maken van aanvullende technieken, bijvoorbeeld, DTI techniek21. Vergelijkbaar met MRI, Amerikaanse imaging biedt voldoende onderscheid aan grensvlakken tussen verschillende types van weefsels (dat wil zeggen zichtbaar is binnen ons beelden), een geldige modaliteit te voorzien van zachte weefsels volume beoordeling1,30 ,44,46,47,48,49. In tegenstelling tot MRI hebben 3DUS beelden voldoende contrast om analyses uit te voeren op zowel het volume als spier geometrie uit dezelfde meting.

Verder staat de techniek gepresenteerd combining images voor meerdere veegt in een array, voor de studie van grotere spieren. Deze nieuwe methode van 3DUS biedt een potentieel instrument voor klinische beoordeling van de morfologie van de spieren. Deze methode kan ook worden gebruikt voor imaging-soft-weefsel structuren dan spier (bijvoorbeeld, pezen, inwendige organen, bloedvaten).

Wijzigingen aan off line verwerkingstijd te verbeteren:

Wijzigingen van de 3DUS benadering waren vooral gericht op verbetering van de verwerkingstijd en het meten van de grotere spieren. De off line verwerkingstijd van een 3DUS afbeelding is afhankelijk van voxel matrix instellingen, bemonsteringsfrequentie, grootte van de ROI, de duur en de snelheid van de sweep, aantal veegt en het gebruikte werkstation. Een tijd van de wederopbouw van ≈ 2 h was nodig voor de wederopbouw van slechts één sweep 750 Amerikaanse beelden oplevert (30 s bij 25 Hz)15,25,30. Met de huidige methode van de 3DUS duurt de dezelfde sweep slechts 50 s wederopbouw (verbetering van de 'offline' verwerkingstijd door 99%). Deze verbetering kan worden verklaard door de verbeterde vulling-algoritme dat gebruik maakt van grote vector operaties om te vullen het voxels frame-voor-frame, in plaats van pixel per pixel en verhoogde RAM-geheugen (RAM) van werkstations aan het construeren van grotere voxel matrices. Met de nieuwe benadering van de 3DUS duurt een typische reconstructie vertegenwoordigen een sweep lengte van 30 cm met een snelheid van 1 cm/s, met een doelgrootte voxel van 0,2 x 0,2 x 0,2 mm3 en een sampling-frequentie van 25 Hz, de volgende reconstrueren :

a. ongeveer 10 s te identificeren van de synchronisatie pols en relevante VS beelden selecteren.
b. ongeveer 120 s om te bepalen van de kalibratie transformatiematrix opgeeft (PrTIm).
c. ongeveer 10 s voor de fase van de bin-vulling.
d. ongeveer 30 s voor het uitvoeren van de stappen van de kloof-vulling.

In totaal 170 s. nota, moet stap b alleen moet worden uitgevoerd zodra, uitgaande van een starre verbinding de MoCap-markeringen aan de sonde, waardoor 50 s voor de wederopbouw van een enkele sweep. Het combineren van twee één sweep gereconstrueerd voxel matrices neemt ongeveer 10 s.

Beperkingen en kritische stappen:

Er zijn verschillende 3DUS imaging aspecten waarmee rekening moeten worden gehouden:

i. VS beeldkwaliteit: hogere ruimtelijke resolutie van 2D VS beelden bieden meer pixels te plaatsen binnen de voxel-matrix. Hierdoor zouden de voxel afmetingen dalen, wat leidt tot hogere voxel dichtheid. Verschillende beschikbare echografie machines gebruik ruimtelijke compounding om de lawaaierige korrelige textuur, waardoor beter artefact-vrije onderscheid van de interfaces van weefsels. Een andere optie om spikkel is de verhoging van de rand. Echter, opgemerkt moet worden dat deze aanpak niet wenselijk, is aangezien het vervormt de afbeelding in een poging om het maken van afzonderlijke interfaces, de ware anatomische positie van de interfaces zo te verstoren.

II. MoCap nauwkeurigheid: Pixels kunnen alleen worden nauwkeurig geplaatst in een voxel, als de positie sensor nauwkeurig de coördinaten van de sonde kwantificeert. Met een toename van de beeldresolutie wordt MoCap nauwkeurigheid steeds belangrijker. De gepresenteerde 3DUS setup werkt best met een voxel dimensie van 0,2 x 0,2 x 0,2 mm3, met behulp van een MoCap systeem met een nauwkeurigheid van 0,1 mm, met voldoende nauwkeurigheid om de 3DUS voxel-array reconstrueren.

III. Sample frekwentie: de laagste temporele resolutie van de beelden van de VS of MoCap gegevensstroom bepaalt de samplefrequentie. Dit beïnvloedt de sweep-tijd of de instellingen van de matrix voxel. Bijvoorbeeld, staat een verdubbeling van de samplefrequentie van 25 tot 50 Hz een sweep moet worden uitgevoerd in de helft van de tijd. Anderzijds levert niet wijzigen van de snelheid van de sweep, meer beelden om te vullen de voxel-matrix, waardoor minder lacunes worden opgevuld en daardoor potentieel verhogen van de resolutie van de matrix voxel. Verhogen van de voxel matrix resolutie, zonder het verhogen van de bemonsteringsfrequentie, vereist echter een tragere scan, waardoor de mogelijkheden van bewegingsartefacten.

IV. tijd van de wederopbouw van het beeld: snelle reconstructies vereisen een krachtig workstation met voldoende beschikbare RAM-geheugen. Wederopbouw tijd varieert bovendien grotendeels op basis van het voxel matrix volume en de complexiteit van het proces van de kloof-vulling.

v. experimentele protocol: standaardisatie van het experimentele protocol, zoals wordt geïllustreerd in de huidige studie voor de VL en GM, is essentieel voor de vergelijking van morfologische metingen (b.v.fascicle lengte, fascicle hoek, spier buik lengte, pees lengte, aponeurosis lengte) tussen onderwerpen en toezicht binnen de onderwerpen in longitudinale studies. Nochtans, merken op dat de morfologie beoordeeld in rust tijdens het activeren van de spieren wijzigen kan. Bijvoorbeeld, voor de VL-experiment, kan de morfologie extensor knie tijdens maximale contractie aantonen een hoek van de hoge pennation en kortere werken in 60° knie flexie, in vergelijking met de morfologie bij rest50. Onder bepaalde voorwaarden (bv., spasticiteit), elektromyografie (EMG) kan worden gebruikt om te controleren of rust spier activiteitsniveaus tijdens onderzoek.

VI. Probe druk en weefsel vervorming: als ruime ultrageluid-gel op de ROI wordt toegepast, de hoeveelheid druk te blijven voor volledige contact tussen sonde en de huid is beperkt. Als leidraad adviseren wij dat scannen een ROI voelen moet als zweefde over de huid, en druk moet alleen worden toegepast om te houden in contact met de gel en daardoor de huid. Lichte weefsel vervorming kan evenwel onvermijdelijk, zelfs met een royaal bedrag van ultrageluid-gel. De grootte van de sonde en een gebogen ROI beïnvloeden het normbedrag van druk of gel gebruikt. Sonde groter en een meer gebogen ROI vereisen meer druk en/of meer gel, dan kleinere sondes met een soortgelijke gebogen ROI. Een andere mogelijke oplossing is te negeren de galm (d.w.z. niet--contact met de huid)-regio van de Amerikaanse beelden. Daarnaast is weefsel vervorming zeer waarschijnlijk optreden in de eerste lagen van weefsel, zoals huid en onderhuids vetweefsel lagen. Merk op dat met weinig tot geen onderhuids vetweefsel houdtzich voornamelijk bezig dus vatbaarder voor schadelijke gevolgen van druk. Bovendien, optreedt de weefsel vervorming waarschijnlijk in het midden van de sonde, die meestal niet de regio van overlapping met andere sweeps is.

VII. Imaging en anatomische kennis: een andere belangrijke overweging bij het gebruik van een imaging modaliteit is dat de kennis van de anatomie en de beeldvorming modaliteit noodzakelijk is dat er zinvolle interpretatie. Anatomische variatie tussen onderwerpen en artefacten van de afbeelding moet worden erkend en in aanmerking genomen bij het identificatieproces van anatomische structuren. Zelfs met gezonde en/of goed ontwikkelde spieren, kan duidelijke identificatie moeilijk zijn aangezien er anatomische kennis om te differentiëren tussen de verschillende onderdelen van een spier of tussen spier groepen51. Echter in linkerarm spier (dwz ouderen, in het geval van pathologie, of een kadaver), de duidelijke identificatie is nog complexer vanwege een kleinere omvang daalde afbeeldingscontrast en daarom minder verschillende weefsel interfaces (Figuur 4 ). Wij geloven dat zonder voorafgaande anatomische kennis, zou hebben wij zijn beperkt in het maken van de juiste beslissingen bij het ontwerpen van de aanpak van dit 3DUS en bij het uitvoeren van de metingen van de 3DUS. Bijvoorbeeld voor GM experimenten veroorzaken verschillende voetenplaat hoeken noodzakelijkerwijs geen verwachte veranderingen in de spier pees complexe lengtes, als gevolg van de vervorming binnen de voet7. Gedetailleerde anatomische informatie over de kromming van de distale aponeurosis was ook essentieel voor een adequate selectie van het medio-langsvlak in alle onderwerpen38.

Figure 4
Figuur 4: variatie en kwaliteit van gereconstrueerd anatomische transversale 3DUS beelden van de quadriceps spier halverwege langs de dij. (A) voorbeeld van een mannelijke menselijke cadaver bevat een afbeelding van een linkerarm staat bij dood (dood leeftijd: 81 jaar). Identificatie van de grenzen van individuele hoofden van de quadriceps spier is moeilijk. (B) voorbeeld van een sedentaire man (leeftijd 30 jaar). (C) voorbeeld van een mannelijke atleet roeier (leeftijd 30 jaar). De witte vierkanten voor schaal vertegenwoordigen 1 cm x 1 cm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Toekomstige toepassingen:

De aanpak van 3DUS biedt een imaging tool die worden voor verschillende doeleinden en instellingen in de sport en klinieken gebruikt kan. In klinische interventies is effectiviteit gerelateerd aan de lichamelijke conditie niveau52. Met behulp van de 3DUS voor de controle van patiënten die een risico van verlies van spier massa is belangrijk (bijvoorbeeldverwijzingen53,54,55) en potentieel zorgt voor aanpassing van de behandeling. Een andere mogelijke toepassing van de 3DUS ligt bij het toezicht op de morfologische aanpassing voor muscle in reactie op tussenkomst ("opleiding") en/of letsel.

Dit protocol beschreven een kosten - en tijd-effectieve methode voor het meten van de weke delen structuur van het menselijk lichaam op basis van freehand 3DUS veegt. Bovendien, beoordeling van de zinvolle morfologische parameters van de m. vastus lateralis en medialis van de m. gastrocnemius bleek te zijn valide en betrouwbaar.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs zijn Adam Shortland en Nicola Fry die gedeeld hun algoritmen voor de 3-dimensionale echografie in 2004, die de inspiratie voor de ontwikkeling van de software gebruikt in deze studie vormden zeer dankbaar.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Reeves, N. D., Maganaris, C. N., Narici, M. V. Ultrasonographic assessment of human skeletal muscle size. Eur. J. Appl. Physiol. 91, 116-118 (2004).
  2. Van Den Engel-Hoek, L., Van Alfen, N., De Swart, B. J. M., De Groot, I. J. M., Pillen, S. Quantitative ultrasound of the tongue and submental muscles in children and young adults. Muscle Nerve. 46, 31-37 (2012).
  3. Seymour, J. M., et al. Ultrasound measurement of rectus femoris cross-sectional area and the relationship with quadriceps strength in COPD. Thorax. 64, 418-423 (2009).
  4. Seymour, J. M., et al. The prevalence of quadriceps weakness in COPD and the relationship with disease severity. Eur. Respir. J. 36, 81-88 (2010).
  5. Ho, S. S. Y. Current status of carotid ultrasound in atherosclerosis. Quant. Imaging Med. Surg. 6, 285-296 (2016).
  6. Barber, L., Barrett, R., Lichtwark, G. Passive muscle mechanical properties of the medial gastrocnemius in young adults with spastic cerebral palsy. J. Biomech. 44, 2496-2500 (2011).
  7. Huijing, P. A., Bénard, M. R., Harlaar, J., Jaspers, R. T., Becher, J. G. Movement within foot and ankle joint in children with spastic cerebral palsy: a 3-dimensional ultrasound analysis of medial gastrocnemius length with correction for effects of foot deformation. BMC Musculoskelet. Disord. 14, 365 (2013).
  8. Shortland, A. P., Harris, C. A., Gough, M., Robinson, R. O. Architecture of the medial gastrocnemius in children with spastic diplegia. Dev. Med. Child Neurol. 44, 158-163 (2002).
  9. Farup, J., et al. Muscle Morphological and Strength Adaptations to Endurance Vs. Resistance Training. J. Strength Cond. Res. 26, 398-407 (2012).
  10. Timmins, R. G., Shield, A. J., Williams, M. D., Lorenzen, C., Opar, D. A. Architectural adaptations of muscle to training and injury: a narrative review outlinig the contributions by fascicle lenght, pennation angle and muscle thickness. Br. J. Sports Med. 0, 1-7 (2016).
  11. Huijing, P. Important experimental factors for skeletal muscle modelling: non-linear changes of muscle length force characteristics as a function of degree of activity. Eur. J. Morphol. 34, 47-54 (1996).
  12. Van der Linden, B., Koopman, H., Grootenboer, H. J., Huijing, P. A. Modelling functional effects of muscle geometry. J. Electromyogr. Kinesiol. 8, 101-109 (1998).
  13. Woittiez, R. D., Huijing, P. A., Boom, H. B., Rozendal, R. H. A three-dimensional muscle model: a quantified relation between form and function of skeletal muscles. J. Morphol. 182, 95-113 (1984).
  14. Lieber, R. L., Blevins, F. T. Skeletal muscle architecture of the rabbit hindlimb: functional implications of muscle design. J. Morphol. 199, 93-101 (1989).
  15. Weide, G., et al. Medial gastrocnemius muscle growth during adolescence is mediated by increased fascicle diameter rather than by longitudinal fascicle growth. J. Anat. 226, 530-541 (2015).
  16. Fukunaga, T., et al. Physiological cross-sectional area of human leg muscles based on magnetic resonance imaging. J. Orthop. Res. 10, 926-934 (1992).
  17. LeBlanc, A., et al. Muscle volume, MRI relaxation times (T2), and body composition after spaceflight. J. Appl. Physiol. 89, (2000).
  18. Lindemann, U., et al. Association between Thigh Muscle Volume and Leg Muscle Power in Older Women. PLoS One. 11, 0157885 (2016).
  19. Gopalakrishnan, R., et al. Muscle Volume, Strength, Endurance, and Exercise Loads During 6-Month Missions in Space. Aviat. Space. Environ. Med. 81, 91-104 (2010).
  20. Wakahara, T., Ema, R., Miyamoto, N., Kawakami, Y. Inter- and intramuscular differences in training-induced hypertrophy of the quadriceps femoris: association with muscle activation during the first training session. Clin. Physiol. Funct. Imaging. , (2015).
  21. Pamuk, U., Karakuzu, A., Ozturk, C., Acar, B., Yucesoy, C. A. Combined magnetic resonance and diffusion tensor imaging analyses provide a powerful tool for in vivo assessment of deformation along human muscle fibers. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 63, 207-219 (2016).
  22. Prager, R. W., Rohling, R. N., Gee, A. H., Berman, L. Rapid calibration for 3-D freehand ultrasound. Ultrasound Med. Biol. 24, 855-869 (1998).
  23. Solberg, O. V., Lindseth, F., Torp, H., Blake, R. E., Nagelhus Hernes, T. A. Freehand 3D Ultrasound Reconstruction Algorithms-A Review. Ultrasound Med. Biol. 33, 991-1009 (2007).
  24. Gee, A., Prager, R., Treece, G., Berman, L. Engineering a freehand 3D ultrasound system. Pattern Recognition Letters. 24, (2003).
  25. Bénard, M. R., Harlaar, J., Becher, J. G., Huijing, P. A., Jaspers, R. T. Effects of growth on geometry of gastrocnemius muscle in children: a three-dimensional ultrasound analysis. J. Anat. 219, 388-402 (2011).
  26. Fry, N. R., Gough, M., Shortland, A. P. Three-dimensional realisation of muscle morphology and architecture using ultrasound. Gait Posture. 20, 177-182 (2004).
  27. Barber, L., Barrett, R., Lichtwark, G. Passive muscle mechanical properties of the medial gastrocnemius in young adults with spastic cerebral palsy. J. Biomech. 44, 2496-2500 (2011).
  28. MacGillivray, T. J., Ross, E., Simpson, H. A. H. R. W., Greig, C. A. 3D Freehand Ultrasound for in vivo Determination of Human Skeletal Muscle Volume. Ultrasound Med. Biol. 35, 928-935 (2009).
  29. Rana, M., Wakeling, J. M. In-vivo determination of 3D muscle architecture of human muscle using free hand ultrasound. J. Biomech. 44, 2129-2135 (2011).
  30. Haberfehlner, H., et al. Freehand three-dimensional ultrasound to assess semitendinosus muscle morphology. J. Anat. 229, 591-599 (2016).
  31. Bénard, M. R., Jaspers, R. T., Huijing, P. A., Becher, J. G., Harlaar, J. Reproducibility of hand-held ankle dynamometry to measure altered ankle moment-angle characteristics in children with spastic cerebral palsy. Clin Biomech. 25, 802-808 (2010).
  32. de Ruiter, C. J., Kooistra, R. D., Paalman, M. I., de Haan, A. Initial phase of maximal voluntary and electrically stimulated knee extension torque development at different knee angles. J. Appl. Physiol. 97, (2004).
  33. Kooistra, R. D., de Ruiter, C. J., de Haan, A. Knee angle-dependent oxygen consumption of human quadriceps muscles during maximal voluntary and electrically evoked contractions. Eur. J. Appl. Physiol. 102, 233-242 (2008).
  34. WinDV. , Available from: http://windv.mourek.cz/le (2017).
  35. VirtualDub. , Available from: http://virtualdub.org (2017).
  36. D'Errico, J. inpaint_nans. Matlab Central File Exchange. , Available from: www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/4551 (2004).
  37. MITK. , Available from: http://mitk.org/wiki/MITK (2004).
  38. 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, 652-665 (2009).
  39. Fix for Life Embalming. , Available from: www.fixforlifeembalming.com (2017).
  40. ImageJ. , Available from: https://fiji.sc (2017).
  41. Weir, J. P. Quantifying test-retest reliability using the intraclass correlation coefficient and the SEM. J. Strength Cond. Res. 19, 231-240 (2005).
  42. Prager, R. W., Gee, A., Berman, L. Stradx: real-time acquisition and visualization of freehand three-dimensional ultrasound. Med. Image Anal. 3, 129-140 (1999).
  43. Solberg, O. V., Lindseth, F., Torp, H., Blake, R. E., Nagelhus Hernes, T. A. Freehand 3D Ultrasound Reconstruction Algorithms-A Review. Ultrasound in Medicine and Biology. 33, 991-1009 (2007).
  44. Mitsiopoulos, N., et al. Cadaver validation of skeletal muscle measurement by magnetic resonance imaging and computerized tomography. J. Appl. Physiol. 85, (1998).
  45. Jackowski, C., et al. Noninvasive Estimation of Organ Weights by Postmortem Magnetic Resonance Imaging and Multislice Computed Tomography. Invest. Radiol. 41, 572-578 (2006).
  46. Weller, R., et al. The Determination of Muscle Volume with A Freehand 3D Ultrasonography System. Ultrasound Med. Biol. 33, 402-407 (2007).
  47. Barber, L., Barrett, R., Lichtwark, G. Validation of a freehand 3D ultrasound system for morphological measures of the medial gastrocnemius muscle. J. Biomech. 42, 1313-1319 (2009).
  48. Delcker, A., Walker, F., Caress, J., Hunt, C., Tegeler, C. In vitro measurement of muscle volume with 3-dimensional ultrasound. Eur J. Ultrasound. 9, (1999).
  49. Cenni, F., et al. The reliability and validity of a clinical 3D freehand ultrasound system. Comput. Methods Programs Biomed. 136, 179-187 (2016).
  50. de Brito Fontana, H., Herzog, W. Vastus lateralis maximum force-generating potential occurs at optimal fascicle length regardless of activation level. Eur. J. Appl. Physiol. 116, 1267-1277 (2016).
  51. Engstrom, C. M., Loeb, G. E., Reid, J. G., Forrest, W. J., Avruch, L. Morphometry of the human thigh muscles. A comparison between anatomical sections and computer tomographic and magnetic resonance images. J. Anat. 176, 139-156 (1991).
  52. Warburton, D. E. R., Nicol, C. W., Bredin, S. S. D. Health benefits of physical activity: the evidence. CMAJ. 174, 801-809 (2006).
  53. Moisey, L. L., et al. Skeletal muscle predicts ventilator-free days, ICU-free days, and mortality in elderly ICU patients. Crit. Care. 17, 206 (2013).
  54. Weijs, P. J., et al. Low skeletal muscle area is a risk factor for mortality in mechanically ventilated critically ill patients. Crit. Care. 18, 12 (2014).
  55. English, K. L., Paddon-Jones, D. Protecting muscle mass and function in older adults during bed rest. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 13, 34-39 (2010).

Tags

Geneeskunde kwestie 129 3D echografie skeletspieren spier volume architectuur spier geometrie morfologie fascicle lengte medialis van de m. gastrocnemius m. quadriceps femoris m. vastus lateralis
3D echografie Imaging: snelle en rendabele Morphometry van Musculoskeletal Tissue
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter