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 ultrason görüntüleme: hızlı ve uygun maliyetli morfometri kas-iskelet dokusunun

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

(3DUS) düşsel 3D ultrason kas-iskelet dokuların hızlı ve uygun maliyetli morfometri sağlar. Biz kas hacmi ve fascicle uzunluğu 3DUS kullanarak ölçmek için bir iletişim kuralı mevcut.

Abstract

3D ultrason (3DUS) görüntüleme gelişimsel 3D morfolojik ultrason çözümleme insan kas yapmak için bir modalite mühendisi hedefidir. 3DUS görüntüleri hangi Voksel diziye konumlandırılmış kalibre edilmiş serbest çizim 2D B-mod ultrason görüntüleri, inşa edilir. Ultrason (ABD) görüntüleme miktar kas boyutu, fascicle uzunluğu ve pennation açısı sağlar. Kuvvet efor, kas gücü ve uzunluğu aralığı önemli belirleyicileri bu morfolojik değişkenlerdir. Sunulan iletişim kuralı düzeyini ve fascicle m. vastus kasılmasına ve m. gastroknemius medialisbelirlemek için bir yaklaşım açıklar. 3DUS 3D anatomik başvuruları kullanma standardizasyon kolaylaştırır. Bu yaklaşım iskelet kasları 3D Morfoloji miktarının için hızlı ve uygun maliyetli bir yaklaşım sağlar. Sağlık ve spor, kas morfometri hakkında bilgi tedavi veya eğitim sonra teşhis ve/veya izleme değerlendirme çok değerlidir.

Introduction

Sağlık ve spor, kas morfolojisi hakkında bilgi tedavi veya eğitim1sonra teşhis ve/veya izleme değerlendirme çok değerlidir. Ultrason (ABD) görüntüleme kas hastalıkları2, kritik hastalıklar3,4, kalp-damar hastalıkları5, nörolojik bozukluklar6yumuşak doku yapıların görselleştirme için yaygın olarak kullanılan bir araçtır, 7,8ve beden eğitimi6,9,10etkileri. ABD görüntüleme miktar kas boyutu, fascicle uzunluğu ve pennation açısı sağlar. Morfolojik bu değişkenler, kas gücü ve uzunluk dizi belirleyicileri efor11,12,13,14,15zorla önemlidir.

Şu anda, ABD görüntüleme ölçümleri çoğunlukla sınav seçimi ile 2D görüntülerde yapılan bir muhtemelen, uygun yönlendirme ve ultrason konumunu sonda. Faiz parametresi bu uçak içinde mevcut olmayabilir gibi 2D yöntemleri bir görüntü uçak, morfolojik ölçümler kısıtlayın. Morfolojik analiz 3D referans noktaları kullanarak uçak ölçümleri sağlayan bir 3D yaklaşım gerektirir. Böyle bir 3D morfolojik gösterimi yumuşak doku manyetik rezonans görüntüleme (MRG)16,17,18,19,20tarafından sağlanacak bilinir. Ancak, Mr pahalı ve her zaman mevcut değildir. Ayrıca, kas lifleri görselleştirme Difüzyon tensör görüntüleme (DTI)21gibi özel MRI sıralarını gerektirir. MRI bir düşük maliyetli 3D ultrason (3DUS) görüntüleme alternatiftir. 3DUS yaklaşım MRI teknikleri, örneğinçeşitli avantajlar sağlar, konu bir muayene sırasında konumlandırma için daha az alan kısıtlamaları dayatır. 3DUS görüntüleme sırayla 2D (B-mod ABD) görüntü yakalama ve onları bir birim öğe (voxel) dizi22,23,24konumlandırma bir tekniktir. 3DUS görüntü yeniden yapılanma sürecinin beş adımdan oluşur: (1) yakalayan bir dizi serbest çizim 2D ABD resmi; (2) bir hareket yakalama (MoCap) sistemi kullanarak ABD sonda konumunu izlemek için; (3) ABD görüntüleri ve MoCap pozisyon eşitleme; (4) konumunu ve yönünü ultrason referans kalibre edilmiş bir sistem kullanarak Voksel dizi içinde hesaplama; ve (5) yerleştirerek bu görüntüleri bu Voksel diziye.

3DUS yaklaşım Morfoloji iskelet kas15,25,26,27,28,29değerlendirilmesi için başarıyla uygulandı. Ancak, önceki yaklaşımlar7,15,25,30 kanıtladık hantal, zaman alıcı ve teknik olarak sınırlı sadece küçük parçaları büyük kas yeniden olabilir gibi.

3DUS yaklaşım geliştirmek için tam kasları yeniden inşası kısa bir süre içinde sağlar yeni bir 3DUS iletişim kuralı geliştirilmiştir. Bu iletişim kuralı makale için m. vastus kasılmasına (VL) ve m. gastroknemius medialis (GM) morfometri Imaging 3DUS kullanımını açıklar.

Protocol

İnsan denekler içeren tüm yordamları VU Tıp Merkezi, Amsterdam, Hollanda tıbbi etik Komitesi tarafından onaylanmış olması.

1. araçları

  1. Ultrason cihazı Ölçüm bilgisayarabağlayın. Gerekirse, çerçeve-kapmak donanım ve/veya yazılım ardışık ultrason görüntüleri depolamak için kullanın.
    Not: Bir 5 cm doğrusal dizi sonda (12,5 MHz) B-mod görüntüler (25 Hz) oluşturmak için kullanılır. Her ölçü önce görüntüleme derinliği, akustik frekans ve güç ekstra - ve kas içi bağ dokusu arayüzlerini görselleştirmek için optimize edilmiştir. Ölçüm sırasında bu ayarları değiştirilmez.
  2. MoCap sistem ölçüm bilgisayara bağlayın.
  3. Katı bir MoCap küme imleç konumu ve ABD sonda yönünü izlemek için ultrason sonda bağlayın.
  4. Eşitleme aygıt (piezo kristal) MoCap sistem tetikleyici girifline ba¤LAN›r.
    Not: Etkinleştirme eşitleme cihazın geçici olarak ses dalgaları dönüştürücü doğru gönderme piezo kristal etkinleştirir. Alınan ses sistemi başlatma (şekil 1A, ok) ABD görüntüde ayrı bir artifakı oluşturmak.
  5. Özel yapım kalibrasyon çerçeve (hayalet) su ile doldurun.

2. kalibre

Not: sonda koordinat sistemi ile ilgili ABD görüntülerden bir dönüştürme matrisini (içinTüzerinden) hesaplamak için bir kayma kalibrasyon gerçekleştirin. Bu kalibrasyon işlemi oldu daha önce açıklanan22. Kısa bir açıklama için aşağıya bakınız.

  1. Yer hayalet, hayalet koordinat sistemi içinde (Phxyzşekil 1B, ok), istikrarlı bir yüzey üzerinde bilinen bir konumda bir crosswire (Yani iki batık geçiş teller) tutan su. 
  2. Su sıcaklığı bir termometre ile ölçmek.
  3. Küresel koordinat sisteminde (Gl) konum ve hayalet yönünü kaydetmek için MoCap İşaretçi aracını kullanın.
  4. ABD görüntü örnekleme başlatmak ve MoCap veri toplama (3.3.3. adımda açıklanan) etkinleştirin.
  5. Su ABD sonda (Pr) Başkanı daldırın. Tercüme ve döndürmek için 40 ABD sonda s (25 Hz örnekleme) crosswire (Im) ABD görüntülerde görünürlüğünü Bakımı her yöne.
  6. Veri toplama durdurmak.
  7. MoCap veri ve ABD görüntüleri piezo kristal oluşturulan yapının içeren ilk ABD çerçeve belirleyerek eşitlemek ve buna göre ABD görüntü sırası ekin (3.4.1.1. adımda açıklanan).
  8. Crosswire açıkça görülebilir ve bu ABD görüntüler (benImxyz) crosswire konumunu izlemek ilgili ABD görüntüleri tanımlamak ve su sıcaklığı pozisyonunun doğru.
  9. Ph saat örnekleri, dönüşümler Pr (Denklem 1) için bir dizi crosswire hareketli halkla ilişkiler açısından konumunu belirlemek (Ben 1: n =) adım 2.8 crosswire kimliğine karşılık gelen.
    Equation 1
  10. Denklem 2çözerek Pr dönüştürme matrisi (PrTIm) için Im hesaplamak, zaman içinde (2.8 adımda ölçülen) Im crosswire tüm tanımlamaları içeren eşleşen (Ben 1 = : n) crosswire (2,9 adımda hesaplanır) Pr koordinatlarını.
    Equation 2

Figure 1
Şekil 1: 3DUS algoritması şematik. (A)sistem hareket yakalama (MoCap) işaretlerinin katı ultrason sondası, küresel koordinat sisteminde (Gl) bağlı bir küme izlemek için kullanılır. MoCap ve ultrason veri eşitleme yapma yerine getirmesi Optotrak tarafından tanıtılan bir obje (ok) kullanımını tetikleyen piezo kristal. (B) konumu ve ultrason görüntüsü koordinat sistemi (Im) yönünü Pr ve Imiçinde bilinen bir noktayı tanımlayarak sonda koordinat sistemi (Pr) göre hesaplanır. Bu amaç için özel olarak tasarlanmış bir hayalet hayalet koordinat sistemi (Ph) içinde bilinen bir konumda bir crosswire (Yani iki batık geçiş tel) tutan suyla dolu kullanılır. (C) dönüşümleri bir dizi ile Prbilinen bu noktaya hesaplanır. (D) bilinen dönüşümleri ile tam bir dizi,'im Im görüntüleri herhangi bir Voksel dizi koordinat sistemi (Va) dönüştürülebilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

3. deneysel protokol

Not: Deneysel protokol 3DUS görüntüleme, yani morfometri GM ve VL (Şekil 2A) içeren iki sık gerçekleştirilen iletişim kurallarını açıklar.

  1. Konu konumlandırma
    1. GM deney için:
      1. Konu bir muayene masasında iki ayağını masanın kenarına taşkın eğilimli yalan isteyin.
      2. Alt bacak yatay olarak, bir destek tibia altında yerleştirerek hizalayın. Deneysel protokol sırasında diz uzantısı önlemek için yastıklı bağlama kayışları ile muayene tablosuna uyluk düzeltmek.
      3. Ayak bacak özel yapım tabanla31taranacak uygun.
      4. Özel yapım tork anahtarı tabanla31ekli bir gonyometre ile bağlayın. Dışarıdan uygulanan bir tork, e.gkarşılık gelen tabanla açısı bul., 0 Nm (Şekil 2A).
      5. 0 Nm net dorsiflexion an (Şekil 2A, ok) tabloya bağlı genişletilebilir bir çubuk kullanarak karşılık gelen yönde tabanla düzeltmek.
    2. VL deney için:
      1. Bir sınav masanın üzerine sırtüstü yatmak konular sor.
      2. Diz fleksiyon açı ( fibula kasılmasına merkezlerinden epicondylus kasılmasına ve ikincisi trochanter büyükile bağlanma satırları arasındaki açı olarak işletmeyeYani ) ile 60 ° için ayarla alt bacaklar bir destek üzerinde konumlandırma.
      3. Bir üçgen şekilli ışın kalça hareketi önlemek için kalça altına yerleştirin.
      4. Destek alt bacak bacak hareketi sırasında deneysel protokol önlemek için iki yastıklı bağlama kayışları ile düzeltmek.
      5. Kalça açı ( os coracoides trochanter büyükve ikincisi ile okuli femoralisepicondyle çizgileri arasındaki açı olarak işletmeyeYani ) 95 ° ila açısını değiştirerek ayarla muayene masa desteğiyle geri.
        Not: optimum izometrik diz uzantısı ölçümleri32,33sırasında ortak açıları benzer olarak açıklanan bu poz, seçildi.
  2. Yerelleştirme kemikli yerler ve bölge ilgi (ROI)
    Not: Bu konunun üst bacak, alt bacak ve ayak duruş sonrası deneysel miktar ve 3D ultrason muayenesi rehberlik için yapılır. Tanımlamak ve anatomik kemikli yerlerinden konumları MoCap İşaretçi aracını kullanarak küresel koordinat sisteminde kayıt.
    1. GM deney için:
      1. Aşağıdaki simge palpasyonla tarafından belirlemek ve onları bir cerrahi cilt işaretçisi kullanarak işaretlemek: medial ve lateral femur epicondyles ve malleoli tibia ve fibula merkezlerinin en önemli dorsal yönleri.
      2. ABD aygıt kullanarak, tanımlamak ve bir cerrahi cilt işaretçisi (bacak dorsal tarafta) medial ve lateral femur condyles en yüzeysel noktaları ve GM calcaneus üzerinde ekleme en proksimal konumunu kullanarak işaretleyin.
    2. VL ölçüm için:
      1. Aşağıdaki simge palpasyonla tarafından belirlemek ve onları bir cerrahi cilt işaretçisi kullanarak işaretlemek: medial ve lateral malleoli (yukarıdaki gibi); tuberositas tibiaepatella tendon en proksimal ekleme; medial ve lateral epicondyles (yukarıdaki gibi); diz kapağı ve diz kapağı en sınırları, proksimal, medial ve lateral ekleme, tepe; ve os coracoides omuz.
      2. ABD aygıtla tanımlamak ve mark trochanter büyük en yüzeysel yönünü ve VL trochanter büyüküzerinde en proksimal ekleme.
    3. Tüm kasları için küresel koordinat sisteminde (3.2.1 ve 3.2.2 bölümlerinde açıklandığı) işaretli yerlerinden kaydetmek için MoCap İşaretçi aracını kullanın. MoCap işaretçi aracı için tanımlanan anatomik yerlerinden hareket ve MoCap yazılım pozisyon "Kaydet" düğmesine basarak kaydetmek için kullanın.
    4. Ultrason medial ve lateral kas sınır belirlemek için kullanın; deri bir cerrahi cilt işaretleyici kullanarak medial ve lateral sınırlarında işaretleyin.
  3. 3D ultrason muayenesi
    1. 3D ultrason muayene sırasında oynatmamaya konu talimat.
    2. Cilt ve ABD yoklama arasında uygun temas sağlamak için yatırım Getirisi üzerinde geniş ultrason jeli uygulayın.
      Not: Böyle bir uygulama jel sonda basınç ve böylece doku deformasyon net bir ABD görüntü almak gerekli sınırlama sağlar.
    3. Ölçüm bilgisayarda frame grabber yazılım (örneğin, WinDV34) açın ve ABD resim alma "Kayıt" butonuna basarak başlatın.
      1. Daha sonra başlatmak ve MoCap veri toplama eşitleme aygıtta "Başlat" düğmesine basarak etkinleştirin; Bu otomatik olarak kendi MoCap başlatma (şekil 1A, ok) ABD görüntüdeki farklı bir yapı oluşturma ABD sonda bulunan eşitleme cihazı (Yani piezo kristal) etkinleştirir.
    4. En az sonda baskı uygulamakla henüz görüntü kalitesi sağlamak sonda yatırım Getirisi üzerinde sabit bir hızda taşımak; Bu bir "tarama" adlandırılır. Hedef kas açık anatomik kesitsel ABD görüntülerini kaydedilir emin olun.
    5. Görsel olarak konu hareket için muayene sırasında kontrol edin; Konu hareket ederse, süpürme iptal etmek için ve 3.3.1 arasındaki adımları yineleyin.
    6. Süpürme Protokolü GM deneme için
      1. Uyluk condyles için proksimale ABD sonda uyluğun orta yönü üzerinde yerleştirin. Bir tarama (3.3.5 3.3.1 - bölümlerde de anlatıldığı gibi) tüm yol aşağı için görünürlük GM ve Aşil tendonu medial kenarlığını anatomik kesitsel görüntülerini içinde sağlanması GM, distal sonraki yönünü medial sınır boyunca gerçekleştirmek, calcaneus tarihinde ekleme.
      2. Ek piyango (bölümde 3.3.3 - 3.3.5 açıklandığı gibi) kadar tüm ROI inceden inceye gözden geçirmek ve kas medial kenarlığını tamamen görüntüsü ekleyin (Şekil 2B). İzleme önceki süpürme jel içinde biraz (0.5 cm) önceki ok açılı tipler alan örtüşen sonraki süpürme, yol göstermesi için kullanın.
    7. Süpürme Protokolü VL deneme için
      1. ABD sonda tibia Plato yanal yönü üzerinde yerleştirin. VL, yanal sınır tüm yol kadar trochanter büyükköken görünürlüğünü sağlanması VL, yanal kenarının üzerine proksimal distal yönde bir tarama başlatın.
      2. Ek piyango (bölümde 3.3.3 - 3.3.5 açıklandığı gibi) kadar tüm ROI inceden inceye gözden geçirmek ve toplu lisans medial kenarlığını tamamen görüntüsü ekleyin (Şekil 2B). İzleme önceki süpürme jel içinde biraz (0.5 cm) önceki ok açılı tipler alan örtüşen sonraki süpürme, yol göstermesi için kullanın.
        Not: Voksel dizideki 2D ABD görüntülerin konumlandırma hareketleri olumsuz etkileyecektir süpürme iletişim kuralı sırasında hareket konu, engellenip. Piyango numarası sonda genişliğini ve hedef kas genişliği tarafından belirlenir. Genellikle, bir sonda genişliği 4 cm ve kas genişliği 12 veya 18 cm, 5 veya 7 temizleyicileri, sırasıyla sınırları dahil olmak üzere yatırım Getirisi kapak için gereklidir.

Figure 2
Resim 2: Şematik deneysel kurulum ve ultrason sonda (m. gastroknemius medialis (GM) Kurulum ve m. vastus kasılmasına (VL) Kurulum) hedef kasları üzerinde piyango. (A)belirli ortak yapılandırmalar iki deneysel koşullar için konunun. Yeşil görüntülenen nesnelerin konumu ve bacaklarda yönünü ayarlamak için ayarlanabilir. Ok tabanla açı düzeltmek için kullanılan Genişletilebilir bir çubuk gösterir. (B) yol ultrason sonda faiz bölgelerinde üzerinde birden fazla temizleyicileri. Mavi oklar tek piyango çıkarları bölge üzerinde temsil eder. Sol: piyango GM üzerinde; Sağ: toplu lisans piyango. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. 3D ultrason Voksel dizi yeniden yapılanma
    1. Bir tek 3DUS Voksel dizi (3DUS resim) tek bir tarama belirli anatomik ROI (örneğin, kas, tendon) cilt üzerinde depo doldurma ve inpainting özel komut dosyası kullanarak 3DUS Voksel dizi yeniden. 3DUS Voksel dizi yeniden oluşturmak için aşağıdaki sonrası deneysel adımları uygulayın.
      1. MoCap veri ve ABD resimleri ilk ABD çerçeve belirleyerek eşitleme piezo kristal oluşturulan yapının içeren ve ABD kırpma görüntü sırası buna göre VirtualDub yazılım35. İlk olarak, çerçeve seçimi kaydırıcıyı tanımlanan başlangıç karesinde yerleştirin ve "ev" düğme üstünde belgili tanımlık klavye tuşuna basın. Daha sonra ölçüm (son ciltle temas) sonuna kadar kaydırıcıyı taşıyın ve "son" düğmesine basın. Kırpılmış görüntü sırası vermek için "F7" düğmesine basın.
      2. Özel komut dosyası kullanarak ABD görüntülerle dolu Voksel dizi (Va) koordinat sistemi tanımlayın. Va tarama yön ile uyumlu odaklı ve tek bir tarama tüm ABD görüntülerini sığacak şekilde boyutlandırılmış emin olun.
        Not: Başlangıçta, süpürme yönünde uzun eksenli dikdörtgen şeklinde voxels Va oluşur; Bu şeklin dolgu daha etkili olmasını sağlar.
      3. Piksel gri değerlerle Va voxels özel bir komut dosyası kullanarak ABD görüntülerden atayın. Bu işlem ileri eşleme veya depo doldurma (Denklem 3; olarak tanımlanmaktadır Resim 1 C) 23 , 24.
        Equation 3
        Not: Bu ileri Yönlendirme ve görüntülerin bulunduğu Va koordinat sistemine göre Va 2D ABD görüntülerin eşleme gösterir. Kısacası, bir resmin tüm pikseller pozisyonlar (Imxyz(1:n)) zaman örnek (i), aynı anda ileri Voksel diziye eşleştirilir. Depo doldurma yordamı yalnızca sigara ele voxels boş (Yani siyah) bırakarak ele voxels doldurur.
        Not: Equation 7 daha önce açıklanan dönüştürme matrisi (Yani bir Pr Gl dönüştürme matrisini) tersini belirtir.
      4. Özel bir komut dosyası kullanarak Voksel dizinin (Yani siyah voxels) içindeki boşluklar belirleyin. İkili görüntü işleme kullanarak aşağıdaki adımları:
        1. İçinde tüm doldurulmuş voxels etiketli bir ikili Voksel bin dolu dizi oluşturalım. Tüm ilgili voxels (Yani gri değerli voxels) etiketlemek için ikili resim dilatasyon ve erozyon ile aynı boyut yapılanma-öğe, taranan bölgesinin içine kullanın. Boşluklar ilgili voxels (boşluk) (boşluk ile) ikili Voksel bin dolu diziden çıkararak algılamak.
          Not: Sonraki genişleme ve erozyon işlemler ikili görüntüleri tamamlamak için görüntü işleme adımlardır. Birbiri ardına aşağıdaki adımları gerçekleştirerek, dış sınırları içine kaldırılır boşluklar sırasında kalır.
      5. Bir "Inpaint yordamı" kullanarak tanımlanan boşlukları doldurmak ve gri değerli voxels36surround.
        Not: Bu Inpaint tekniği için kullanılan olabilir: "ikinci Türev, sonlu farklar kılavuzdaki tarafından ölçülen her etiketli Voksel karelerinin toplamını minimize üzerine dayalı bir düzgün interpolant ile boşlukları doldurmak"36.
      6. Va Voksel boyutları 'Bikübik' ilişkilendirme tarafından eşitlemek ve Voksel dizi bir yığılmış .tiff görüntüsü (3DUS resim) olarak kaydedin.
  2. Birden çok piyango imar
    1. Tüm bireysel piyango (3,4 bölümünde açıklanan) yeniden birden çok piyango birleştirmek için bir büyük yatırım Getirisi aynı Va koordinat sistemine göre kapsayan.
    2. Bir tüm bireysel restore edilmiş piyango karşılamak için boyutlu yeni Va koordinat sistemi oluşturmak.
    3. Yer bireysel Vadaha büyük Vaadım adım. Bir Voksel başka bir Vatarafından zaten atanmışsa, yeni Voksel bir 8-bit ölçekte bir gri değeri ≥10 varsa bu Voksel sadece yazılır, aksi takdirde yeni Voksel gri değeri göz ardı edilir.

4. Kas Morfoloji değişkenlerin ölçülmesi

  1. 3DUS resim yüklemek ve köken, ekleme ve kas göbek distal sonu koordinatları almak için tıbbi etkileşim Toolkit37 (MITK) kullanın.
    1. 3D görüntü yükledikten sonra 'Kuplajlı artı döndürme' ' Dilimleme ayarlayın. Eksenleri kas veya tam koordinatları almak için kemik yapıları ile hizalayın.
      Not: hızlı ve etkileşimli Voksel dizi tanımlama yordamı kolaylaştıran herhangi bir yönde ("kuplajlı artı rotasyon"), Dilimleme verdiğinden MITK anatomik puan, değerlendirilmesi için diğer 3D görüntüleme analizi yazılımı üzerinden tercih edilir.
  2. Kas birimin tedbir amacıyla MITK kökeni ve kas göbek distal sonu arasındaki kas göbek sınırları tanımlamak için kullanın. Yerleşik MITK ayrılmasını kas göbek uzunluğu (şekil 3A) boyunca dağıtılan el ile birden çok anatomik kesit düzgün, segmentlere ayırmak için kullanın.
    1. 'Bölümleme Aracı' açın ve 'yeni bölümleme' oluşturun Bir kesit kas göbek yarıya kadar tanımlanan kas sınırları segmentlere başlatın. El ile bir segment ekleyin ve farenin sol düğmesine basarak ve kas sınırları aşağıdaki İmleci hareket ettirerek çizmek için klavyedeki 'A' tuşuna basın. Basın'ın ' segmentasyon parçalarını kaldırmak için.
    2. Son seçilen moduna karşılık gelen anahtarı tuşuna basın (örneğin 'A' ya da'nın ') artı diğer kesit kas göbek boyunca taşımak için. 4.2.1 yeni seçilen Kesitin segmentlere ayırmak için adımları yineleyin. Bir sonraki adıma devam etmeden önce en az 6 kere için bu adımı yineleyin.
    3. '' Enable', kas sınırları (sarı çizgiler) önerilen segmentations gözden geçirmek için ilişkilendirme' kas göbek uzunluğu boyunca tüm kesit ayarlayın.
    4. Ek segmentations önerilen enterpolasyonlu ayrılmasını (Sarı Hat) kas sınır görüntüde eşleşmiyor kesit ekleyin. 4.2.2 arasındaki adımları yineleyin.
    5. 'Tüm dilimler için Onayla' düğmesine basın ve uçağın içinde segmentations yapılmış seçin.
    6. İkili birim neredeyse çiğ raster veri (NRRD) dosyası olarak kaydetmeniz ve özel komut dosyası kullanarak etiketli birim boyutunu hesaplamak.
  3. Fascicles (şekil 3A)38tam uzunluğunu içeren kas göbek orta boyuna fascicle uçak yönünü bulmak.
    Not: Orta-boyuna uçak üç sayıyla tanımlanır. Kökeni ve kas göbek distal sonu ilk iki nokta bulunmaktadır. Üçüncü nokta kesitsel anatomik görüntüde yarım kökeni ve kas göbek distal sonu arasında bulunur. Bu anatomik kesitsel görüntü içinde distal aponeurosis verimleri teğet üçüncü bir öngörülen ilk iki nokta arasındaki orta nokta kaynağı ile birlikte noktası ve distal uç kas oryantal orta boyuna uçak tanımlar.
  4. Boyuna uçaktan kökeni ve distal kas göbek (örneğin, % 50) sonu arasında bir önceden tanımlanmış standart konumundaki fascicle uzunluğu ölçmek. Kas sınırları kesiminde. Bir çizgi yarım yerleştirin ve temel fascicles yönünü eşleşen kadar bu satırı döndürün. Kas sınırları ile bu satırın kesişme noktalarında tahmin fascicle uzunlukta (şekil 3B) temsil eder.
    Not: Daha önce bu kaynağı arasında ve distal alınan bir anatomik kesitsel görüntü (şekil 3B), görüldüğü gibi kavisli, bazen, distal aponeurosis38, yönünü hesaba katmak gerekli ispat kas göbek sonu.

Figure 3
Şekil 3: 3DUS analiz şematik. (A)kimlik ve segmentasyon görüntüdeki anatomik kesitsel kas göbek yarıya kadar hedef kas sınırları. Katı yeşil çizgi boyuna uçak (distal aponeurosis (mavi noktalı çizgi) yönünü odaklıYani dik. yönünü temsil eder. Fascicle uzunluk ölçümü (B) orta-boyuna fascicle uçak içinde gerçekleştirilir. Kırmızı şeffaf bölge kas sınırları tanımlaması tarafından parçalara. Sarı noktalı bir çizgi üzerinde kas göbek yarıya kadar yer ve temel fascicles yönünü eşleşen kadar döndürülmüş. Bu satırı (kalın katı Sarı çizgi bağlanmış) proksimal ve distal aponeuroses ile kavşak fascicle uzunluğu tahmini temsil eder. Katı yeşil hat pozisyon ve anatomik kesitsel uçağın yönünü gösterir. Üst: Alt ve GM (m. gastroknemius medialis): VL (m. vastus kasılmasına) kas. Ölçek için beyaz kareler 1 cm x 1 cm. temsil Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Representative Results

Açıklanan 3DUS tekniği kullanılan dört erkek insan Kadavra GM ve VL morfolojik verileri toplamayı, yaş ölüm 76,8 ± 7.9 yıl (± SD demek). Kadavra anatomi bölümü ve nörolojik Vrije Universiteit Tıp Merkezi (VUmc), Amsterdam, Hollanda bağış bilgisayar programı yolu ile elde edilmiştir. Cesetleri doku39morfolojik özelliklerini koruyarak amaçlı bir mumyalama yöntemini kullanarak korunduğu görülmüştür.

Diseksiyon önce 3DUS görüntü GM ve VL açıklanan metodoloji göre yapıldı. Diseksiyon sırasında deri, subkutan doku ve GM ve VL overlaying silmeli arşitrav kaldırıldı. Distal aponeurosis yönünü dikkate alarak orta boyuna bir bölümü kesildi. Bir kumpas kullanarak, fascicle uzunluğu ölçülen, kökeni ve kas göbek distal sonu arasında. Daha sonra tenotomy sonra kas göbek disseke ve kalibre edilmiş su sütununda sular altında. ImageJ kullanarak, birimleri ve kas göbek olmadan su sütunu fotoğraflarını üzerinde ölçüldü ve kas hacmi40fark hesaplamak yapıldı. Fascicle uzunluk ve hacim üç kez ölçüldü ve ortalama ve standart sapma değerleri hesaplanmıştır. Ölçüt geçerlilik 3DUS yöntemi ve diseksiyon ölçümleri arasında bir Pearson korelasyon ortalama fascicle uzunluğu ve kas birimi olarak kullanımı test edildi. Intra-Oylayıcısı güvenilirlik türetilmiş fascicle uzunluk ve hacim ölçümleri sayısal çift yönlü modeli sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC3,3)41karışık kullanarak 3DUS yöntem ve verilerin Logaritmik dönüşüm sonra (CV) varyasyon katsayısı hesaplanır. Fascicle uzunluğu ve kas hacim ölçüleri geçerliliğini doğruladı tarafından önemli ve yüksek korelasyon (r = 0.998, p < 0,01 ve r 0.985, p = < 0,01, sırasıyla). 3DUS yönteminin içi Oylayıcısı güvenilirlik elde edilen fascicle uzunluk ölçümleri ve birim yüksek (ICC3,3 0.983, CV %7,3 ve ICC3,3 0.998, CV % 5,4, sırasıyla). Sunulan 3DUS yaklaşım insan VL ve GM (Tablo 1) birim ve fascicle uzunluğu değerlendirilmesi için geçerli ve güvenilir bir araç olduğunu sonucuna varılmıştır.

Table 1
Tablo 1: Kadavra doğrulama veri. C# kadavra sayıdır GM m. gastroknemius medialis, VL m. vastus kasılmasına. "Diseksiyon" kadavra diseksiyonu sonuçlarından ve "3DUS" 3DUS görüntü analizi sonuçlarını kadavraların gösterir.

Discussion

Geçerli ve güvenilir 3DUS tekniği xarakteristikaları değişkenleri iskelet kas hızlı analiz için izin veren sunulur. 3DUS yaklaşımlar hala yaygın olarak kullanılır ancak farklı 3DUS yaklaşımlar yumuşak doku görüntüleme için yaklaşık bir on yıl42,43için mevcut olmuştur. MRI olduğunu bir 'altın standart' tahmini için in vivo kas birimlerin (örn.,16,17,18,19,20başvuruyor). MRI geçerliliği test ve hayaletler veya MRI tabanlı birim tahminleri44,45bilinen birimin kadavra organ karşılaştırma çalışmaları doğruladı. Ancak, araştırma için MRG kullanılabilirliği sınırlıdır ve inceden inceye gözden geçirmek zaman alıcı ve pahalı. Buna ek olarak, deneysel konu duruşlar geçişli tarafından sınırlı MRI skanerler ele geçirmek. Tipik Bay görüntüler değişkenleri kas geometri (fascicle uzunlukları ve açıları) ölçümleri gerçekleştirmek için yetersiz kontrast oluşturmak. Ancak, 3D kas geometri de MRI ek teknikleri, örneğin, DTI tekniği21kullanarak tespit edilebilir. MRI, ABD görüntüleme benzer dokuların yumuşak doku birimi değerlendirme1,30 geçerli bir yöntem sağlayan (Yani bizim içimizde görünür görüntüleri), farklı türleri arasında arabirimleri, yeterli ayrım sağlar ,44,46,47,48,49. MRI aksine, 3DUS resimler aynı ölçü birimi ve kas geometriye analiz gerçekleştirmek için yeterli kontrast vardır.

Buna ek olarak, sunulan tekniği daha büyük kas çalışması için bir dizi içine görüntüleri birden çok temizleyicileri birleştirme sağlar. Bu yeni 3DUS yöntem kas Morfoloji klinik değerlendirmesi için potansiyel bir araç sağlar. Bu yöntem de kas (örneğin, tendonlar, iç organlar, arterler) dışında yumuşak doku yapıları görüntüleme için kullanılabilir.

Değişiklikler çevrimdışı işleme süresini kısaltmak için:

Değişiklikler 3DUS yaklaşımın esas olarak işleme süresi iyileştirilmesi ve daha büyük kas ölçme amaçlı. Çevrimdışı işlem zamanı 3DUS görüntünün Voksel dizi ayarları, örnek sık sık oluş, yatırım Getirisi, süresi ve süpürme, sweeps sayısı ve kullanılan iş istasyonu hızına boyutuna bağlıdır. Daha önce bir yeniden yapılanma ≈ 2 h tek bir süpürme 750 ABD görüntüleri verimli yeniden inşa için gerekli zamanıydı (30 s 25 Hz'de)15,25,30. Mevcut 3DUS yöntemiyle aynı süpürme ('Çevrimdışı' işlem süresi 99 oranında artırma) sadece 50 s yeniden inşası sürüyor. Bu gelişme voxels çerçevelemek-yanında-çerçevelemek, piksel başına piksel ve artan rasgele erişim belleği (RAM) daha büyük Voksel dizileri oluşturmak için iş istasyonlarının yerine doldurmak için büyük vektör işlemleri kullanan Gelişmiş dolum algoritması tarafından açıklanabilir. Yeni 3DUS yaklaşımı ile 1 cm/s hızında 30 cm süpürme uzunluğunu temsil eden tipik bir yeniden yapılanma 0.2 x 0.2 x 0.2 mm bir hedef Voksel büyüklüğü ile3 ve 25 Hz örnekleme sıklığı yeniden oluşturmak için aşağıdaki zaman alır :

a. yaklaşık 10 s eşitleme darbe belirlemek ve ilgili ABD görüntüler'i seçin.
b. yaklaşık 120 s kalibrasyon dönüştürme matrisi (PrTIm) belirlemek için.
c. yaklaşık 10 s depo doldurma sahne için.
boşluk doldurma adımları yürütmek için yaklaşık 30 s ö.

Adım b tek MoCap işaretleri sonda için sert bir bağlantı varsayarak bir kez yapılması gereken 170 s. not alma, toplam 50 bırakarak s tek bir tarama yeniden inşası için. İki tek süpürme birleştirerek Voksel dizileri alır yaklaşık 10 s yeniden.

Sınırlamalar ve kritik adımlar:

Dikkate alınması gereken birkaç 3DUS görüntüleme yönü vardır:

ı. ABD görüntü kalitesi: 2D ABD görüntülerin daha yüksek Uzaysal çözünürlük sağlamak içinde Voksel dizi yerleştirilmesi için daha fazla piksel. Bu azaltmak, voxel boyutları yüksek Voksel yoğunluk için önde gelen sağlayacak. Birkaç mevcut ultrason makineleri kayma bileşik daha iyi artifakı içermeyen bir ayrım dokuların arabirimleri için izin gürültülü taneli doku azaltmak için kullanın. Benek azaltmak için başka bir seçenek kenar geliştirme. Ancak, görüntü böylece arabirimleri doğru anatomik konumunu bozan ayrı arabirimleri oluşturma denemesi deforms beri bu yaklaşım arzu olmadığını belirtmek gerekir.

II. MoCap doğruluk: piksel sadece doğru bir şekilde yerleştirilebilir bir Voksel pozisyon sensörü doğru sonda koordinatlarını quantifies eğer. Görüntü çözünürlüğü bir artış ile MoCap doğruluğu daha önemli hale gelir. Sunulan 3DUS Kur ile bir Voksel boyut-0,2 0,2 0,1 mm, 3DUS Voksel dizi yeniden oluşturmak için yeterli doğruluk sağlayan bir hassasiyetle MoCap sistemiyle 0.2 mm3, x x in en iyi çalışır.

III. örnek frekans: ABD görüntü veya MoCap veri akışı en düşük zamansal çözünürlük örnek frekans belirler. Bu süpürme zaman veya voxel dizi ayarları etkiler. Örneğin, 25 örnek frekansı 50 Hz için iki katına yarı zamanda gerçekleştirilecek bir tarama sağlar. Alternatif olarak, tarama hızı değiştirmek değil, doldurulması gereken daha az boşluklar bırakarak ve böylece potansiyel Voksel dizi çözünürlük artan Voksel dizi doldurmak için daha çok resim sağlar. Ancak, Örnekleme frekansı artırmadan Voksel dizi çözünürlük artan hareket eserler potansiyelini artıracaktır daha yavaş bir tarama gerektirir.

IV. görüntü yeniden yapılanma zaman: hızlı rekonstrüksiyonu gerektiren yeterli kullanılabilir RAM ile güçlü bir iş istasyonu. Buna ek olarak, imar zaman Voksel dizi hacmi ve boşluk doldurma işleminin karmaşıklığını büyük ölçüde göre değişir.

v. deneysel protokol: deneysel protokol standardizasyonu için VL ve GM, mevcut çalışmada olarak morfolojik ölçümler (örneğin, fascicle uzunluğu, fascicle açı, kas göbek karşılaştırma için temel Uzunluk, tendon uzunluğu, aponeurosis uzunluğu) konular ve konularda uzunlamasına çalışmalar içinde izleme arasında. Ancak, istirahat değerlendirildi Morfoloji kas etkinleştirme sırasında değiştirebilir unutmayın. Örneğin, VL deneme için yüksek pennation açısı ve 60 ° diz fleksiyon, geri kalan50morfolojisi ile karşılaştırıldığında daha kısa fascicles diz ekstansiyon Morfoloji maksimal kasılma sırasında görülebilir. Belirli koşullarda (örn., Spastisite), Elektromiyografi (EMG) dinlenme kas aktivite düzeyine muayene sırasında doğrulamak için kullanılabilir.

VI. sonda basınç ve doku deformasyon: geniş ultrason jeli yatırım Getirisi üzerinde uygulanırsa, sonda ve deri arasında tam kişinin kalması için baskı miktarı sınırlıdır. Rehberlik gibi biz bir yatırım Getirisi tarama cilt hovering gibi hissetmeniz gerekir ve basınç sadece jel ile temas ve böylece cilt tutmak için uygulanması gerektiğini öneriyoruz. Ancak, hafif doku deformasyon bile bol miktarda ultrason jeli ile kaçınılmaz olabilir. Sonda boyutu ve kavisli bir yatırım Getirisi basınç veya kullanılan jel gerekli miktarda etkiler. Daha büyük prob boyutu ve bir daha eğimli yatırım Getirisi daha fazla basınç gerektirir ve/veya yatırım Getirisi daha fazla jel, daha küçük problar ile benzer bir daha kavisli. Başka bir olası ABD görüntülerin yankı (Yani cilt-temassız) bölge atmak için çözümdür. Buna ek olarak, doku deformasyon ilk doku katmanları, deri ve deri altı yağ dokusu tabakaları gibi gerçekleşmesi olabilir. Hiçbir deri altı yağ dokusu çok az olan bireylerde bu nedenle daha fazla basınç olumsuz etkilerini eğilimli olduğunu unutmayın. Buna ek olarak, doku deformasyon genellikle diğer piyango çakışma bölge değil sonda ortasındaki büyük olasılıkla oluşur.

VII. görüntüleme ve anatomik bilgi: herhangi bir görüntüleme yöntemi kullanarak diğer bir önemli faktör anatomi ve görüntüleme modality bilgi anlamlı yorum elde etmek için gerekli olmasıdır. Konular ve görüntü eserler arasında anatomik varyasyon tanınabilen ve anatomik yapıları tanımlama süreci dikkate alınıp gerekiyor. Farklı bileşenleri bir kas veya kas grupları51arasında ayırt etmek için anatomik bilgi gerektirdiğinden bile sağlıklı ve/veya gelişmiş kasları ile açık kimliği zor olabilir. Ancak, körelmiş kas (Yani yaşlı, patoloji veya bir kadavra durumunda), Açık kimlik daha küçük boyutları nedeniyle daha karmaşıktır ve görüntü kontrastı düşmüştür, ve bu nedenle daha az farklı doku (şekil 4 arabirimleri ). Ön anatomik bilgi olmadan, biz bu 3DUS yaklaşım tasarlama ve 3DUS ölçümleri yerine doğru yargılara yapımında sınırlı inanıyoruz. Örneğin, GM deneyler için farklı tabanla açıları mutlaka beklenen değişiklikler kas tendon karmaşık uzunlukları, ayak7içinde deformasyon nedeniyle neden olmaz. Ayrıca distal aponeurosis eğriliği ayrıntılı anatomik bilgi tüm konular38boyuna düzlemde yeterli bir seçim için gerekli.

Figure 4
Şekil 4: değişim ve kalitesini yeniden kuadriseps kas uyluk yarı yolda anatomik kesit 3DUS görüntülerini. (A)bir erkek insan Kadavra gösterilmektedir bir görüntü körelmiş bir devletin ölüm (ölüm Yaş: 81 yıl). Kuadriseps kas bireysel başkanları sınırlarını tanımlaması zordur. Sedanter erkek (30 yaşında) (B) örneği. (C) bir erkek atlet kürekçi (30 yaşında) örneği. Ölçek için beyaz kareler 1 cm x 1 cm. temsil Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Gelecekteki uygulamalar:

3DUS yaklaşım çeşitli amaçlar ve spor ve klinikler ayarları için kullanılan bir görüntüleme aracı sağlar. Klinik müdahaleler etkinliği için fiziksel uygunluk seviyesi52ilgilidir. 3DUS kullanarak kas kaybetme riski olan hastaların izlenmesi için kitle önemli (örneğin, başvurular53,54,55) ve potansiyel olarak tedavi uyum için sağlar. 3DUS diğer bir potansiyel uygulama kas yanıt olarak müdahale (eğitim) ve/veya yaralanma morfolojik uyarlaması izleme içinde yatıyor.

Bu iletişim kuralı bir maliyet ve zaman etkili yöntem serbest 3DUS piyango üzerinde dayalı insan vücudu yumuşak doku yapısı ölçme nitelendirdi. Ayrıca, m. vastus kasılmasına ve m. gastroknemius medialis anlamlı morfolojik parametrelerinin değerlendirilmesi geçerli ve güvenilir olduğu ortaya çıktı.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar çok Adam Shortland ve bu çalışmada kullanılan yazılım geliştirme için ilham edildi 2004'te 3 boyutlu ultrason için onların algoritmaları paylaşan Nicola Fry için minnettarız.

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

Tıp sayı: 129 3D ultrason iskelet kas kas ses mimari kas geometri Morfoloji fascicle uzunluğu m. gastroknemius medialis m. kuadriseps kemiği m. vastus kasılmasına
3D ultrason görüntüleme: hızlı ve uygun maliyetli morfometri kas-iskelet dokusunun
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