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근육 근막 길이를 측정하기 위해 골격 근육의 품질 확장 된 시야 초음파 이미지 획득

Published: December 14, 2020 doi: 10.3791/61765
Automatic Translation
1,4,5, 1,2,3,4,5
1Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 2Department of Physical Medicine & Rehabilitation, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 3Department of Physical Therapy and Human Movement Sciences, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 4Shirley Ryan AbilityLab, 5Edward Hines, Jr. VA Hospital

Summary

이 연구는 근육 근막 길이 측정을 목적으로 확장 된 시야 초음파 (EFOV-US) 방법을 사용하여 고품질 근골격계 이미지를 얻는 방법을 설명합니다. 우리는 일반적인 전통적인 초음파 (T-US) 프로브의 시야를 지나서 확장하는 매심을 가진 근육에 이 방법을 적용합니다.

Abstract

전통적인 초음파를 사용하여 생체 내에서 일반적으로 측정되는 근육 근막 길이는 근육의 힘 생성 용량을 정의하는 중요한 매개 변수입니다. 그러나, 모든 상반신 근육의 90% 이상 및 모든 낮은 사지 근육의 85%는 일반적인 전통적인 초음파 (T-미국) 프로브의 시야 보다는 더 오래 최적 근막 길이가 있습니다. 확장된 시야 초음파(EFOV-US)라고 불리는 새롭고 덜 자주 채택되는 방법은 단일 T-US 이미지의 시야보다 더 오래 파진을 직접 측정할 수 있습니다. 동적 스캔에서 T-US 이미지시퀀스를 자동으로 결합하는 이 방법은 생체 내에서 근육 근막 길이를 얻기 에 있어 유효하고 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었습니다. 긴 근심을 가진 수많은 골격 근육과 이러한 매혹의 측정을 위한 EFOV-미국 방법의 타당성에도 불구하고, 몇몇 출판된 연구 결과는 이 방법을 이용했습니다. 이 연구에서는 고품질 근골격계 이미지를 얻기 위해 EFOV-US 방법을 구현하는 방법과 이러한 이미지에서 근막 길이를 정량화하는 방법을 모두 보여줍니다. 우리는 이 데모가 우리가 생체 근육 근막 길이 데이터에 있는 건강하고 손상된 인구에서 근육의 풀을 증가하는 EFOV-미국 방법의 사용을 격려할 것으로 예상합니다.

Introduction

근막 길이는 골격 근육 아키텍처의 중요한 매개 변수이며, 전체적으로 힘을 생산하는 근육의 능력을 나타냅니다1,2. 특히, 근육의 근막 길이는 근육이 활성 힘을 생성 할 수있는 길이의 절대 범위에 대한 통찰력을 제공합니다3,4. 예를 들어, 모든 등등계력 생성 파라미터(즉, 평균 sarcomere 길이, 펜션 각도, 생리적 단면 영역, 수축 상태 등)에 대해 동일한 값을 가진 두 개의 근육을 감안할 때 근막 길이를 제외하고, 더 긴 근심을 가진 근육은 더 긴 길이로 피크 힘을 생성하고 근종보다 더 넓은 범위의 힘을 생산할 것입니다. . 근육 근막 길이의 정량화는 건강한 근육 기능과 근육의 힘 생성 능력의 변화를 이해하는 데 중요합니다, 이는 변경 된 근육 사용의 결과로 발생할 수 있습니다 (예를 들어, 고정5,6, 운동 개입7,8,9, 높은 발 뒤꿈치 착용10) 또는 근육의 환경변화 (예를 들어, 힘 수술 11, 산만 수술) ). 근육 근막 길이의 측정은 원래 해부 된 매혹13,14,15,16의 직접 측정을 허용하는 전 생체 내 cadaveric 실험을 통해 얻어졌다. 이러한 전 생체 내 실험에서 제공하는 귀중한 정보는 시체에서 대답 할 수없는 질문을 해결하기 위해 생체 내에서 구현에 관심을 주도17,18,19; 생체 내 방법은 네이티브 상태뿐만 아니라 다른 관절 자세, 다른 근육 수축 상태, 다른 로딩 또는 하역 상태, 그리고 다른 조건 (즉, 건강 / 부상, 젊은 / 노인 등)을 가진 인구 에 걸쳐 근육 매개 변수의 정량화를 허용합니다. 가장 빈번하게, 초음파는 생체 근막 길이18,19,20에서 얻기 위하여 채택된 방법입니다; 확산 텐서 이미징(DTI)18,21과 같은 다른 이미징 기술보다 더 빠르고 비용이 적게 들며 구현하기가 더 쉽습니다.

확장된 시야 초음파(EFOV-US)는 생체 내에서 근육 근막 길이를 측정하기 위한 유효하고 신뢰할 수 있는 방법인 것으로 입증되었다. 일반적으로 구현되는 동안, 전통적인 초음파 (T-US)는 초음파 트랜스듀서의 어레이 길이 (일반적으로 4~6cm 사이)에 의해 제한되는 시야를 가지지만 10cm10)18,20까지 확장되는 프로브가 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 Weng et al.은 동적 확장 거리 스캔222에서 복합2차원 "파노라마" 이미지(최대 60cm 길이)를 자동으로 획득하는 EFOV-US 기술을 개발했습니다. 이 이미지는 트랜스듀서가 관심 있는 대상을 동적으로 스캔할 때 기존의 B 모드 초음파 이미지 시퀀스를 실시간으로 결합하여 생성됩니다. 순차적 T-US 이미지는 겹치는 영역이 많기 때문에 한 이미지에서 다음 이미지로의 작은 차이를 사용하여 외부 모션 센서를 사용하지 않고 프로브 모션을 계산할 수 있습니다. 두 개의 연속 이미지 간의 프로브 모션이 계산되면 "현재" 이미지가 이전 이미지와 연속적으로 병합됩니다. EFOV-US 방법은 길고 구부러진 근육 매심을 직접 측정할 수 있으며 근육, 시험 및 초음파 학자 23,24,25에 걸쳐 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었으며 평평하고 곡선된 표면23,26모두에 유효합니다.

생체 내에서 근육 근막 길이를 측정하는 초음파를 구현하는 것은 사소한 일이 아닙니다. 더 자동화된 프로토콜(즉, MRI, CT)을 포함하는 다른 이미징 기술과 달리 초음파는 초음파 학자 기술과 해부학 지식27,28에 의존합니다. 근막 평면과의 프로브 정렬 불량이 근막 측정에 상당한 오류를 일으킬 수 있다는 우려가 있습니다. 한 연구는 초음파 및 DTI MRI를 사용하여 취한 근막 길이의 측정에서 약간의 차이 (평균 < 3mm)를 보여 주지만 측정 정밀도가 낮다는 것을 보여줍니다 (차액 ~12mm)29. 그럼에도 불구하고 경험이 풍부한 초음파 학자의 연습과 지도를 가진 초보 초음파 학자가 EFOV-US23을 사용하여 유효한 meaures를 얻을 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 EFOV-US를 사용하여 얻은 측정의 정확성을 줄이고 인간의 오류를 줄이기 위해 적절한 프로토콜을 입증하기 위한 노력을 기울여야 합니다. 궁극적으로, 적절한 프로토콜을 개발하고 공유하는 것은 문헌에서 근막 길이 데이터를 재현하거나 아직 생체 내에서 연구되지 않은 근육에서 새로운 데이터를 얻을 수있는 실험자와 실험실의 수를 확장 할 수 있습니다.

본 프로토콜에서, 우리는 근육 근막 길이를 정량화하는 데 사용할 수있는 고품질 근골격계 이미지를 얻기 위해 EFOV-미국 방법을 구현하는 방법을 보여줍니다. 구체적으로, 우리는 (a) 단일 상반신및 단일 하반신 근육(b)의 EFOV-미국 이미지를 수집하여 EFOV-US 이미지의 "품질"을 실시간으로 결정하고, (c) 근육 아키텍처 파라미터를 오프라인으로 정량화한다. 우리는 그들의 긴 파시즘 때문에 생체 내에서 공부하지 않은 근육에 있는 근육 근막 길이 데이터를 얻기 위한 EFOV-미국 방법의 채택을 격려하기 위하여 이 상세한 가이드를 제공합니다.

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Protocol

노스 웨스턴 대학의 기관 검토 위원회 (IRB) 이 연구의 절차를 승인. 이 작품에 등록된 모든 참가자는 아래에 설명된 프로토콜을 시작하기 전에 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.
참고: 이 연구에서 사용된 특정 초음파 시스템은 EFOV-US 기능을 가지고 있었고 과학 문학22,26의 알고리즘에 대한 세부 사항 및 유효성 평가를 검토 할 수 있었기 때문에 채택되었습니다. EFOV-US를 가진 다중 다른 시스템도 존재18,20,30. 선형 어레이 트랜스듀서 14L5(주파수 대역폭 5-14MHz)가 활용되었다. 이 프로토콜에 있는 심근은 미국 심상이 포착되고 측정된 근막 길이의 단지 작은 부분 집합입니다 (예를 들면, 삼두근25, 엑설서 카피 ulnaris23, 내측 위장 편혈10, vastus 측면 24, 이두근 femor femis8,31). 이 프로토콜은 포인터를 제공하고 필요한 표준을 설명하여 당사가 제공하는 두 가지 예를 넘어 근육에 적용될 수 있도록 하기 위한 것입니다.

1. EFOV-미국 근육 이미지 수집

준비

  1. 초음파 학자 준비
    1. 초음파 시스템을 운영하기 전에 시스템의 매뉴얼을 읽고 시스템 안전, 시스템 유지 관리, 시스템 설정 및 제어 등에 익숙해집니다. 또한 EFOV-US 이미지를 얻기 위한 시스템의 지침을 검토하고 EFOV-US 이미지를 얻기 위해 구현된 방법에 대해 잘 알고 있어야 합니다.
      참고: 다른 초음파 시스템은 다른 용어를 사용하여 EFOV-미국 모드의 이름을 지정합니다. 예를 들어 여기에서 사용되는 시스템에서 EFOV 모드를 "파노라마 이미징"이라고 합니다. 다양한 상용 시스템에서 구현된 알고리즘의 기술적 세부 사항은 일반적으로 지적 재산권이므로 커서 리뷰에서 자유롭게 사용할 수 없지만 파노라마 초음파 기능을 갖춘 많은 상용 시스템은 Weng et al.22에 의해 설명된 것과 유사한 접근 방식을 설명합니다. 시스템을 제조하는 회사에서 직접 보다 상세한 정보를 획득하거나, 이미징 팬텀26,32를 사용하거나, 다른 수단(예: 동물 해부24에 비해)을 사용하여 모든 시스템에서 획득한 측정의 일반적인 타당성을 평가하는 것은 인간 참가자와 관련된 연구를 시작하기 전에 중요한 단계로 권장됩니다.
    2. 관심의 근육의 해부학에 익숙해지기 위해 시간을 내어 주변 해부학. 초음파 학자는 해부학 교과서를 사용하거나 바람직하게는 관심의 해부학에 익숙해지기 위해 대화형 온라인 3D 해부학 모델을 사용하는 것이 좋습니다.
  2. 참가자 준비
    1. 연구 프로토콜을 참가자에게 설명하고 이미징 프로토콜을 시작하기 전에 IRB 승인 동의를 얻습니다.
    2. 참가자에게 관심 있는 근육에 접근할 수 있도록 적절한 옷을 입도록 요청하십시오. 예를 들어, 초음파 학자가 팔뚝 근육을 이미지화할 계획인 경우 참가자는 반소매 셔츠를 착용하도록 요청받아야 합니다.
    3. 제자리에 고정할 수 있는 조절 가능한 의자에 앉으세요. 의자를 조정하여 참가자가 가능한 한 편안하게 지내면서 관심있는 근육에 대한 액세스를 제공합니다.
      참고: 완전히 평평하게 놓을 수 있는 조절 가능한 의자를 사용할 수 없는 경우 일부 스터디 디자인은 관심 있는 근육(즉, 햄스트링)에 액세스하기 위해 테이블을 사용해야 할 수 있습니다.
    4. 관심의 근육이 제어되고 반복될 수 있는 자세에 있는 조인트를 놓습니다. 해부학적 랜드마크를 찾고 곤니오메트리를 구현하기 위한 임상 지침33을 사용하십시오. 공동 좌표 시스템을 정의하는 ISB 표준을 사용합니다34,35. 일반적으로 조인트 각도를 측정하려면 해부학적 랜드마크에 피부 안전 마커(재료 표)로 표시한 다음 핸드헬드 고니오미터의 중심을 조인트 세그먼트와 고니오미터의 회전 축으로 정렬합니다.
      참고: 수동 적인 근육을 이미징 하는 경우, 상대적으로 긴 위치에 관심의 근육을 배치 하는 것은 이미징 슬랙 근육을 피하기 위해 하는 것이 좋습니다.
      1. 이 연구에서 이미지된 이두근 brachii를 복제하려면 발을 지지한 좌석 참가자, 뒤로 똑바로, 85° 납치의 어깨, 수평 굴곡10°, 25° 굴곡의 팔꿈치, 팔뚝, 손목 및 손가락이 중립에 있습니다.
      2. 이 연구에서 이미지된 티비알리스 전방을 복제하려면 60°의 플렉시온과 발바닥 굴곡의 15° 발목에 무릎을 꿇은 참가자를 앉히게 합니다.
    5. 이미징 프로토콜 동안 움직임을 최소화하기 위해 천 스트랩을 사용하여 참가자의 사지를 확보하십시오.

이미지 수집

  1. 연결하고 초음파 시스템을 켭니다. 시험이 근골격계로 설정되어 있는지 확인하고, 사용 트랜스듀서가 선택되어 (여기서 우리는 14L5를 사용함), 전송 주파수는 5-17 MHz (여기에 11MHz가 사용됨) 사이에 설정되어 근골격계 이미징을위한 전형적인 주파수 범위입니다. 더 높은 주파수는 일반적으로 해상도를 향상하지만 파도 침투를 감소시킬 때 더 많은 피상적 이미징에 사용됩니다.
  2. 시스템 설정으로 이동하여 풋스위치 설정을 조정합니다. 이 프로토콜의 목적을 위해 이미징을 시작/중지하려면 풋스위치를 설정하는 것이 좋습니다. 사용 중 풋스위치에 여러 개의 페달이 있는 경우 추가 페달을 "고정" 또는 "일시 중지"로 설정하고 이미지를 "인쇄" 또는 "저장"합니다.
  3. 트랜스듀서의 머리에 넉넉한 양의 초음파 젤을 발라주세요.
  4. 참가자의 피부에 트랜스듀서를 대략적인 관심 지역에 놓습니다.
  5. 근육의 짧은 축 평면에서 트랜스듀서를 이동합니다. 트랜스듀서에는 지표라고 불리는 한쪽에 작은 프로튜브가 있습니다. 표시기가 있는 트랜스듀서의 측면은 초음파 이미지의 왼쪽에 해당합니다. 짧은 축에서 이미징할 때 초음파 학자가 지표를 측면으로 가리키고 초음파 학자가 긴 축에 있을 때 지표를 분석하지 않도록 합니다.
  6. 짧은 축 평면 (근육 섬유 방향에 수직)에 관심있는 근육을 식별하고 변환기 말단과 근위를 이동하여 근육 경로의 전체 시각화를 얻습니다.
    1. 피부 안전 잉크 마커(재료표)를 사용하여 중요한 해부학적 랜드마크(즉, 근육의 측면 및 내측 가장자리, 근육 힘줄 접합 및 근육 삽입)을 표시합니다.
  7. 근육의 위치가 확인되고 적절하게 표시되면 초음파 트랜스듀서가 긴 축 평면 (근육 섬유 방향과 평행)에서 초음파 트랜스듀서를 움직이게하십시오.
  8. 근육의 말단 또는 근위 단부에서 시작하여 트랜스듀서를 회전시키고 기울여 해당 지점에서 근막 평면을 식별합니다. 올바른 트랜스듀서 위치가 확립되었을 때 피부에 표시를 지정합니다.
  9. 대략적인 근막 평면이 스캔할 원하는 길이 전체를 따라 설정되면 이 경로를 따라 초음파 검사기 연습이 있습니다.
  10. 이미지 수집을 시작하려면 EFOV-US 모드로 초음파 시스템을 배치하십시오.
  11. 근육의 한쪽 끝에서 시작하여 풋스위치를 클릭하여 이미지 수집을 시작하고 긴 축에서 초음파 트랜스듀서를 천천히 지속적으로 이동합니다. 근육의 끝에 도달하면 풋스위치를 클릭하여 이미지 수집을 종료합니다.
  12. 올바른 트랜스듀서 경로를 연습하고 확인합니다. 이것은 지속적으로 "품질"EFOV-미국 이미지를 얻기 전에 여러 연습 이미지를 취할 수 있습니다 (품질 이미지의 설명을 위한 섹션 2 참조).
  13. 이미지 가시성과 선명도를 최적화하려면 다음 매개 변수를 조정하는 것이 좋습니다.
    1. 깊이: 근육의 원하는 길이를 캡처하기 전에 이미지 수집이 종료되면 이미지의 깊이를 증가시킵니다(여기서 사용되는 시스템에서 는 이미지 깊이가 증가하여 스캔이 할 수 있는 절대 길이가 증가합니다).
    2. 초점: 관심 있는 근육 바로 아래에 이미지의 하단에 초점 화살표를 놓습니다.
    3. 이득: 게인이 이미지의 깊이를 통해 균형을 이루도록 합니다.
    4. 속도: 표시기에서 안내하는 최적의 속도로 이미지(대부분의 시스템에서는 파노라마 이미징 중 모니터에 속도 표시등이 표시됩니다).
  14. 질적으로 좋은 이미지가 수집되면 (단계 2.1), 이미지를 저장하기 위해 컨트롤 패널에 인쇄 / 상점 풋 스위치 페달 또는 동의어 버튼을 누르세요.
  15. 반복 단계 1.13-1.16 근육의 3 품질 EFOV-미국 이미지를 얻을 때까지.
  16. 관심있는 모든 근육을 얻을 때까지 1.6-1.17 단계를 반복하십시오.
  17. 수건을 사용하여 참가자의 피부에서 젤을 부드럽게 닦으십시오. 그런 다음 참가자가 피부 부위를 헹구거나 젖은 수건을 사용하여 젤에 노출된 피부를 닦아냅니다. 마른.
  18. 트랜스듀서의 머리에서 젤을 닦고 소독하십시오.
  19. 이미지를 압축되지 않은 DICOM 이미지로 CD DVD, 플래시 드라이브 또는 로컬 네트워크를 통해 컴퓨터에 내보냅니다.

2. EFOV-미국 이미지의 "품질" 결정

  1. 다음 단계 1.13, 초음파 학자 식별 하 고 관심의 근육과 그것의 주변 해부학의 주요 해부학 기능의 품질을 평가. 이것은 해부학과 근골격계 조직 반향성 (초음파를 반영하는 조직의 능력)에 대한 초음파 학자의 지식에 기초한 질적 평가입니다. EFOV-US 이미지가 질적으로 "좋은" 것으로 간주되려면 다음을 충족해야 합니다.
    1. 근육의 모든 긴 축 이미지에서 초음파 학자는 깊고 피상적인 근육 근막을 나타내는 초조 (밝은) 경계가있는 위선 (어두운) 모양으로 근육을 명확하게 식별 할 수 있는지 확인하십시오.
    2. 근육 경계 사이, 초음파 학자는 초반향으로 근육 근막을 둘러싼 결합 조직을 식별 할 수 있는지 확인 (밝은) 라인.
      참고: 다중 펜네아트 근육을 이미징할 때, 이미지는 근육 뱃속에, 깊고 피상적인 근육 근막 사이에, 초반향(밝은) 구조로 보이는 중앙 힘줄을 포함해야 합니다.
    3. 이미지에 과도한 굽힘이 없는지 확인합니다. 이것은 일반적으로 이미지의 그림자 또는 간격 또는 이미지 위에 들쭉날쭉한 유연한 눈금자 선으로 표시됩니다.
  2. 이미지가 2.1에 기술된 조직 구조 중 하나 이상이 누락된 경우 이미지가 "질적으로 좋지"고 판단하고 2D 모드로 돌아갑니다.

3. 근육 근면 길이를 양수화

  1. 근육 근막 길이를 정량화하려면 오픈 소스 이미지 프로세싱 플랫폼인 ImageJ를 사용하십시오. imageJ는 https://imagej.net/Downloads 다운로드할 수 있습니다.
    참고: ImageJ가 자주 구현되고 있지만24,25,31,36,37,38, 근육 근막 길이의 정량화는 다른 이미지 처리 소프트웨어8,39 또는 사용자 정의 코드40,41을 사용하여 측정될 수 있다.
  2. 다운로드한 후, 파일을 클릭하여 ImageJ에서 DICOM 이미지로 초음파 이미지를 엽니 다 | 분석할 이미지를 열고 선택합니다.
  3. DICOM 이미지 특성이 보존되었는지 확인하려면 도구 메뉴의 직선 도구를 클릭하고 초음파 이미지 측면의 눈금자에 0~1cm의 직선선을 그립니다. 그런 다음 | 분석으로 이동합니다. 측정하여 만든 선을 측정합니다. 이미지 속성이 보존된 경우 직선의 길이는 1cm여야 합니다.
  4. 이미지의 근막 길이를 측정하려면 다음을 완료합니다.
    1. 직선 도구를 마우스 오른쪽 단추로 클릭합니다.
    2. 분할된 선을 선택합니다.
    3. 커서를 이미지로 이동하고 측정하도록 선택된 근막의 한쪽 끝을 클릭합니다.
      참고: 전체 근막 경로(즉, 한 aponeurosis에서 다음 aponeurosis 또는 중앙 힘줄까지)이 설득력 있게 볼 수 있는 파시클 경로에 대해서만 측정합니다.
    4. 경로를 따라 클릭하여 근막 경로의 곡률이 캡처되도록 합니다.
    5. 근막 경로의 끝에 도달하면 두 번 클릭하여 선을 종료하고 분석 | 선의 길이를 측정합니다.
      참고: 새 창인 "결과"가 측정이 처음 나올 때 나타납니다. 표시된 값은 결과 | 통해 결과 창에서 관리할 수 있습니다 . 측정을 설정합니다.
  5. 여러 근막 측정이 단일 이미지로 이루어질 때까지 3.4.3-3.4.5 단계를 반복합니다.
  6. 파일 | 클릭하여 매시 측정 저장 결과 탭에 저장하거나 값을 복사하여 다른 문서/스프레드시트에 붙여넣을 수 있습니다.

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Representative Results

확장된 시야 초음파(EFOV-US)는 4명의 건강한 지원자(표 1)에서 이두근 브라치이와 티비알리스 전방의 긴 머리로부터 이미지를 얻기 위해 구현되었다. 도 1은 이 대표적인 이미징 세션에서 촬영된 두 근육의 EFOV-US 이미지가 무엇인지 를 나타내며 근육 아폰유로시스, 중앙 힘줄, 근막 경로 등과 같은 각 이미지의 중요한 측면을 강조합니다. 이미징 세션이 끝난 후, 3질적으로 "좋은" 이미지(그림 2)는 각 개인의 각 근육에 대해 분석하였다. ImageJ는 이미지당 4개의 매혹을 측정하기 위해 구현되었습니다. 각 이미지에서, 원점에서 삽입까지 설득력 있게 시각화될 수 있고 선택된 근육의 다른 부분에 위치한 경로가 있는 매심을 측정했다. 이 두근 브라치이 (14.6 ± 1.7 cm)와 티비실리스 전방 (7.3 ± 0.6 cm)에 대한 이 연구에서 얻은 평균 근막 길이는 이전에보고된 근막 길이의 범위 내에 있다25,42 (표 1).

이 프로토콜의 가장 도전적이고 주관적인 부분은 이미지를 질적으로 "좋거나 질적으로"나쁜 것으로 간주하는 요인을 결정하는 것입니다. 우리는 "좋은"과 "나쁜"이미지 (그림 2)의 몇 가지 예와 이미지 랜드 마크와 품질이 사람들에 따라 어떻게 변화하는지 (그림 3)를 제공합니다. 또한 우리는 구체적으로 "나쁜"이미지의 부분을 강조했다.

제목 성별 높이(m) 연령 이두근 면 이두근 근막 길이(cm) 티비아리스 안티어 사이드 티비아리스 전방 근막 길이(cm)
1 M 1.78 24 L 16.4 ± 0.3 L 7.6 ± 0.1
2 F 1.8 23 R 12.2 ± 0.2 L 7.5 ± 0.2
3 M 1.82 24 L 14.9 ± 0.2 R 7.7 ± 0.1
4 F 1.79 28 R 14.7 ± 0.2 L 6.4 ± 0.3
평균의 14.6 7.3
SD 1.7 0.6

표 1: 참가자 인구 통계 및 데이터. 근막 길이의 측정은 표준 편차 ± 평균으로 표시됩니다.

Figure 1
그림 1: 두 가지 예제 근육의 회로도 및 EFOV 이미지. (왼쪽) 연구 중인 근육의 그림. (오른쪽) 상단에 있는 "좋은" 이미지와 전체 근육(진한 파란색), 중앙 힘줄(라이트 블루), 근육 매심(흰색)이 있는 동일한 이미지의 예입니다. 각 이미지에는 이미지 의 오른쪽 하단에 해당하는 1cm 스케일 막대(흰색)가 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 이미지 품질 시연. 이두근 브라치이와 참가자 1, 2의 티비실리스 전방으로부터 얻은 3개의 질적으로 "좋은" 및 3개의 질적으로 "나쁜" 이미지의 데모. (상단 A & B) 모든 질적으로 "좋은"이미지는 근육 aponeurosis에 내부 힘줄에서 확장 매심을 시각화 할 수 있습니다. 우리는 질적으로 "나쁜"이미지를 설명하고 분석해서는 안됩니다. "나쁜"으로 자격을 갖춘 이미지의 일부는 강조 (파란색 상자와 화살표) 들쭉날쭉하거나 깨진 이미지, 과도하거나 해부학적으로 관련이없는 굽힘, 전체 근심을 배제하는 이미지, 흐린 중앙 힘줄이미지가 포함됩니다. 각 이미지에는 1cm를 나타내는 배율 막대(흰색 세로 선)가 있습니다. 그림의 이 부분은 주로 별도의 이미징 스윕에 걸쳐 초음파 학자의 불일치로 인해 이미지 간의 가변성을 강조하고 있습니다. (하단 A & B) 하나의 "좋은"이두근과 하나의 "좋은"티비알리스 전방 근육이 표시됩니다. 그런 다음 원본 이미지의 주황색 상자가 날아가 ImageJ에서 파시클을 측정할 때 볼 수 있는 줌을 보다 정확하게 설명합니다. 하단 이미지는 대표적인 윤곽이 설명된 파시글(흰색 파선)을 보여줍니다. 이러한 이미지는 원점에서 삽입까지 파시글을 따를 수 있고 이미지의 확대 부분에 상당한 왜곡이나 아티팩트가 없기 때문에 "양호한" 것으로 간주됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 개인 간 이미지 품질의 변동성. 이미지 품질과 가시성의 가변성은 참가자 들 사이에 존재, 주로 해부학 적 변화 (즉, 근육 크기, 근육 길이, 피하 지방 함량) 근육 내용의 차이 (즉, 근육 지방의 양, 결합 조직, 섬유증). 구체적으로, 근육 함량과 근육 위의 조직의 층의 변화는 이미지 된 근육의 에코 강도에 영향을 미칠 수 있습니다43. 개인에 걸쳐 자연 해부학 적 차이 다양 한 근육 건축 기능 다양 한 다른 개인의 미국 이미지에 걸쳐 발생할 것 이다. 다른 참가자에 있는 근육의 이 데모는 해부학의 철저한 이해의 중요성을 강조하고 얻어지는 이미지의 질그리고 정확성에 대한 신뢰를 얻기 위한 각종 개별에 심상을 얻는 충분한 사례. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

프로토콜의 중요한 단계입니다.

유효하고 신뢰할 수 있는 근막 길이 측정을 산출하는 고품질 EFOV-US 이미지를 얻기 위한 몇 가지 중요한 구성 요소가 있습니다. 첫째, 방법 1.1.2에 나타난 바와 같이 초음파 학자는 주변 근육, 뼈 및 기타 연조직 구조뿐만 아니라 이미지되는 근육의 해부학에 익숙해지는 데 시간이 걸리는 것이 필수적입니다. 이렇게 하면 올바른 근육을 이미지화하고 여러 이미지가 동일한 근육 평면을 캡처하고 있는지 확인하는 초음파 학자의 능력이 향상됩니다. 둘째, 초음파 학자는 출판을 위해 데이터를 수집하기 전에 팬텀 및 여러 파일럿 참가자에 대한 프로토콜을 연습해야합니다. 초음파는 초음파 학자가 근막 평면을 제대로 식별하지 못하면 측정 오차를 초래하는 것으로 알려져 있으며, 이는 도전적이며 연습으로 개선 될 수있는 작업입니다. 마지막으로, 사용되는 초음파 시스템에서 EFOV-US 알고리즘에 의해 이루어진 측정의 유효성이 확립되었는지 확인하는 것이 좋습니다. 방법의 정확도가 입증되지 않은 경우, 유효성 검사는 초음파 phantom23,26을 사용하거나 다른 이미징 도구44 또는 cadaveric 해부45와 비교하여 쉽게 수행 할 수 있습니다.

메서드의 수정 및 문제 해결.

동적 스캐닝 중에 이미지 가시성이 좋지 않거나 프로브 모션이 고르지 않으면 초음파 젤을 추가하면 트랜스듀서-피부 커플링을 개선하여 이미지 품질을 향상시킬 수 있습니다. 전체 관심 개체를 캡처하기 전에 알고리즘에 의해 이미지 수집이 차단되면 이미지의 깊이를 늘려야 합니다. 이미지의 깊이를 늘리면 사용 가능한 검색 거리가 확장되므로 단일 EFOV-US 이미지 내에서 더 긴 오브젝트를 캡처할 수 있습니다. 일반적으로 이미지 품질 이나 이미지 수집을 개선하거나 문제를 해결하려고 할 때 초음파 시스템의 매뉴얼을 참조하는 것이 가장 좋습니다.

여기서, 우리는 삽입 힘줄에 원점 힘줄의 근육 힘줄 접합에서 전체 근육의 EFOV-미국 이미지를 캡처하는 방법을 보여줍니다. 전체 근육을 캡처하는 것은 일부 근육에 필요한, 이두근 brachii 등, 누구의 근막근육의 거의 전체 길이에 걸쳐. 그러나, 다른 근육에 대 한, 티비리얼 전방 또는 다른 페닝 된 근육 등, 전체 근육 배를 포함 하지 않는 짧은 스캔 여전히 전체 근육 근심을 캡처수 있습니다. 초보자 초음파 학자의 경우, 여전히 전체 근막 길이를 캡처 짧은 스캔에서 이미지를 획득하면 근막 평면과의 프로브 정렬 불량 의 가능성을 줄이고 이미지 품질을 향상하여 근막 측정 오류의 가능성을 줄일 수 있습니다.

메서드의 제한 사항

특히, 근육 활성화 근육 근막 길이 변경할 수 있습니다. 스캐닝 방법의 특성상, EFOV-US의 주요 한계는 동적 근육 수축(예를 들어, 걷기 중 46,47)으로 인한 근막 변화를 연구하기 위해 구현될 수 없다는 것이다. 추가적으로, EFOV-미국 심상을 포착하는 데 필요한 시간으로 인해 근육 피로로 인해 최대 수축으로 근육을 이미징할 가능성이 높습니다. 대신 EFOV-US 방법은 하위 최대 또는 수동 이미징에 유용합니다. 근육 활동이 참가자, 사지 또는 세션 전반에 걸쳐 일정하다는 것을 보장하는 한 가지 방법은 이미징 중에 EMG를 동시에 측정하고 근육이 원하는 활동 수준에 있을 때 찍은 이미지만 분석하는 것입니다. 비록 권장, 특히 변경 된 신경 드라이브와 인구를 공부 하는 경우, EMG의 측정 은 여기에서 공부 하는 인구에서 찍은 되지 않았습니다.

기존의 초음파는 생체 근막 길이에서 측정하기에 유효하고 신뢰할 수있는 것으로 나타났지만 초음파 트랜스듀서의 초음파 변환기 정렬이 근막 평면27,29,48에서 벗어나면 일부 근막 측정 오류가 발생합니다. EFOV-US의 동적 스캔의 특성으로 인해 EFOV-US 메서드가 T-US21,24보다 더 많은 오류가 있을 수 있다는 우려가 있습니다. 최근 연구에 따르면 프로브 오정렬로 인한 근막 측정 오차가 잘 확립된 것보다 EFOV-US에서 크지 않다는 것을 입증했지만, 단일 손목 근육에서 T-US method23, B 모드 초음파의 일반적인 제한은 근육의 비교적 작고 2차원(2D) 보기를 캡처할 수 있다는 것입니다. 개별 파종의 진정한 경로는 3D일 수 있습니다. 2D 뷰에서 잠재적으로 3D 경로의 측정 길이와 관련된 오류는 더 긴 파시클에 대해 더 커질 수 있다는 우려가 남아 있습니다.

기존/대체 방법에 대한 방법의 중요성

정적, B 모드 초음파는 생체 내에서 근육 근막 길이를 측정하는 널리 허용되는 방법입니다. 그러나 T-US 프로브의 시야는 직접 측정할 수 있는 파름의 길이를 제한합니다. 대신, T-US의 시야보다 더 오래 파시름을 측정하려면 삼각성 추정 방법, 확산 텐서 이미징(DTI) 또는 EFOV-US20이 필요합니다. 일반적으로 초음파 이미징은 MRI가 더 비싸고 구현하기 어렵기 때문에 DTI와 같은 자기 공명 영상 (MRI) 기술보다 선호됩니다18. EFOV-US로 캡처된 근막 길이는 근육 근막이 정기적으로 곡선 경로를 따르기 때문에 예상되는 삼각측정 추정 방법24,36보다 더 정확한 것으로 나타났지만, 삼각측정 추정 방법은 근육 근막 길이의 계산에서 선형성을 가정합니다.

대부분의 초음파 프로브는 길이가 4-6cm이지만 최대 10cm의 초음파 프로브가 사용되어 10,100개까지 사용되었습니다. 10cm 프로브는 더 넓은 시야를 통해 더 길고 직선적인 파름을 포착할 수 있습니다. 여전히, 더 긴 프로브 길이는 프레임 속도를 감소시키고, 이미징 표면(body)이 이미지 조직의 고르지 않은 압축을 피하기 위해 똑바로 해야 하며, 더 긴 곡선 근면을 포착하지 못할 수 있다(EFOV를 사용하지 않고)20.

향후 응용 프로그램 또는 메서드의 방향

여기에 자세히 설명된 이 가이드는 근육 근막 길이를 측정하기 위한 고품질 EFOV-US 이미지를 획득하기 위한 것으로, 이 분야가 생체 내 근육 아키텍처 데이터에 있는 근육 풀을 확장하기 위한 EFOV-US 방법의 사용을 장려하기 위한 것이다. 기대는이 방법은 건강 하 고 장애인 된 인구 모두에 적용 될 것입니다 (예를 들어, 개인 뇌졸중 후 38,49 또는 정형 외과 수술 후) 근육 기능 및 근육 적응을 더 잘 이해 하기 위해. 또한, 이러한 생체 내 데이터는 피사체특정 근골격계 모델의 개발뿐만 아니라 인간의 움직임을 보다 정확하게 예측하는 모델개발에 중요하다.

특히, EFOV-US 방법은 근육 근막 길이의 측정에 국한되지 않습니다. 이 방법은 힘줄 길이50,51 및 근육 해부학 단면 영역의 측정뿐만 아니라 다양한 피상적 병변54,55의 문서화에 사용되었습니다. 따라서, 다양한 응용 분야에 대한 EFOV-US 방법을 사용하여 고품질 의 이미지를 얻기 위한 가이드를 개발할 수 있는 기회가 있다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

우리는 그들의 실험적인 지도에 대한 비크람 다르베와 패트릭 프랭크에게 감사드립니다. 이 작품은 그랜트 번호에서 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램에 의해 지원됩니다. DGE-1324585뿐만 아니라 NIH R01D084009 및 F31AR076920. 이 자료에 표현된 의견, 사실 인정 및 결론 또는 권고사항은 저자의 의견이며 반드시 국립 과학 재단 이나 NIH의 견해를 반영하지 않습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
14L5 linear transducers Siemens 10789396
Acuson S2000 Ultrasound System Siemens 10032746
Adjustable chair (Biodex System) Biodex Medical Systems System Pro 4
Skin Marker Medium Tip SportSafe n/a Multi-color 4 Pack recommended
Ultrasound Gel - Standard 8 Ounce Non-Sterile Fragrance Free Glacial Tint MediChoice, Owens &Minor M500812

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Adkins, A. N., Murray, W. M. Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length. J. Vis. Exp. (166), e61765, doi:10.3791/61765 (2020).

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