تسمح الموجات فوق الصوتية 3D التصوير (3DUS) مورفوميتري سريعة وفعالة من حيث التكلفة لانسجة العضلات والعظام. نقدم بروتوكولا لقياس طول الصوت والكراسة العضلات باستخدام 3DUS.
والهدف التنموي للموجات فوق الصوتية 3D التصوير (3DUS) مهندس طريقة لإجراء تحليل 3D الموجات فوق الصوتية المورفولوجية للعضلات البشرية. صور 3DUS هي التي شيدت من معايرة يدوي صور ثنائية الأبعاد الوضع ب-الموجات فوق الصوتية، التي تتمركز في صفيف فوكسل. التصوير بالموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) يسمح التحديد الكمي لحجم العضلات والكراسة طول وزاوية بينيشن. هذه المتغيرات المورفولوجية عوامل هامة في نطاق قوة وطول العضلات من ممارسة القوة. ويصف البروتوكول قدم نهجاً لتحديد طول الصوت والكراسة فستوس m. لاتيراليس و الساق m. ميدياليس. 3DUS يسهل توحيد استخدام مراجع ثلاثية الأبعاد التشريحية. ويوفر هذا النهج نهج سريعة وفعالة من حيث التكلفة للتحديد الكمي مورفولوجية 3D في عضلات الهيكل العظمى. في الرعاية الصحية، والرياضة، معلومات بشأن مورفوميتري العضلات قيمة للغاية في التشخيص و/أو تقييمات المتابعة بعد العلاج أو التدريب.
في الرعاية الصحية، والرياضة، معلومات بشأن مورفولوجية العضلات قيمة للغاية في التشخيص و/أو تقييمات المتابعة بعد العلاج أو التدريب1. التصوير بالموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) أداة تستخدم عادة لتصور هياكل الأنسجة اللينة في أمراض العضلات2، الأمراض الحرجة3،4، وأمراض القلب والأوعية الدموية5، الاضطرابات العصبية6، ،من 78، وآثار التدريب البدني6،،من910. تصوير أمريكي يتيح التحديد الكمي لحجم العضلات والكراسة طول وزاوية بينيشن. هذه المتغيرات المورفولوجية أهميتها من العوامل المحددة لنطاق قوة وطول العضلات من قوة كشفه11،،من1213،،من1415.
حاليا، يتم تنفيذ قياسات التصوير الولايات المتحدة معظمها في 2D الصور، مع اختيار ممتحن ومن المفترض أن التحقيق في اتجاه مناسب وموقعه الموجات فوق الصوتية. تقييد هذه الأساليب 2D القياسات المورفولوجية للطائرة صورة واحدة، بينما المعلمة للفائدة قد لا تكون موجودة داخل هذه الطائرة. تحليل الخصائص المورفولوجية يتطلب نهجاً ثلاثي الأبعاد، توفير قياسات الخروج من الطائرة باستخدام نقاط مرجعية ثلاثية الأبعاد. هو معروف مثل هذا تمثيل مورفولوجية 3D من الأنسجة الرخوة التي سيقدمها “التصوير بالرنين المغناطيسي” (التصوير بالرنين المغناطيسي)16،،من1718،،من1920. التصوير بالرنين المغناطيسي غير مكلفة وغير متوفرة دائماً. أيضا، يتطلب تصور ألياف العضلات تتابع التصوير بالرنين المغناطيسي الخاصة، مثل نشر موتر التصوير (وزارة التجارة والصناعة)21. بديلاً فعالاً من حيث التكلفة للتصوير بالرنين المغناطيسي تصوير ثلاثي الأبعاد بالموجات فوق الصوتية (3DUS). النهج 3DUS الذي يوفر العديد من المزايا عبر تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي، مثلاً، فإنه يفرض قيودا مساحة أقل لتحديد المواقع هذا الموضوع أثناء فحص. تصوير 3DUS وأسلوب التتابع التقاط صور ثنائية الأبعاد (الوضع ب-الولايات المتحدة الأمريكية) ووضعها في حجم عنصر (فوكسل) صفيف22،،من2324. عملية إعادة الإعمار في صورة 3DUS يتكون من خمس خطوات: (1) التقاط سلسلة من الصور الولايات المتحدة 2D حر؛ (2) تتبع موقف المسبار الأميركي، باستخدام نظام “التقاط الحركة” (MoCap)؛ (3) تزامن موقف MoCap والصور الولايات المتحدة؛ (4) حساب بالموقع والتوجه للصور بالموجات فوق الصوتية داخل فوكسل الصفيف باستخدام نظام معايرة المرجعية؛ و (5) وضع هذه الصور في هذا الصفيف فوكسل.
طبق النهج 3DUS بنجاح للتقييم مورفولوجية الهيكل العظمى والعضلات15،25،،من2627،،من2829. ومع ذلك، أثبتت النهج السابق7،15،،من2530 مرهقة وتستغرق وقتاً طويلاً ومحدودة من الناحية الفنية، كما يمكن إعادة بناء قطاعات صغيرة فقط من العضلات الكبيرة.
لتحسين النهج 3DUS، وضعت بروتوكول 3DUS جديد يتيح إعادة بناء عضلات كاملة خلال فترة قصيرة من الزمن. توضح هذه المقالة بروتوكول استخدام 3DUS التصوير مورفوميتري فستوس m. لاتيراليس (داء الليشمانيات الحشوي) و الساق m. ميدياليس (جنرال موتورز).
ويرد تقنية 3DUS صحيحة وموثوق بها أن يسمح للتحليل السريع للمتغيرات شكلي لعضلات الهيكل العظمى. النهج 3DUS مختلفة لتصوير الأنسجة اللينة كانت متاحة لما يقرب عقد42،43، بيد أن النهج 3DUS التي ما زالت لا تستخدم عادة. التصوير بالرنين المغناطيسي ‘معيار الذهب’ لتقدير حجم العضلات في فيفو (على سبيل المثال-، مراجع16،،من1718،،من1920). تم اختبار صحة التصوير بالرنين المغناطيسي وأكدت في دراسات مقارنة أشباح أو الأجهزة المأخوذة من المعروف حجم لوحدة التخزين المستندة إلى التصوير بالرنين المغناطيسي تقديرات44،45. ومع ذلك، يقتصر توافر التصوير بالرنين المغناطيسي للبحث ويمسح مضيعة للوقت ومكلفة. وباﻹضافة إلى ذلك، موضوع تجريبية محدودة المواقف التي تتحمل الاستيلاء على التصوير بالرنين المغناطيسي من الماسحات الضوئية. إنشاء نموذجي السيد الصور التباين غير كافية لإجراء قياسات لمتغيرات الهندسة العضلات (الكراسة أطوال وزوايا). ومع ذلك، يمكن تقييم العضلات 3D الهندسة أيضا باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام تقنيات إضافية، مثلاً، وزارة التجارة والصناعة التقنية21. يوفر مشابه للتصوير بالرنين المغناطيسي، الولايات المتحدة التمييز الكافي في الواجهات بين أنواع مختلفة من الأنسجة (أي مرئية في داخلنا صور)، توفير طريقة صالحة للأنسجة الرخوة حجم التقييم1،30 ،44،،من4647،،من4849. على النقيض من التصوير بالرنين المغناطيسي، الصور 3DUS لها التباين كافية إجراء تحليل على هندسة الصوت والعضلات على حد سواء من القياس نفسه.
وبالإضافة إلى ذلك، تسمح تقنية قدمت الجمع بين الصور للاحتلالات متعددة في صفيف واحد، لدراسة عضلات أكبر. يوفر هذا الأسلوب 3DUS الجديدة أداة محتملة للتقييم السريري مورفولوجيا العضلات. يمكن استخدام هذا الأسلوب أيضا لتصوير هياكل الأنسجة اللينة عدا العضلات (مثلاً، الأوتار، الأعضاء الداخلية، والشرايين).
تعديلات لتحسين وقت المعالجة دون اتصال:
تعديلات النهج 3DUS كانت أساسا تهدف إلى تحسين وقت المعالجة وقياس عضلات أكبر. وقت التجهيز حاليا لصورة 3DUS يعتمد على إعدادات مجموعة فوكسل، تردد أخذ العينات، وحجم العائد على الاستثمار، والمدة وسرعة الاجتياح وعدد من عمليات التمشيط، ومحطة العمل المستخدمة. سابقا، كان ضروريا لإعادة بناء واحد فقط اكتساح الغلة 750 الولايات المتحدة الصور وقت تعمير ≈ ح 2 (30 ثانية في 25 هرتز)15،،من2530. مع هذا الأسلوب 3DUS، اكتساح نفسه وقتاً فقط 50 s التعمير (تحسين وقت المعالجة ‘دون اتصال’ بنسبة 99 في المائة). ويمكن تفسير هذا التحسن بواسطة خوارزمية إعادة ملء المعززة التي تستخدم عمليات مكافحة ناقلات كبيرة لملء في فوكسيلس الإطار حسب الإطار، بدلاً من بكسل لكل بكسل وزيادة وصول عشوائي ذاكرة (RAM) لمحطات العمل لبناء أكبر فوكسل صفائف. مع النهج الجديد 3DUS، بإعادة بناء نموذجي يمثل طول اكتساح من 30 سم بسرعة 1 سم/ثانية، مع حجم 0.2 x 0.2 x 0.2 مم فوكسل هدف3 وتردد 25 هرتز، يأخذ المرة التالية لإعادة إعمار :
(أ) ما يقرب من 10 s لتحديد نبض المزامنة وحدد الصور الولايات المتحدة ذات الصلة.
(ب) ما يقرب من 120 s لتحديد مصفوفة التحول المعايرة (Prتيإيم).
ج دا ما يقرب من 10 لمرحلة بن ملء.
(د) ما يقرب من 30 ثانية لتنفيذ الخطوات سد الثغرات.
في المجموع، وإذ تحيط علما س. 170، يحتاج الخطوة ب فقط تتم مرة واحدة، ومع افتراض اتصال جامدة من علامات MoCap للتحقيق، تاركاً 50 s لتعمير اكتساح واحد. الجمع بين اثنين من اكتساح واحد أعيد بناؤها فوكسل صفائف يأخذ حوالي 10 ثانية.
القيود وخطوات حاسمة:
وهناك العديد من الجوانب التصوير 3DUS التي ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار:
أولاً جودة الصورة في الولايات المتحدة: أعلى القرار المكانية لصور ثنائية الأبعاد من الولايات المتحدة تقديم أكثر بكسل لوضعها داخل الصفيف فوكسل. وسيسمح أبعاد فوكسل في الانخفاض، مما يؤدي إلى ارتفاع كثافة فوكسل. استخدام آلات الموجات فوق الصوتية المتاحة حاليا عدة مما يضاعف المكانية للحد من نسيج الحبيبية صاخبة، مما يسمح للتمييز أفضل خالية من القطع الأثرية من الواجهات للأنسجة. وثمة خيار آخر للحد من البقع واللطخ تعزيز الحافة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا النهج غير مرغوب فيه، نظراً لأنها تشوهات الصورة في محاولة لإنشاء واجهات متميزة، مما يشوه حقيقة الموقف التشريحية للواجهات.
ثانيا- الدقة MoCap: بكسل يمكن فقط دقة وضعها في فوكسل، إذا كان استشعار موقف يقد دقة الإحداثيات للتحقيق. مع زيادة دقة وضوح الصورة، ودقة MoCap يصبح أكثر أهمية. 3DUS عرض الإعداد يعمل أفضل مع بعدا فوكسل من 0.2 x 0.2 x 0.2 مم3، باستخدام نظام MoCap بدقة 0.1 ملم، وتوفير دقة كافية لإعادة بناء الصفيف فوكسل 3DUS.
ثالثا- عينة تردد: أدنى الأزمنة الصور الولايات المتحدة أو دفق البيانات MoCap يحدد تواتر عينة. وهذا يؤثر على وقت الاجتياح أو إعدادات مجموعة فوكسل. على سبيل المثال، تضاعف وتيرة عينة من 25 إلى 50 هرتز يسمح اكتساح المراد تنفيذها في نصف الوقت. وبدلاً من ذلك، عدم تغيير سرعة الاجتياح، يوفر مزيد من الصور لملء صفيف فوكسل، ترك ثغرات أقل المراد شغلها ومما يحتمل أن تكون زيادة دقة الصفيف فوكسل. ومع ذلك، تتطلب زيادة فوكسل القرار الصفيف، بدون زيادة تواتر أخذ العينات، تفحص أبطأ، مما يزيد من إمكانات حركة القطع الأثرية.
رابعا- صورة وقت إعادة الإعمار: بسرعة إعادة البناء تتطلب محطة عمل قوية مع ذاكرة RAM المتوفرة كافية. وبالإضافة إلى ذلك، يختلف وقت إعادة الإعمار استناداً إلى حد كبير حجم الصفيف فوكسل وتعقيد عملية سد الثغرات.
خامسا- البروتوكول التجريبي: توحيد البروتوكول التجريبي، كما يتضح في هذه الدراسة فل وجنرال موتورز، أمر ضروري لمقارنة القياسات المورفولوجية (مثلاً، طول الكراسة، زاوية الكراسة، والبطن العضلات الطول، وطول وتر، طول aponeurosis) بين المواضيع والرصد داخل المواضيع في الدراسات الطولية. ومع ذلك، نلاحظ أن مورفولوجية المقررة في بقية قد تغير من خلال تنشيط العضلات. على سبيل المثال، للتجربة فل، قد تثبت مورفولوجية الركبة الباسطة أثناء الانكماش القصوى من زاوية بينيشن عالية وكراسات أقصر في انثناء الركبة 60°، بالمقارنة بالتشكل في بقية50. في ظروف معينة (مثلاً.، التشنج)، يمكن استخدامها للتحقق من مستويات النشاط العضلات الراحة أثناء الفحص الكهربائي (EMG).
سادسا- التحقيق تشوه الضغط والأنسجة: إذا تم تطبيق هلام وافرة بالموجات فوق الصوتية على العائد على الاستثمار، مقدار الضغط على البقاء للاتصال الكامل بين التحقيق والجلد محدود. كالتوجيه، ننصحك بأن المسح عائد الاستثمار ينبغي أن يشعر وكأنه تحوم فوق الجلد، ويجب تطبيق الضغط فقط تبقى على اتصال بالجل ومن ثم الجلد. ومع ذلك، قد يكون تشوه النسيج طفيفة لا مفر منه، حتى مع كمية سخية من جل الموجات فوق الصوتية. حجم المجس وعائد منحنية تؤثر على المبلغ المطلوب من الضغط أو هلام المستخدمة. حجم أكبر للتحقيق وعائد منحنى أكثر تتطلب المزيد من الضغط و/أو هلام أكثر، من أصغر تحقيقات مع مماثلة منحنى العائد على الاستثمار. حل آخر ممكن تجاهل المنطقة صدى (أي غير–تماس الجلد) من الصور الولايات المتحدة. وباﻹضافة إلى ذلك، تشوه النسيج الأكثر احتمالاً أن يحدث في أول طبقات الأنسجة، مثل الجلد وطبقات الأنسجة الدهنية تحت الجلد. ملاحظة أن المواضيع مع قليل من لا الأنسجة الدهنية تحت الجلد وبالتالي أكثر عرضه للآثار السلبية للضغط. وباﻹضافة إلى ذلك، تشوه الأنسجة يحدث على الأرجح في مركز المسبار، الذي ليس عادة منطقة التداخل مع الاحتلالات الأخرى.
سابعا- المعرفة التشريحية والتصوير: اعتبار هام آخر في استخدام أي طريقة التصوير أن علم التشريح وطريقة التصوير ضروري للحصول على تفسير معنى. تباين التشريحية بين المواضيع والتحف الصورة يحتاج إلى الاعتراف به وتؤخذ في الاعتبار في عملية تحديد الهوية من الهياكل التشريحية. حتى مع العضلات صحية و/أو متطورة، يمكن تحديد واضح صعبة لأنها تتطلب المعرفة التشريحية للتفريق بين المكونات المختلفة لعضلة واحدة أو بين مجموعات العضلات51. ولكن العضلة ضمرت (أي المسنين، في حالة علم الأمراض، أو الجثث)، التحديد الواضح هو أكثر تعقيداً بسبب حجم أصغر وانخفض تباين الصورة، والتالي واجهات الأنسجة أقل متميزة (الرقم 4 ). نحن نعتقد أن دون المعرفة التشريحية السابقة، ونحن ستكون محدودة في إصدار الأحكام الصحيحة في تصميم هذا النهج 3DUS وإجراء القياسات 3DUS. على سبيل المثال، للتجارب المعدلة وراثيا، وزوايا مختلفة فوتبلاتي لا تتسبب بالضرورة في التغييرات المتوقعة في عضلة وتر أطوال معقدة، بسبب تشوه في القدم7. أيضا معلومات تشريحية مفصلة عن انحناء aponeurosis القاصي ضروري لمجموعة كافية من الطائرة منتصف طولية في جميع مواضيع38.
الشكل 4: التباين ونوعية الصور التشريحية 3DUS مستعرضة عضلة الفخذ في منتصف الطريق على طول الفخذ بناؤها. يوضح المثال (A) من الجثث البشرية الذكور صورة دولة ضمرت في الموت (الموت العمر: 81 عاماً). من الصعب تحديد حدود الفردية رؤساء عضلة الفخذ. (ب) مثال للذكور المستقرة (30 سنة). (ج) مثال الرياضيين الذكور المجذف (30 سنة). تمثل المربعات البيضاء لمقياس 1 سم × 1 سم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
التطبيقات المستقبلية:
النهج 3DUS الذي يوفر أداة لالتقاط الصور التي يمكن استخدامها لأغراض مختلفة وإعدادات في الرياضة والعيادات. في التدخلات السريرية ذات الصلة بفعالية على مستوى اللياقة البدنية52. استخدام 3DUS لرصد المرضى الذين هم في خطر فقدان العضلات الكتلة الهامة (مثل، مراجع53،54،55) ويحتمل أن يسمح للتكيف للعلاج. آخر إمكانية تطبيق 3DUS تكمن في رصد التكيف المورفولوجي للعضلات استجابة للتدخل (التدريب) و/أو الإصابة.
ووصف هذا البروتوكول طريقة فعالة تكلفة ووقت لقياس هيكل الأنسجة اللينة للجسم البشري استناداً إلى عمليات التمشيط 3DUS يدوي. وعلاوة على ذلك، أثبت تقييم المعلمات المورفولوجية ذات مغزى فستوس m. لاتيراليس و الساق m. ميدياليس صحيحة وموثوق بها.
The authors have nothing to disclose.
الكتاب ممتنون جداً لآدم فيهما ونيكولا جمهورية يوغوسﻻفيا الاتحادية الذين تبادلوا الخوارزميات للموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد في عام 2004، التي كانت مصدر الهام لتطوير البرمجيات المستخدمة في هذه الدراسة.
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 |