肌肉骨骼超声成像的一种新应用

1。仪器仪表矢量TDI是基于估算从两个或多个独立的方向取多普勒速度测量得到的速度矢量。超声系统具有界面研究用于开发VTDI。该研究的接口允许水平低的波束形成和脉冲序列控制使用的软件开发工具包（SDK）。 5-14 MHz的线阵探头，由128换能器元件，并与视图一个38毫米的领域被使用。研究接口被用来将阵列传感器分成两个发射和接收孔，并通过与相对于法线15°转向的接收波束。发射波束集中在感兴趣的区域（ 如腹部肌肉）。发送和接收孔径分别设置为32个元素。 八个科目，4男4女（29.7±6.5岁）被招募了这项研究。从该对象运动的措施右下肢被使用八位相机运动捕捉系统具有高速性能和200Hz的采样率捕获。在实验过程中地面反作用力的数据通过两个力板采样在2000赫兹获得。 一个高速相机安装在三脚架上，并放置在离被摄对象2 M，用于捕获下降着陆在500帧/秒。 2。主题准备要求受试者穿一条短裤，运动内衣或短T恤和跑鞋。 指导受试者进行10分钟自导热身和拉伸前的数据集合。这是为了避免不正常的肌肉收缩，并减少任何肌肉痉挛的范围。 在热身环节后，将反光标记对身体特定的地标。具体而言，在更大trochanters，双侧内侧和外侧膝处校准标记和内侧和雷特拉升踝关节。放置跟踪标记上的后部和髂前上嵴和地方集群上的每个脚19-20大腿和小腿，并且五种标志物。 指导受试者的立场的3D摄像机的对焦区域中心获得一个静态试验。与会者必须站在测力板与他们的武器在他们的肩膀上，获得静态3D动作捕捉数据。 然后，将超声换能器中的换能器保持器，并确保良好的玩意儿，避免从换能器保持器的超声换能器的脱离。换能器支架用LEXEN聚碳酸酯和可模制的塑料制成。 为了确保与皮肤和超声换能器接触良好，适用于超声换能器发射凝胶大方量。 将超声换能器一起就此事向图像的大腿传感器支架股直肌在纵向斧是。该传感器必须放置在半路前髂前上棘与横向epicondoyle图像直肌腹部肌肉的股二头肌之间。前固定超声换能器和换能器持有人的腿，得到股四头肌肌肉群的轴向切片。以此为指导，确保超声换能器现在成像股直肌和不动更多的外侧或内侧，以避免成像vastii肌肉群。 现在，使用一个有凝聚力的自粘绷带到传感器​​支架固定到主体的大腿。让这个程序上的步骤不阻止或覆盖反射标记。自粘绷带不能松懈或过于紧张。包扎不严将风险超声换能器落在下拉登陆任务中和过度紧张的包扎会引起不适，浅表性破坏血流量，并可能改变下降着陆动态。 要将它放在他的高速相机至少有2米的距离在矢状面的主题，收集视频在500帧/秒。对焦相机镜头，以确保受试者的整个下降着陆序列可被抓获。 3。实验协议一旦所有的标记和超声换能器是安全的，要求受试者站在身高30厘米地方的平台，在50厘米的测力板。确保周围的平台（约2.5米）的面积显然会妨碍下降着陆任务或伤害问题的任何对象。这包括超声换能器线。 指示对象把他们的手放在臀部前开始下降着陆任务和整个下降着陆序列。 启动数据收集超声，三维运动捕捉，力板，并开始下降着陆任务之前的高速摄像机。不同的仪器之间的同步功能，可以实现ð通过使用一个单一的按键来启动所有的数据采集。连接到键盘的压力传感器可以用于产生当一个特定的键被按下时的同步触发信号。 直接受到从平台和土地用两条腿进行降着陆任务，同时进行。确保受试者从箱子掉落，而不是从它跳跃。提供有关着陆技术没有具体说明。 停止收集数据，一旦问题已完全稳定，并完成了降着陆序列。 重复此协议每科五次。 4。超声数据分析出口和从超声波系统的原始数据存储到计算机上。 从各原射频（RF）的超声数据接收光束被数字化，在40兆赫。利用MATLAB处理数据。 对RF数据进行正交解调，以除去所述载波频率。删除统计ionary和低频杂波通过使用20赫兹的高通滤波器的滤波从每个接收波束和每个深度的正交数据。 估计沿两个速度接收使用传统的自相关速度估计器21的光束。 结合各个速度波形，以获得横向（沿换能器）和轴向（垂直于换能器）的速度波形的整个下降着陆序列， 如图1所示。 取得所得的速度向量的大小从利用公式1如先前所描述的22个人的速度分量： 其中，β为光束转向角，f 1和f 2分别是两个接收到的频率分量和f t为发射频率。 计算横向和轴向应变速率解/ dt的使用空间梯度已废除的横向和轴向速度。 其中V 2和V1 顷估计在由距离L隔开的两个空间位置的瞬时速度计算轴向和侧向应变，E，由轴向和横向应变率分别整合。 5。三维运动捕捉数据分析三维运动捕捉数据导出到计算机作进一步分析。 使用静态站立试验中，创建一个使用3D动作捕捉软件用最小二乘优化23运动学模型（骨盆，大腿，小腿和足部）。 使用此运动学模型来量化运动在髋关节，膝关节和踝关节。 过滤器使用的是四阶低通Butterwor的反射标记轨迹和地面反作用力个滤波器的7赫兹和25赫​​兹，分别使用3D动作捕捉软件的截止频率。 计算的3-D接头的力和力矩使用标准的逆动力学分析，采用估计每个参与者按照Dempster组合方法段惯性特征的运动学和地面部队的数据。分部间关节力矩被定义为内部的时刻（ 例如膝盖内部分机时刻将抵制应用于膝关节屈曲载荷）。 6。高速摄像机数据分析从高速相机数据导出视频到电脑进行分析，并与超声和三维运动捕捉运动数据进行比较。 播放电影15帧/秒，并观察降着陆动态。 然后，量化的换能器支架的运动和超声波换能器的整个滴着陆试验通过跟踪可见标记的anatomi中的位移使用高速的视频数据CAL标志性建筑。评估降着陆动态，也可以同时进行，以便更好地了解不同的发射和着陆的风格。