筋骨格超音波画像の新規応用

1。計装ベクターTDIは、2つ以上の独立した方向から採取したドップラー速度測定から得られた速度ベクトルを推定に基づいている。研究インタフェースを備えた超音波システムは、VTDIを開発するために使用した。研究インターフェースは、ソフトウェア開発キット（SDK）を使用して、低レベルのビームフォーミングおよびパルスシーケンス制御を可能にした。 128トランスデューサ素子のビュー38ミリメートルフィールドとからなる5-14 MHzのリニアアレイトランスデューサを用いた。研究は、2つのインタフェースの送信にアレイトランスデューサを分割し、開口部を受け取り、法線に対して15°の受信ビームを操縦するために使用された。送信ビームは、関心領域（ 例えば、筋腹）に焦点を合わせた。送信および受信開口は、32の要素に設定した。 8人の被験者、4人の男性と4人の女性（29.7±6.5歳）を本研究に採用された。の被験者からの運動学的措置右下肢は、高速性能と200 [Hz]のサンプリングレートで八カメラモーションキャプチャシステムを用いて捕捉した。実験中の地面反力データは2,000 Hzでサンプリングする2つの力板を得た。 高速度カメラが三脚に取り付けられ、被写体から2メートルに配置され、500フレーム/秒で液滴着弾を捕捉するために使用した。 2。件名の準備ショーツ、スポーツブラやショートTシャツとランニング靴を着用して被験者に依頼してください。 被験者は10分の自己主導のウォームアップとデータ収集前にストレッチを行うように指示します。これは、異常な筋肉収縮を回避し、任意の筋肉のけいれんの範囲を減少させることである。 ウォームアップセッションの後、身体の特定のランドマーク反射マーカを配置します。具体的には、場所校正大転子上のマーカー、二国間の内側および外側膝と内側およびlateraL踝。事後に追跡マーカーを置き、各足19〜20上の太ももやシャンク、および5マーカーに優れた腸骨稜、および場所のクラスタを前方。 静的トライアルを得るために、3Dカメラのフォーカスエリアの中心に立って科目を演出します。参加者は、静的な3Dモーションキャプチャデータを取得するために、彼らの肩を越え腕に力がプレートの上に立つ必要があります。 そして、振動子ホルダに超音波トランスデューサを配置し、振動子ホルダからの超音波トランスデューサの脱落を回避するために、良好なからくりを確保する。振動子ホルダはLexenポリカーボネートおよび成形可能なプラスチックを用いて行った。 皮膚と超音波トランスデューサとの良好な接触を確保するために、トランスデューサーに、超音波伝達ゲルの寛大な量を適用します。 縦AXの大腿直筋の筋肉の画像に被写体の腿に振動子ホルダと一緒に超音波トランスデューサを配置です。変換器は、 直筋の腹筋大腿イメージに途中、前腸骨棘と横epicondoyleの間に配置されなければならない。脚に超音波トランスデューサとトランスデューサホルダーを固定する前に、大腿四頭筋群の軸方向のスライスを取得します。指針としてこれを使用して、超音波トランスデューサは、現在大腿直筋を画像化され、より横方向の移動または外側から内側、vastii筋群を画像化を避けるためにしないことを確認してください。 今、対象者の大腿部に振動子ホルダを固定するために凝集自己粘着包帯を使用しています。この手順のステップは、反射マーカーをブロックしたり、カバーしていないことを確認します。自己粘着性包帯は緩いまたは過度にタイトであってはなりません。 LAX包帯ドロップ着陸タスクの実行中に、超音波トランスデューサが落下し危険になり、過度にタイトな包帯は、不快感の原因となる、表面的な血液の流れを乱し、おそらく落下着陸のダイナミクスを変える。 Tを配置500フレーム/秒で動画を収集するには、少なくとも2メートル離れて矢状面での被写体からの彼高速度カメラ。被験体の全体滴着陸シーケンスが捕獲され得ることを保証するために、カメラのレンズの焦点を合わせる。 3。実験プロトコールすべてのマーカーと超音波トランスデューサが安全であると、フォースプレートから50センチメートルで、高さ30cmのところのプラットフォームに立って被験者に依頼してください。プラットフォーム（約2.5メートル）周辺は落下着陸作業を妨げたり、被写体を傷つける可能性のあるオブジェクトの明確であることを確認してください。これは、超音波トランスデューサコードを含む。 腰に手を置く被験者は前落下着陸タスクを開始し、全体のドロップ着陸シーケンス中に指示する。 超音波、液滴着弾タスク開始前の3Dモーションキャプチャ、力プレートと高速度カメラのデータ収集を開始する。異なる機器間の同期を実現することができますすべてのデータ収集を開始するために単一のキープレスを用いて、dは。キーボードに取り付けられた圧力センサは、特定のキーが押されると、同期トリガ信号を生成することができる。 同時に、両方の足で、プラットフォームや土地からドロップ着陸タスクを実行する対象を演出します。対象者ではなく、そこからジャンプの箱からドロップしていることを確認してください。具体的な指示は、ランディング技術に関して提供されていない。 被写体が完全に安定して落下着陸シーケンスを完了した後にデータ収集を停止します。 このプロトコルを主題ごとに5回繰り返します。 4。超音波データ解析コンピュータに超音波システムからの生データをエクスポートして保存します。 各々からの生の無線周波数（RF）、超音波データは、ビームが40 MHzでデジタル化される受け取る。 MATLABを使用してデータを処理します。 搬送波周波数を除去するためにRFデータに対して直交復調を行う。 STATを削除ionaryと20Hzのハイパス·フィルタを使用して、各受信ビームからの各深さの直交データをフィルタリングすることにより低周波クラッタ。 両方に沿って速度が従来の自己相関速度推定器21を使用して受信ビームを推定する。 図1に見られるように、落下着陸シーケンス全体にわたって（トランスデューサーに沿って）横方向および軸方向（トランスデューサに垂直な方向）の速度波形を得るために、個々の速度波形を組み合わせる。 22先に説明したように式1を用いて個々の速度成分から得られた速度ベクトルの大きさを得る。 β1及びf 2 fは、ビームステアリング角であるつの受信周波数成分であり、f tは送信周波数である。 横方向及び軸方向の歪み速度ドを計算/空間gradiを使用してdtは横方向及び軸方向速度のエント。 V 2とV 1は、距離Lで区切られた二つの空間の位置と推定瞬時速度どこそれぞれ軸方向および横方向の歪み速度を統合することにより、軸方向および横方向の歪み、Eを計算します。 5。 3Dモーションキャプチャデータの解析さらに分析するためにコンピュータに3Dモーションキャプチャデータをエクスポートします。 静的スタンディングトライアルを使用して、最小二乗最適化23で3Dモーションキャプチャソフトウェアを使用して、運動学モデル（骨盤、太もも、すね、足）を作成します。 腰の運動、ひざ、足首の関節を定量化するために、この運動学モデルを使用してください。 4次のローパスButterworを用いた反射マーカの軌跡と地面反力を絞り込むそれぞれの3Dモーションキャプチャソフトウェアを用いて7 Hzおよび25 Hzのカットオフ周波数を有する第フィルタ。 デンプスターの方法に従って、各参加者の推定セグメントの慣性特性を利用して、標準的な逆動力学解析を用いて運動学および接地力データから3次元の関節の力とモーメントを計算します。セグメント間関節モーメントは、内部瞬間として定義されている（ 例えば 、膝内線モーメントが屈曲負荷抵抗する膝に適用される）。 6。ハイスピー​​ドカメラのデータ解析分析と超音波と3Dモーションキャプチャ運動学的データとの比較のためにコンピュータへの高速カメラデータからビデオをエクスポートします。 15フレーム/秒でムービーを再生し、落下着陸動態を観察します。 次いで、anatomiに可視マーカーを追跡することによって全体滴着弾試験中に振動子ホルダの動きと超音波トランスデューサの変位を定量化する高速ビデオデータを用いて校正目印。落下着陸のダイナミクスの評価は、より良い別の打ち上げと着陸のスタイルを理解するためにも同時にを行うことができます。