Wir danken Vikram Darbhe und Patrick Franks für ihre experimentelle Anleitung. Diese Arbeit wird vom Graduate Research Fellowship Program der National Science Foundation unter der Fördernummer grant no. DGE-1324585 sowie NIH R01D084009 und F31AR076920. Alle Meinungen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen, die in diesem Material zum Ausdruck gebracht werden, sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der National Science Foundation oder des NIH wider.

Das Institutional Review Board (IRB) der Northwestern University genehmigte die Verfahren dieser Studie. Alle Teilnehmer, die an dieser Arbeit teilnahmen, gaben vor Beginn des unten beschriebenen Protokolls ihre Einwilligung nach Aufklärung. HINWEIS: Das spezifische Ultraschallsystem, das in dieser Studie verwendet wurde, verfügte über EFOV-US-Fähigkeiten und wurde übernommen, weil wir Details und Validitätsbewertungen für den Algorithmus in der wissenschaftlichen Literatur überprüfen konnten22,26; mehrere andere Systeme mit EFOV-US existieren ebenfalls18,20,30. Zum Einsatz kam ein linearer Array-Wandler 14L5 (Frequenzbandbreite 5-14 MHz). Die in diesem Protokoll abgebildeten Muskeln sind nur eine kleine Untergruppe von Muskeln, für die US-Bilder aufgenommen und Faszikellängen gemessen wurden (z. B. Trizeps25, Extensor carpi ulnaris23, medialer Gastrocnemius10, Vastus lateralis24, Bizeps femoris8,31). Dieses Protokoll soll Hinweise geben und die notwendigen Standards beschreiben, damit es über die beiden von uns bereitgestellten Beispiele hinaus auf Muskeln angewendet werden kann.
1. Sammeln von EFOV-US-Bildern von Muskeln
Präparat
<ol><li>Sonographen-Vorbereitung<ol>
<li>Lesen Sie vor dem Betrieb des Ultraschallsystems das Handbuch des Systems durch, um sich mit der Systemsicherheit vertraut zu machen, sich um die Wartung des Systems, die Einrichtung und Steuerung des Systems usw. zu kümmern. Lesen Sie außerdem die Anweisungen des Systems zum Abrufen von EFOV-US-Bildern und machen Sie sich mit der Methode vertraut, die zum Abrufen der EFOV-US-Bilder implementiert wurde. HINWEIS: Verschiedene Ultraschallsysteme benennen den EFOV-US-Modus mit unterschiedlicher Terminologie. Beispielsweise wird in dem hier verwendeten System der EFOV-Modus als "Panoramic Imaging" bezeichnet. Während die technischen Details des in verschiedenen kommerziellen Systemen implementierten Algorithmus in der Regel geistiges Eigentum sind und daher nicht frei verfügbar sind, beschreiben viele kommerzielle Systeme mit Panorama-Ultraschallfähigkeiten aus einer oberflächlichen Überprüfung einen Ansatz, der dem von Weng et al.22 beschriebenen ähnelt. Die Bewertung der allgemeinen Validität von Messungen, die von einem beliebigen System erfasst werden, entweder durch einholen detaillierterer Informationen direkt von dem Unternehmen, das das System herstellt, durch die Verwendung eines abbildenden Phantoms26,32 oder durch andere Mittel (z. B. Vergleich mit Tierdissektion24), wird als wichtiger Schritt empfohlen, bevor Eine Forschung mit menschlichen Teilnehmern eingeleitet wird.</li>
		<li>Nehmen Sie sich Zeit, um sich mit der Anatomie der interessierenden Muskeln sowie der umgebenden Anatomie vertraut zu machen. Es wird empfohlen, dass der Sonograph ein Anatomielehrbuch oder vorzugsweise ein interaktives Online-3D-Anatomiemodell verwendet, um sich mit der Anatomie von Interesse vertraut zu machen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung der Teilnehmer<ol>
<li>Erklären Sie dem Teilnehmer das Protokoll der Studie und holen Sie die vom IRB genehmigte Zustimmung ein, bevor Sie mit dem Bildgebungsprotokoll beginnen.</li>
		<li>Bitten Sie den Teilnehmer, geeignete Kleidung zu tragen, um den Zugang zum interessierenden Muskel zu ermöglichen. Wenn der Sonograph beispielsweise plant, einen Unterarmmuskel abzubilden, sollte der Teilnehmer gebeten werden, ein kurzärmeliges Hemd zu tragen.</li>
		<li>Setzen Sie den Teilnehmer in einen verstellbaren Stuhl, der arretiert werden kann. Nehmen Sie sich Zeit, um den Stuhl so einzustellen, dass es dem Teilnehmer so bequem wie möglich ist und gleichzeitig Zugang zum interessierenden Muskel bietet. HINWEIS: Wenn ein verstellbarer Stuhl, der völlig flach liegen kann, nicht verfügbar ist, können einige Studiendesigns die Verwendung eines Tisches erfordern, um auf den interessierenden Muskel (d. H. Oberschenkel) zuzugreifen.</li>
		<li>Platzieren Sie die Gelenke, die der interessierende Muskel überspannt, in einer Haltung, die kontrolliert und wiederholt werden kann. Verwenden Sie klinische Leitlinien33 für die Lokalisierung anatomischer Orientierungspunkte und die Implementierung der Goniometrie; Verwenden Sie ISB-Standards für die Definition des gemeinsamen Koordinatensystems34,35. Um den Gelenkwinkel zu messen, markieren Sie im Allgemeinen anatomische Landmarken mit einem hautsicheren Marker (Tabelle der Materialien) und richten Sie dann die Mitte eines Handgoniometers mit der Rotationsachse des Gelenks und den Armen des Goniometers mit den Gelenksegmenten aus. HINWEIS: Bei der Bildgebung des passiven Muskels wird empfohlen, den interessierenden Muskel in eine relativ verlängerte Position zu bringen, um eine Darstellung eines schlaffen Muskels zu vermeiden.<ol>
<li>Um den Bizeps brachii zu replizieren, wie er in dieser Studie abgebildet ist, sitzen die Teilnehmer mit gestützten Füßen, geradem Rücken, Schulter bei 85 ° der Abduktion und 10 ° horizontaler Beugung, Ellbogen bei 25 ° Beugung und Unterarm, Handgelenk und Fingern bei neutral.</li>
			<li>Um die Tibialis anterior zu replizieren, wie in dieser Studie dargestellt, sitzen teilnehmer mit Knie bei 60 ° Beugung und dem Knöchel bei 15 ° der Plantarbeugung.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sichern Sie das Glied des Teilnehmers mit Stoffgurten, um die Bewegung während des Bildgebungsprotokolls zu minimieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>Bildaufnahme
<ol start="3"><li>Schließen Sie das Ultraschallsystem an und schalten Sie es ein. Stellen Sie sicher, dass die Untersuchung auf Muskuloskelettal eingestellt ist, der verwendete Schallkopf ausgewählt ist (hier haben wir 14L5 verwendet) und die Sendefrequenz zwischen 5-17 MHz eingestellt ist (hier wurden 11 MHz verwendet), ein typischer Frequenzbereich für die muskuloskelettale Bildgebung. Höhere Frequenzen werden im Allgemeinen für oberflächlichere Bildgebung verwendet, da sie die Auflösung verbessern, aber die Wellendurchdringung verringern.</li>
	<li>Gehen Sie in die Systemeinstellungen, um die Fußschaltereinstellungen anzupassen. Für die Zwecke dieses Protokolls empfehlen wir, den Fußschalter so einzustellen, dass die Bildgebung gestartet/gestoppt wird. Wenn der verwendete Fußschalter über mehrere Pedale verfügt, stellen Sie zusätzliche Pedale auf "Freeze" oder "Pause" und "Print" oder "Store" des Bildes ein.</li>
	<li>Tragen Sie eine großzügige Menge Ultraschallgel auf den Kopf des Schallkopfes auf.</li>
	<li>Platzieren Sie den Schallkopf auf der Haut des Teilnehmers in der ungefähren Region von Interesse.</li>
	<li>Bewegen Sie den Wandler in der kurzen Achsenebene des Muskels. Beachten Sie, dass der Schallkopf auf einer Seite einen kleinen Vorsprung hat, der als Indikator bezeichnet wird. Die Seite des Schallkopfes, auf der sich der Indikator befindet, entspricht der linken Seite des Ultraschallbildes. Wenn Sie sich in der kurzen Achse abbilden, lassen Sie den Sonographen den Indikator seitlich zeigen, und wenn sich der Sonograph in der langen Achse befindet, richten Sie den Indikator distal.</li>
	<li>Identifizieren Sie den interessierenden Muskel in der kurzen Achsenebene (senkrecht zur Muskelfaserrichtung) und bewegen Sie den Wandler distal und proximal, um eine vollständige Visualisierung des Muskelpfads zu erhalten.<ol>
<li>Markieren Sie wichtige anatomische Landmarken (d. H. Die lateralen und medialen Ränder des Muskels, die Muskelsehnenverbindung und die Muskeleinführung) mit hautsicheren Tintenmarkern (Tabelle der Materialien).</li>
	</ol></li>
	<li>Sobald die Position des Muskels identifiziert und richtig markiert wurde, lassen Sie den Sonographen den Ultraschallwandler in der langen Achsenebene (parallel zur Muskelfaserrichtung) bewegen.</li>
	<li>Beginnen Sie entweder am distalen oder proximalen Ende des Muskels, drehen und neigen Sie den Schallkopf, um die Faszikelebene an diesem Punkt zu identifizieren. Markieren Sie die Haut, wenn die richtige Wandlerposition festgelegt wurde.</li>
	<li>Sobald die ungefähre Faszikelebene entlang der gesamten gewünschten Länge ermittelt wurde, lassen Sie den Sonographen üben, diesem Weg zu folgen.</li>
	<li>Um mit dem Sammeln von Bildern zu beginnen, versetzen Sie das Ultraschallsystem in den EFOV-US-Modus.</li>
	<li>Klicken Sie an einem Ende des Muskels auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu starten, und bewegen Sie den Ultraschallwandler langsam und kontinuierlich in der langen Achse. Sobald das Ende des Muskels erreicht ist, klicken Sie auf den Fußschalter, um die Bildaufnahme zu beenden.</li>
	<li>Üben und stellen Sie den richtigen Wandlerpfad sicher. Dies kann mehrere Übungsbilder erfordern, bevor konsistent "qualitativ hochwertige" EFOV-US-Bilder erhalten werden (siehe Abschnitt 2 für die Erläuterung der Bildqualität).</li>
	<li>Um die Sichtbarkeit und Klarheit des Bildes zu optimieren, sollten Sie Anpassungen an den folgenden Parametern in Betracht ziehen.<ol>
<li>Tiefe: Wenn die Bildaufnahme endet, bevor die gewünschte Länge des Muskels erfasst werden kann, erhöhen Sie die Tiefe des Bildes (in dem hier verwendeten System erhöht die Erhöhung der Bildtiefe die absolute Länge, die der Scan haben kann).</li>
		<li>Fokus: Platzieren Sie den Fokuspfeil in der unteren Hälfte des Bildes direkt unter dem interessierenden Muskel.</li>
		<li>Verstärkung: Stellen Sie sicher, dass die Verstärkung durch die Tiefe des Bildes ausgeglichen wird.</li>
		<li>Geschwindigkeit: Bild mit der optimalen Geschwindigkeit, die von der Anzeige geleitet wird (in den meisten Systemen wird während der Panoramabildgebung eine Geschwindigkeitsanzeige auf dem Monitor angezeigt).</li>
	</ol></li>
	<li>Sobald qualitativ gute Bilder gesammelt wurden (Schritt 2.1), drücken Sie das Druck-/Store-Fußschalterpedal oder eine synonyme Taste auf dem Bedienfeld, um das Bild zu speichern.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.13-1.16, bis 3 EFOV-US-Qualitätsbilder des Muskels erhalten sind.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.6-1.17, bis alle interessierenden Muskeln erreicht sind.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Handtuch, um das Gel sanft von der Haut des Teilnehmers abzuwischen. Lassen Sie den Teilnehmer dann den Hautbereich abspülen oder wischen Sie mit einem feuchten Handtuch die Haut ab, die dem Gel ausgesetzt war. Trocken.</li>
	<li>Wischen Sie das Gel vom Kopf des Schallkopfes ab und desinfizieren Sie es.</li>
	<li>Exportieren Sie Images als unkomprimierte DICOM-Images auf eine CD-DVD, ein Flash-Laufwerk oder über das lokale Netzwerk auf einen Computer.</li>
</ol>2. Bestimmung der "Qualität" des EFOV-US-Bildes
<ol><li>Lassen Sie den Sonographen nach Schritt 1.13 die Qualität der wichtigsten anatomischen Merkmale des interessierenden Muskels und seiner umgebenden Anatomie identifizieren und bewerten. Dies ist eine qualitative Bewertung, die auf den Kenntnissen des Sonographen über Anatomie und Muskel-Skelett-Gewebe-Echogenität (Fähigkeit eines Gewebes, Ultraschallwellen zu reflektieren) basiert. Damit ein EFOV-US-Bild als qualitativ "gut" angesehen werden kann, sollte Folgendes erfüllt sein:<ol>
<li>Überprüfen Sie in jedem Langachsenbild eines Muskels, ob der Sonograph den Muskel eindeutig als hypoechoische (dunkle) Form mit hyperechoischen (hellen) Grenzen identifizieren kann, die die tiefe und oberflächliche Muskelfaszie darstellen.</li>
		<li>Überprüfen Sie zwischen den Muskelgrenzen, ob der Sonograph das Bindegewebe, das ein Muskelfaszikel umgibt, als hyperechoische (helle) Linien identifizieren kann. HINWEIS: Bei der Abbildung von mehrgeschriebenen Muskeln sollte das Bild auch zentrale Sehnen enthalten, die sich im Muskelbauch zwischen der tiefen und der oberflächlichen Muskelfaszie als hyperechoische (helle) Struktur zeigen.</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass das Bild keine übermäßige Biegung aufweist. Dies wird normalerweise durch Schatten oder Lücken im Bild oder eine gezackte flexible Lineallinie über dem Bild angezeigt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wenn dem Bild eine oder mehrere der in 2.1 beschriebenen Gewebestrukturen fehlen, betrachten Sie das Bild als "qualitativ schlecht" und kehren Sie in den Live-2D-Modus zurück.</li>
</ol>3. Quantifizierung der Muskelfaszikellänge
<ol><li>Um die Länge der Muskelfaszikel zu quantifizieren, verwenden Sie ImageJ, eine Open-Source-Bildverarbeitungsplattform. ImageJ kann unter https://imagej.net/Downloads heruntergeladen werden. HINWEIS: Obwohl ImageJ häufig implementiert wird24,25,31,36,37,38, kann die Quantifizierung der Muskelfaszikellänge mit einer anderen Bildverarbeitungssoftware8,39 oder benutzerdefinierten Codes40,41 gemessen werden.</li>
	<li>Öffnen Sie nach dem Herunterladen die Ultraschallbilder als DICOM-Bilder in BildJ, indem Sie auf Datei | Öffnen Sie das zu analysierende Bild und wählen Sie es aus.</li>
	<li>Um sicherzustellen, dass die DICOM-Bildeigenschaften erhalten geblieben sind, klicken Sie im Menü Extras auf das Werkzeug Gerade Linie und zeichnen Sie eine gerade Linie von 0 bis 1 cm auf das Lineal an der Seite des Ultraschallbildes. Gehen Sie dann zu analysieren | Messen Sie, um die gemachte Linie zu messen. Wenn die Bildeigenschaften erhalten geblieben sind, sollte die Länge der geraden Linie 1 cm betragen.</li>
	<li>Führen Sie die folgenden Schritte aus, um die Faszikellängen im Bild zu messen.<ol>
<li>Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Gerade-Linie-Werkzeug .</li>
		<li>Wählen Sie Segmentierte Linie aus.</li>
		<li>Bewegen Sie den Cursor auf das Bild und klicken Sie auf ein Ende des Faszikels, das für die Messung ausgewählt wurde. HINWEIS: Machen Sie nur Messungen an Faszikeln, bei denen der gesamte Faszikelweg (d.h. von einer Aponeurose zur nächsten Aponeurose oder Aponeurose zur zentralen Sehne) überzeugend zu sehen ist.</li>
		<li>Klicken Sie entlang des Pfades, um sicherzustellen, dass die Krümmung im Faszikelpfad erfasst wird.</li>
		<li>Sobald das Ende des Faszikelpfads erreicht ist, doppelklicken Sie, um die Zeile zu beenden, und fahren Sie mit analysieren | Messen, um die Länge der Linie zu messen. HINWEIS: Ein neues Fenster, "Ergebnisse", wird angezeigt, wenn zum ersten Mal eine Messung durchgeführt wird. Welche Werte angezeigt werden, können Sie im Ergebnisfenster verwalten, indem Sie zu Ergebnisse | Stellen Sie Messungen ein.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.4.3-3.4.5, bis mehrere Faszikelmessungen in einem einzigen Bild durchgeführt werden.</li>
	<li>Speichern Sie Faszikelmessungen, indem Sie auf Datei | Speichern Sie auf der Registerkarte Ergebnisse oder die Werte können kopiert und in ein anderes Dokument / eine andere Tabelle eingefügt werden.</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Kritische Schritte im Protokoll.
Es gibt einige kritische Komponenten, um qualitativ hochwertige EFOV-US-Bilder zu erhalten, die gültige und zuverlässige Faszikellängenmessungen liefern. Erstens ist es, wie in Methode 1.1.2 angegeben, wichtig, dass sich der Sonograph Zeit nimmt, um sich mit der Anatomie des abgebildeten Muskels sowie den umgebenden Muskeln, Knochen und anderen Weichteilstrukturen vertraut zu machen. Dies verbessert die Fähigkeit des Sonographen, den richti...

Die Faszikellänge ist ein wichtiger Parameter der Skelettmuskelarchitektur, der insgesamt auf die Fähigkeit eines Muskels hinweist, Kraft zu erzeugen1,2. Insbesondere die Faszikellänge eines Muskels gibt Aufschluss über den absoluten Längenbereich, über den ein Muskel aktive Kraft erzeugen kann3,4. Wenn beispielsweise zwei Muskeln mit identischen Werten für alle isometrischen krafterzeugenden Parameter (d. h. durchschnittliche Sarkomerlänge, Pennationswinkel, physiologische Querschnittsfläche, Kontraktionszustand usw.) mit Ausnahme der Faszikellänge identisch sind, würde der Muskel mit den längeren Faszikeln seine Spitzenkraft bei einer längeren Länge erzeugen und über einen größeren Längenbereich Kraft erzeugen als der Muskel mit kürzeren Faszikeln3 . Die Quantifizierung der Muskelfaszikellänge ist wichtig, um sowohl die gesunde Muskelfunktion als auch Veränderungen der Krafterzeugungskapazität eines Muskels zu verstehen, die als Folge einer veränderten Muskelnutzung (z. B. Ruhigstellung5,6, Trainingsintervention7,8,9, Tragen hoher Ferse10) oder einer Veränderung der Muskelumgebung (z. B. Sehnentransferoperation11, Gliedmaßenablenkung12 ). Messungen der Muskelfaszikellänge wurden ursprünglich durch Ex-vivo-Leichenexperimente gewonnen, die eine direkte Messung von sezierten Faszikeln ermöglichen13,14,15,16. Die wertvollen Informationen, die diese Ex-vivo-Experimente lieferten, führten zu einem Interesse an der Implementierung von In-vivo-Methoden17,18,19, um Fragen zu beantworten, die in Kadavern nicht beantwortet werden konnten; In-vivo-Methoden ermöglichen die Quantifizierung von Muskelparametern in einem nativen Zustand sowie bei verschiedenen Gelenkhaltungen, verschiedenen Muskelkontraktionszuständen, verschiedenen Be- oder Entladezuständen und über Populationen mit unterschiedlichen Bedingungen (d. H. Gesund / Verletzt, Jung / Alt usw.). Am häufigsten ist Ultraschall die Methode, die verwendet wird, um in vivo Muskelfaszikellängen zu erhalten18,19,20; Es ist schneller, kostengünstiger und einfacher zu implementieren als andere bildgebende Verfahren wie diffusion tensor imaging (DTI)18,21.
Extended Field-of-View-Ultraschall (EFOV-US) hat sich als gültige und zuverlässige Methode zur Messung der Muskelfaszikellänge in vivo erwiesen. Obwohl üblicherweise implementiert, hat herkömmlicher Ultraschall (T-US) ein Sichtfeld, das durch die Arraylänge des Ultraschallwandlers begrenzt ist (typischerweise zwischen 4 und 6 cm, obwohl es Sonden gibt, die sich bis zu 10 cm10 erstrecken)18,20. Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelten Weng et al. eine EFOV-US-Technologie, die automatisch ein zusammengesetztes, zweidimensionales "Panoramabild" (bis zu 60 cm lang) aus einem dynamischen, erweiterten Entfernungsscan22 erfasst. Das Bild wird erzeugt, indem in Echtzeit eine Sequenz herkömmlicher B-Mode-Ultraschallbilder zusammengefügt wird, während der Schallkopf das Objekt von Interesse dynamisch scannt. Da sequentielle T-US-Bilder große überlappende Bereiche aufweisen, können die kleinen Unterschiede von einem Bild zum nächsten verwendet werden, um die Sondenbewegung ohne die Verwendung externer Bewegungssensoren zu berechnen. Sobald die Sondenbewegung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern berechnet ist, wird das "aktuelle" Bild nacheinander mit den vorhergehenden Bildern zusammengeführt. Die EFOV-US-Methode ermöglicht die direkte Messung langer, gekrümmter Muskelfaszikel und hat sich über Muskeln, Studien und Sonographen hinweg als zuverlässig erwiesen23,24,25 und gilt sowohl für flache als auch für gekrümmte Oberflächen23,26.
Die Implementierung von Ultraschall zur Messung der Muskelfaszikellänge in vivo ist nicht trivial. Im Gegensatz zu anderen bildgebenden Verfahren, die mehr automatisierte Protokolle (d.h. MRT, CT) beinhalten, ist Ultraschall von den Fähigkeiten und anatomischen Kenntnissen des Sonographen abhängig27,28. Es besteht die Befürchtung, dass eine Fehlausrichtung der Sonde mit der Faszikelebene zu erheblichen Fehlern bei den Faszikelmessungen führen kann. Eine Studie zeigt einen geringen Unterschied (im Durchschnitt < 3 mm) in den Messungen der Faszikellänge, die mit Ultraschall und DTI-MRT aufgenommen wurden, zeigt aber auch, dass die Messgenauigkeit gering ist (Standardabweichung der Differenz ~ 12 mm)29. Dennoch hat sich gezeigt, dass ein unerfahrener Sonograph mit Übung und Anleitung eines erfahrenen Sonographen gültige Messungen mit EFOV-US23 erhalten kann. Daher sollten Anstrengungen unternommen werden, um geeignete Protokolle nachzuweisen, um menschliche Fehler zu reduzieren und die Genauigkeit der mit EFOV-US erhaltenen Messungen zu verbessern. Letztendlich kann die Entwicklung und gemeinsame Nutzung geeigneter Protokolle die Anzahl der Experimentatoren und Labors erhöhen, die Faszikellängendaten aus der Literatur reproduzieren oder neue Daten in Muskeln erhalten können, die noch nicht in vivo untersucht wurden.
In diesem Protokoll demonstrieren wir, wie die EFOV-US-Methode implementiert werden kann, um qualitativ hochwertige muskuloskelettale Bilder zu erhalten, die zur Quantifizierung der Muskelfaszikellänge verwendet werden können. Insbesondere befassen wir uns mit (a) dem Sammeln von EFOV-US-Bildern einer einzelnen oberen Extremität und eines einzelnen Musculus der unteren Extremität, (b) der Bestimmung der "Qualität" des EFOV-US-Bildes in Echtzeit und (c) der Offline-Quantifizierung von Muskelarchitekturparametern. Wir stellen diesen detaillierten Leitfaden zur Verfügung, um die Einführung der EFOV-US-Methode zur Gewinnung von Muskelfaszikellängendaten in Muskeln zu fördern, die in vivo aufgrund ihrer langen Faszikel nicht untersucht wurden.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>14L5 linear transducers</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>10789396</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acuson S2000 Ultrasound System</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>10032746</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable chair (Biodex System)</td>
			<td>Biodex Medical Systems</td>
			<td>System Pro 4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Skin Marker Medium Tip</td>
			<td>SportSafe</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Multi-color 4 Pack recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound Gel - Standard 8 Ounce Non-Sterile Fragrance Free Glacial Tint</td>
			<td>MediChoice, Owens &#38;Minor</td>
			<td>M500812</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

obtaining quality extended field-of-view ultrasound images of skeletal muscle to measure muscle fascicle length

Die Länge der Muskelfaszikel, die üblicherweise in vivo mit herkömmlichem Ultraschall gemessen wird, ist ein wichtiger Parameter, der die Krafterzeugungskapazität eines Muskels definiert. Über 90% aller Muskeln der oberen Extremitäten und 85% aller Muskeln der unteren Extremitäten haben jedoch optimale Faszikellängen, die länger sind als das Sichtfeld herkömmlicher herkömmlicher Ultraschallsonden (T-US). Eine neuere, weniger häufig verwendete Methode namens Extended Field-of-View-Ultraschall (EFOV-US) kann die direkte Messung von Faszikeln ermöglichen, die länger sind als das Sichtfeld eines einzelnen T-US-Bildes. Diese Methode, die automatisch eine Sequenz von T-US-Bildern aus einem dynamischen Scan zusammenfügt, hat sich als gültig und zuverlässig erwiesen, um Muskelfaszikellängen in vivo zu erhalten. Trotz der zahlreichen Skelettmuskeln mit langen Faszikeln und der Gültigkeit der EFOV-US-Methode zur Messung solcher Faszikel haben nur wenige veröffentlichte Studien diese Methode verwendet. In dieser Studie zeigen wir, wie man die EFOV-US-Methode implementiert, um qualitativ hochwertige Muskel-Skelett-Bilder zu erhalten, und wie man Faszikellängen aus diesen Bildern quantifiziert. Wir erwarten, dass diese Demonstration die Verwendung der EFOV-US-Methode zur Erhöhung des Muskelpools sowohl in gesunden als auch in beeinträchtigten Populationen fördern wird, für die wir In-vivo-Daten zur Muskelfaszikellänge haben.

Erweiterter Sichtfeld-Ultraschall (EFOV-US) wurde implementiert, um Bilder vom langen Kopf des Bizeps brachii und der Tibialis anterior bei 4 gesunden Freiwilligen zu erhalten (Tabelle 1). Abbildung 1 zeigt, welche EFOV-US-Bilder beider Muskeln in dieser repräsentativen Bildgebungssitzung abgebildet sind, und hebt wichtige Aspekte jedes Bildes hervor, wie Muskelaponeriose, zentrale Sehne, Faszikelpfad usw. Nach Abschluss der Bildgebungssitzung wurden 3 qualitativ "gute" Bil...

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Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length

Diese Studie beschreibt, wie man mit der EFOV-US-Methode (Extended Field-of-View Ultrasound) qualitativ hochwertige muskuloskelettale Bilder erhält, um muskelfaszikellängenmessungen durchzuführen. Wir wenden diese Methode auf Muskeln mit Faszikeln an, die über das Sichtfeld herkömmlicher herkömmlicher Ultraschallsonden (T-US) hinausgehen.

Erhalten von qualitativ hochwertigen Ultraschallbildern mit erweitertem Sichtfeld der Skelettmuskulatur zur Messung der Muskelfaszikellänge

Muscle fascicle length, which is commonly measured in vivo using traditional ultrasound, is an important parameter defining a muscle&#8217;s force ...

obtaining-quality-extended-field-view-ultrasound-images-skeletal

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Medicine

Unit 1

The Muscular System

SCIENTISTS IN ACTION

3.5K Aufrufe.  Northwestern University. Diese Studie beschreibt, wie man mit der EFOV-US-Methode (Extended Field-of-View Ultrasound) qualitativ hochwertige muskuloskelettale Bilder erhält, um muskelfaszikellängenmessungen durchzuführen. Wir wenden diese Methode auf Muskeln mit Faszikeln an, die über das Sichtfeld herkömmlicher herkömmlicher Ultraschallsonden (T-US) hinausgehen.

Serie: Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length

Myo-mechanical Analysis of Isolated Skeletal Muscle

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force generation and fatigability in treated muscle. We describe a detailed approach to evaluating myo-mechanical properties in freshly explanted hindlimb muscle from the mouse. We describe the atraumatic harvest of mouse extensor digitorum longus muscle, mounting the muscle in a muscle strip myograph (Model 820MS; Danish Myo Technology), and the measurement of maximal twitch and tetanic tension, contraction time, and half-relaxation time, using a square pulse stimulator (Model S48; Grass Technologies). Using these measurements, we demonstrate the calculation of specific twitch and tetanic tension normalized to muscle cross-sectional area, the twitch-to-tetanic tension ratio, the force-frequency relationship curve and the low frequency fatigue curve 4. This analysis provides a method for quantitative comparison between therapeutic interventions in mouse models of muscle disease 1,2,3,5, as well as comparison of the effects of genetic modification on muscle function 6,7,8,9.

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for muscle disease, methods are needed to quantitate force generation and fatigability in treated muscle. We detail an approach to evaluating myo-mechanical properties in explanted mouse hindlimb muscle. This analysis provides a robust approach to quantitating the effects of genetic modification on muscle function, as well as comparison of therapies in mouse models of muscle disease.

Myo-mechanischen Analyse von isolierten Skelettmuskel

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force ...

Forschung

Medizin

Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably adaptable to environmental factors1 such as hypertrophy by resistance exercise and atrophy by disuse. It thereby exhibits remodeling and adaptations to stressors (heat, ischemia, heavy metals, etc.)2,3. Damage can occur to muscle by a muscle exerting force while lengthening, the so-called eccentric contraction4. The contractile proteins can be damaged in such exertions and need to be repaired, degraded and/or resynthesized; these functions are not part of the contractile proteins, but of other much less abundant proteins in the cell. To determine what subset of proteins is involved in the amelioration of this type of damage, a global proteome must be established prior to exercise5 and then followed subsequent to the exercise to determine the differential protein expression and thereby highlight candidate proteins in the adaptations to damage and its repair. Furthermore, most studies of skeletal muscle have been conducted on the male of the species and hence may not be representative of female muscle. 
In this article we present a method for extracting proteins reproducibly from male and female muscles, and separating them by two-dimensional gel electrophoresis followed by high resolution digital imaging6. This provides a protocol for spots (and subsequently identified proteins) that show a statistically significant (p &lt; 0.05) two-fold increase or decrease, appear or disappear from the control state. These are then excised, digested with trypsin and separated by high-pressure liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC/MS) for protein identification (LC/MS/MS)5. This methodology (Figure 1) can be used on many tissues with little to no modification (liver, brain, heart etc.).

A straight-forward set of methods to isolate and determine the identity of the most abundant proteins expressed in skeletal muscle. About 800 spots are discerned on a two-dimensional gel from 10 mg muscle; this allows for the determination of gender-specific protein expression. These methods will give equivalent results in most tissues.

Skeletal Muscle Gender Dimorphismus von Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Method to Measure Tone of Axial and Proximal Muscle

The control of tonic muscular activity remains poorly understood. While abnormal tone is commonly assessed clinically by measuring the passive resistance of relaxed limbs1, no systems are available to study tonic muscle control in a natural, active state of antigravity support. We have developed a device (Twister) to study tonic regulation of axial and proximal muscles during active postural maintenance (i.e. postural tone). Twister rotates axial body regions relative to each other about the vertical axis during stance, so as to twist the neck, trunk or hip regions. This twisting imposes length changes on axial muscles without changing the body's relationship to gravity. Because Twister does not provide postural support, tone must be regulated to counteract gravitational torques. We quantify this tonic regulation by the restive torque to twisting, which reflects the state of all muscles undergoing length changes, as well as by electromyography of relevant muscles. Because tone is characterized by long-lasting low-level muscle activity, tonic control is studied with slow movements that produce "tonic" changes in muscle length, without evoking fast "phasic" responses. Twister can be reconfigured to study various aspects of muscle tone, such as co-contraction, tonic modulation to postural changes, tonic interactions across body segments, as well as perceptual thresholds to slow axial rotation. Twister can also be used to provide a quantitative measurement of the effects of disease on axial and proximal postural tone and assess the efficacy of intervention.

We have developed a device (Twister) to study the regulation of tonic muscle activity during active postural maintenance. Twister measures torsional resistance and muscular responses in standing subjects during twisting of the body axis. The device can be flexibly configured to study various aspects of tonic control across the neck, trunk, and/or hips.

Methode, um Tone von Axial-und der proximalen Muskulatur messen

The control of tonic muscular activity remains poorly understood.  While abnormal tone is commonly assessed clinically by measuring the passive resistance ...

High-throughput Flow Cytometry Cell-based Assay to Detect Antibodies to N-Methyl-D-aspartate Receptor or Dopamine-2 Receptor in Human Serum

Over the recent years, antibodies against surface and conformational proteins involved in neurotransmission have been detected in autoimmune CNS diseases in children and adults. These antibodies have been used to guide diagnosis and treatment. Cell-based assays have improved the detection of antibodies in patient serum. They are based on the surface expression of brain antigens on eukaryotic cells, which are then incubated with diluted patient sera followed by fluorochrome-conjugated secondary antibodies. After washing, secondary antibody binding is then analyzed by flow cytometry. Our group has developed a high-throughput flow cytometry live cell-based assay to reliably detect antibodies against specific neurotransmitter receptors. This flow cytometry method is straight forward, quantitative, efficient, and the use of a high-throughput sampler system allows for large patient cohorts to be easily assayed in a short space of time. Additionally, this cell-based assay can be easily adapted to detect antibodies to many different antigenic targets, both from the central nervous system and periphery. Discovering additional novel antibody biomarkers will enable prompt and accurate diagnosis and improve treatment of immune-mediated disorders.

Over the recent years, live cell-based assays have been used successfully to detect antibodies against surface and conformational antigens. Here, we describe a method using high-throughput flow cytometry enabling the analysis of large cohorts of patients. Detection of novel antibodies will improve diagnosis and treatment of immune-mediated disorders.

Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie zellbasierten Assay auf Antikörper gegen N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor oder Dopamin-2-Rezeptor im menschlichen Serum Detect

Over the recent years, antibodies against surface and conformational proteins involved in neurotransmission have been detected in autoimmune CNS diseases ...

Human Skeletal Muscle Biopsy Procedures Using the Modified Bergstr&#246;m Technique

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly effective. This video describes the percutaneous biopsy technique using a modified Bergstr&#246;m needle to obtain skeletal muscle tissue samples from the vastus lateralis of human subjects. The Bergstr&#246;m needle consists of an outer cannula with a small opening (&#8216;window&#8217;) at the side of the tip and an inner trocar with a cutting blade at the distal end. Under local anesthesia and aseptic conditions, the needle is advanced into the skeletal muscle through an incision in the skin, subcutaneous tissue, and fascia. Next, suction is applied to the inner trocar, the outer trocar is pulled back, skeletal muscle tissue is drawn into the window of the outer cannula by the suction, and the inner trocar is rapidly closed, thus cutting or clipping the skeletal muscle tissue sample. The needle is rotated 90&#176;&#160;and another cut is made. This process may be repeated three more times. This multiple cutting technique typically produces a sample of 100-200 mg or more in healthy subjects and can be done immediately before, during, and after a bout of exercise or other intervention. Following post-biopsy dressing of the incision site, subjects typically resume their activities of daily living right away and can fully participate in vigorous physical activity within 48-72 hr. Subjects should avoid heavy resistance exercise for 48 hr to reduce the risk of herniation of the muscle through the incision in the fascia.

Human Skeletal Muscle Biopsy Procedures Using the Modified Bergstr&amp;#246;m Technique

The purpose of this video is to present the modified Bergstr&#246;m skeletal muscle biopsy technique on human subjects.

Menschlichen Skelettmuskelbiopsie Verfahren unter Verwendung der modifizierten Technik Bergström

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using non-invasive magnetic resonance imaging methods.

Quantitative Magnetresonanztomographie von Skelettmuskelerkrankung

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats

The kidney normally functions to maintain hemodynamic homeostasis and is a major site of damage caused by drug toxicity. Drug-induced nephrotoxicity is estimated to contribute to 19- 25% of all clinical cases of acute kidney injury (AKI) in critically ill patients. AKI detection has historically relied on metrics such as serum creatinine (sCr) or blood urea nitrogen (BUN) which are demonstrably inadequate in full assessment of nephrotoxicity in the early phase of renal dysfunction. Currently, there is no robust diagnostic method to accurately detect hemodynamic alteration in the early phase of AKI while such alterations might actually precede the rise in serum biomarker levels. Such early detection can help clinicians make an accurate diagnosis and help in in decision making for therapeutic strategy. Rats were treated with Cisplatin to induce AKI. Nephrotoxicity was assessed for six days using high-frequency sonography, sCr measurement and upon histopathology of kidney. Hemodynamic evaluation using 2D and Color-Doppler images were used to serially study nephrotoxicity in rats, using the sonography. Our data showed successful drug-induced kidney injury in adult rats by histological examination. Color-Doppler based sonographic assessment of AKI indicated that resistive-index (RI) and pulsatile-index (PI) were increased in the treatment group; and peak-systolic velocity (mm/s), end-diastolic velocity (mm/s) and velocity-time integral (VTI, mm) were decreased in renal arteries in the same group. Importantly, these hemodynamic changes evaluated by sonography preceded the rise of sCr levels. Sonography-based indices such as RI or PI can thus be useful predictive markers of declining renal function in rodents. From our sonography-based observations in the kidneys of rats that underwent AKI, we showed that these noninvasive hemodynamic measurements may consider as an accurate, sensitive and robust method in detecting early stage kidney dysfunction. This study also underscores the importance of ethical issues associated with animal use in research.

Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.

Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nieren hämodynamischen Dysfunktion Mit sonographische Technologie bei Ratten

The kidney normally functions to maintain hemodynamic homeostasis and is a major site of damage caused by drug toxicity. Drug-induced nephrotoxicity is ...

Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow reserve (CFR) in humans. Reduced CFR is accompanied by marked intramyocardial and pericoronary fibrosis and is used as an indication of the severity of dysfunction. This study explores, step-by-step, the real-time changes measured in the coronary flow velocity, CFR and systolic to diastolic peak velocity (S/D) ratio in the setting of an aortic banding model in mice. By using a Doppler transthoracic imaging technique that yields reproducible and reliable data, the method assesses changes in flow in the septal coronary artery (SCA), for a period of over two weeks in mice, that previously either underwent aortic banding or thoracotomy. 
During imaging, hyperemia in all mice was induced by isoflurane, an anesthetic that increased coronary flow velocity when compared with resting flow. All images were acquired by a single imager. Two ratios, (1) CFR, the ratio between hyperemic and baseline flow velocities, and (2) systolic (S) to diastolic (D) flow were determined, using a proprietary software and by two independent observers. Importantly, the observed changes in coronary flow preceded LV dysfunction as evidenced by normal LV mass and fractional shortening (FS). 
The method was benchmarked against the current gold standard of coronary assessment, histopathology. The latter technique showed clear pathologic changes in the coronary artery in the form of peri-coronary fibrosis that correlated to the flow changes as assessed by echocardiography. 
The study underscores the value of using a non-invasive technique to monitor coronary circulation in mouse hearts. The method minimizes redundant use of research animals and demonstrates that advanced ultrasound-based indices, such as CFR and S/D ratios, can serve as viable diagnostic tools in a variety of investigational protocols including drug studies and the study of genetically modified strains.

Coronary flow reserve (CFR) is useful for assessment of myocardial oxygen demand and evaluation of cardiovascular risk. This study establishes a step-by-step transthoracic Doppler echocardiographic (TTDE) method for longitudinal monitoring of the changes in CFR, as measured from coronary artery in mice, under the experimental pressure overload of aortic banding.

Ultraschall Basierend Beurteilung der koronaren Herzfluss und koronare Flussreserve Mit der Drucküberlastung Modell an der Maus

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow ...

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and well tolerated technique. The Weil-Blakesley conchotome has a sharp biting tip with a 4 - 6 mm wide hollow. It is inserted through a 5 - 10 mm skin incision and can be maneuvered for controlled tissue penetration. The tip is opened and closed within the tissue and then rotated through 90 -180&#176; to cut the muscle. The amount of muscle obtained following repeated sampling can vary from 20 mg to 290 mg which can be processed for both histology and molecular studies. The wound needs to be kept dry and vigorous physical activity kept to a minimum for approximately 72 hr although normal levels of activity can restart immediately following the procedure. This procedure is safe and effective when close attention is paid to the selection of subjects, full asepsis and post procedure care. &#160;Both right and left vastus lateralis are suitable for biopsy dependent on participant preference.

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

This video demonstrates the technique of percutaneous muscle biopsy of the human vastus lateralis using the Weil-Blakesley conchotome.

Mensch<em&gt; Vastus lateralis</em&gt; Skeletal Muscle Biopsy die Weil-Blakesley Conchotom Verwendung

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and ...

Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery in humans. Herein we discuss the design of an eccentric exercise protocol to induce damage in the quadriceps muscles, marked by changes in strength, soreness, and plasma creatine kinase levels. This method is simple, ethical, and widely applicable since it is performed in human participants and eliminates the interspecies translation of the results. Subjects perform 300 maximal eccentric contractions of the knee extensor muscles at a speed of 120&#176;/sec on an isokinetic dynamometer. The extent of the damage is measurable using relatively non-invasive isokinetic and isometric measures of strength loss, soreness, and plasma creatine kinase levels over several days following the exercise. Therefore, its application can be directed to specific populations in an attempt to identify mechanisms for muscle adaptation and regeneration.

This article describes a safe and reliable method to induce and quantify exertional skeletal muscle damage in human subjects.

Induktion und Beurteilung der belastungsSkelettMuskelSchäden beim Menschen

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery ...