Nous tenons à remercier Vikram Darbhe et Patrick Franks pour leurs conseils expérimentaux. Ce travail est soutenu par le Programme de bourses de recherche pour diplômés de la National Science Foundation sous le numéro de subvention. DGE-1324585 ainsi que NIH R01D084009 et F31AR076920. Toutes les opinions, constatations et conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation ou des NIH.

Le Conseil d’examen institutionnel (CISR) de l’Université Northwestern a approuvé les procédures de cette étude. Tous les participants inscrits à ce travail ont donné leur consentement éclairé avant de commencer le protocole détaillé ci-dessous. NOTE: Le système d’échographie spécifique utilisé dans cette étude avait des capacités EFOV-US et a été adopté parce que nous avons été en mesure d’examiner les détails et les évaluations de validité de l’algorithme dans la littérature scientifique22,26; plusieurs autres systèmes avec EFOV-US existent également18,20,30. Un transducteur linéaire 14L5 (largeur de bande de fréquence 5-14 MHz) a été utilisé. Les muscles imagés dans ce protocole ne sont qu’un petit sous-ensemble de muscles pour lesquels des images américaines ont été capturées et des longueurs de fascicules mesurées (par exemple, triceps25, extenseur carpi ulnaris23, gastrocnémiel médian10, vastus lateralis24, biceps femoris8,31). Ce protocole vise à fournir des indications et à décrire les normes nécessaires afin qu’il puisse être appliqué aux muscles au-delà des deux exemples que nous fournissons.
1. Collecte d’images EFOV-US des muscles
Préparation
<ol><li>Préparation de l’échographiste<ol>
<li>Avant d’utiliser le système à ultrasons, lisez le manuel du système pour vous familiariser avec la sécurité du système, les soins d’entretien du système, la configuration et les commandes du système, etc. En outre, consultez les instructions du système pour obtenir des images EFOV-US et familiarisez-vous avec la méthode mise en œuvre pour obtenir les images EFOV-US. REMARQUE: Différents systèmes d’échographie nomment le mode EFOV-US en utilisant une terminologie différente. Par exemple, dans le système utilisé ici, le mode EFOV est appelé « Imagerie panoramique ». Alors que les détails techniques de l’algorithme mis en œuvre dans divers systèmes commerciaux sont généralement de la propriété intellectuelle et ne sont donc pas disponibles gratuitement, à partir d’un examen superficiel, de nombreux systèmes commerciaux dotés de capacités d’échographie panoramique décrivent une approche similaire à celle décrite par Weng et al.22. L’évaluation de la validité générale des mesures acquises à partir de n’importe quel système, soit en obtenant des informations plus détaillées directement de l’entreprise qui fabrique le système, en utilisant un fantôme d’imagerie26,32, ou par d’autres moyens (par exemple, comparaison avec la dissection animale24) est recommandée comme une étape importante avant d’entreprendre des recherches impliquant des participants humains.</li>
		<li>Prenez le temps de vous familiariser avec l’anatomie du ou des muscles d’intérêt ainsi qu’avec l’anatomie environnante. Il est suggéré que l’échographiste utilise un manuel d’anatomie ou de préférence un modèle d’anatomie 3D interactif en ligne pour se familiariser avec l’anatomie qui l’intéresse.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparation des participants<ol>
<li>Expliquez le protocole de l’étude au participant et obtenez le consentement approuvé par la CISR avant de commencer le protocole d’imagerie.</li>
		<li>Demandez au participant de porter des vêtements appropriés pour permettre l’accès au muscle qui l’intéresse. Par exemple, si l’échographiste prévoit d’imager un muscle de l’avant-bras, le participant doit être invité à porter une chemise à manches courtes.</li>
		<li>Asseyez le participant dans une chaise réglable qui peut être verrouillée en place. Prenez le temps d’ajuster la chaise pour rendre le participant aussi confortable que possible tout en donnant accès au muscle qui l’intéresse. REMARQUE: Si une chaise réglable qui peut reposer complètement à plat n’est pas disponible, certains plans d’étude peuvent nécessiter l’utilisation d’une table pour accéder au muscle d’intérêt (c.-à-d. les ischio-jambiers).</li>
		<li>Placez la ou les articulations que le muscle d’intérêt s’étend dans une posture qui peut être contrôlée et répétée. Utiliser les conseils cliniques33 pour localiser les repères anatomiques et mettre en œuvre la goniométrie; utiliser les normes ISB pour définir le système de coordonnées commun34,35. En général, pour mesurer l’angle articulaire, marquez les repères anatomiques avec un marqueur de sécurité pour la peau (Table des matériaux), puis alignez le centre d’un goniomètre portatif vers le haut avec l’axe de rotation de l’articulation et les bras du goniomètre vers le haut avec les segments articulaires. REMARQUE: Si vous imaginez un muscle passif, il est recommandé de placer le muscle d’intérêt dans une position relativement allongée pour éviter d’imager le muscle relâché.<ol>
<li>Pour reproduire le biceps brachii tel qu’il est illustré dans cette étude, les participants assis avec les pieds soutenus, le dos droit, l’épaule à 85 ° de l’abduction et 10 ° de flexion horizontale, le coude à la flexion à 25 ° et l’avant-bras, le poignet et les doigts au neutre.</li>
			<li>Pour reproduire le tibialis antérieur tel qu’il est illustré dans cette étude, les participants assis avec le genou à 60 ° de flexion et la cheville à 15 ° de flexion plantaire.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Fixez le membre des participants à l’aide de sangles en tissu pour minimiser les mouvements pendant le protocole d’imagerie.</li>
	</ol>
</li>
</ol>Acquisition d’images
<ol start="3"><li>Branchez et allumez le système d’échographie. Assurez-vous que l’examen est réglé sur musculo-squelettique, que le transducteur utilisé est sélectionné (ici, nous avons utilisé 14L5) et que la fréquence d’émission est réglée entre 5 et 17 MHz (ici 11 MHz a été utilisé), une gamme de fréquences typique pour l’imagerie musculo-squelettique. Des fréquences plus élevées sont généralement utilisées pour une imagerie plus superficielle car elles améliorent la résolution mais diminuent la pénétration des ondes.</li>
	<li>Allez dans les paramètres du système pour ajuster les paramètres du pédalier. Pour les besoins de ce protocole, nous vous recommandons de régler le pédalier pour démarrer/arrêter l’imagerie. Si le pédalier utilisé comporte plusieurs pédales, réglez des pédales supplémentaires sur « Geler » ou « Pause », et « Imprimer » ou « Stocker » l’image.</li>
	<li>Appliquez une quantité généreuse de gel à ultrasons sur la tête du transducteur.</li>
	<li>Placez le transducteur sur la peau du participant sur la région d’intérêt approximative.</li>
	<li>Déplacez le transducteur dans le plan d’axe court du muscle. Notez que le transducteur a une petite protubérance d’un côté, appelée indicateur. Le côté du transducteur qui a l’indicateur correspond au côté gauche de l’image échographique. Lors de l’imagerie sur l’axe court, demandez à l’échographiste de garder l’indicateur pointé latéralement et lorsque l’échographiste est sur un axe long, pointez l’indicateur distalement.</li>
	<li>Identifiez le muscle d’intérêt dans le plan de l’axe court (perpendiculaire à la direction de la fibre musculaire) et déplacez le transducteur distal et proximal pour obtenir une visualisation complète de la trajectoire musculaire.<ol>
<li>Marquez les repères anatomiques importants (c.-à-d. les bords latéraux et médiaux du muscle, la jonction du tendon musculaire et l’insertion musculaire) à l’aide de marqueurs d’encre sans danger pour la peau (Table des matériaux).</li>
	</ol></li>
	<li>Une fois que l’emplacement du muscle a été identifié et correctement marqué, demandez à l’échographiste de déplacer le transducteur à ultrasons dans le plan de l’axe long (parallèle à la direction de la fibre musculaire).</li>
	<li>En commençant à l’extrémité distale ou proximale du muscle, faites pivoter et inclinez le transducteur pour identifier le plan fascicule à ce point. Faites une marque sur la peau lorsque la position correcte du transducteur a été établie.</li>
	<li>Une fois que le plan approximatif du fascicule a été établi sur toute la longueur souhaitée à scanner, demandez à l’échographiste de suivre cette voie.</li>
	<li>Pour commencer à collecter des images, mettez le système d’échographie en mode EFOV-US.</li>
	<li>En commençant par une extrémité du muscle, cliquez sur le pédalier pour lancer l’acquisition d’images et déplacez lentement et continuellement le transducteur à ultrasons dans l’axe long. Une fois l’extrémité du muscle atteinte, cliquez sur le pédalier pour terminer l’acquisition d’image.</li>
	<li>Entraînez-vous et assurez-vous du bon chemin de transducteur. Cela peut prendre plusieurs images de pratique avant d’obtenir systématiquement des images EFOV-US de « qualité » (voir la section 2 pour l’explication des images de qualité).</li>
	<li>Pour optimiser la visibilité et la clarté de l’image, envisagez d’ajuster les paramètres suivants.<ol>
<li>Profondeur: Si l’acquisition de l’image se termine avant que la longueur souhaitée du muscle puisse être capturée, augmentez la profondeur de l’image (dans le système utilisé ici, l’augmentation de la profondeur de l’image augmente la longueur absolue du scan).</li>
		<li>Mise au point : placez la flèche de mise au point dans la moitié inférieure de l’image, juste en dessous du muscle d’intérêt.</li>
		<li>Gain : Assurez-vous que le gain est équilibré par la profondeur de l’image.</li>
		<li>Vitesse: Image à la vitesse optimale guidée par l’indicateur (dans la plupart des systèmes, un indicateur de vitesse s’affiche sur le moniteur pendant l’imagerie panoramique).</li>
	</ol></li>
	<li>Une fois que les images de qualité ont été collectées (étape 2.1), appuyez sur la pédale d’interrupteur Imprimer/Stocker ou sur un bouton synonyme du panneau de commande pour enregistrer l’image.</li>
	<li>Répétez les étapes 1.13-1.16 jusqu’à ce que 3 images EFOV-US de qualité du muscle soient obtenues.</li>
	<li>Répétez les étapes 1.6-1.17 jusqu’à ce que tous les muscles d’intérêt soient obtenus.</li>
	<li>Utilisez une serviette pour essuyer doucement le gel de la peau du participant. Ensuite, demandez au participant de rincer la zone de la peau ou d’utiliser une serviette humide pour essuyer la peau exposée au gel. Sec.</li>
	<li>Essuyez le gel de la tête du transducteur et désinfectez-</li>
	<li>Exportez des images en tant qu’images DICOM non compressées sur un CD-DVD, un lecteur flash ou via le réseau local sur un ordinateur.</li>
</ol>2. Détermination de la « qualité » de l’image EFOV-US
<ol><li>Après l’étape 1.13, demandez à l’échographiste d’identifier et d’évaluer la qualité des principales caractéristiques anatomiques du muscle d’intérêt et de son anatomie environnante. Il s’agit d’une évaluation qualitative basée sur les connaissances de l’échogénicité des tissus musculo-squelettiques de l’échogénicaire (capacité d’un tissu à réfléchir les ondes ultrasonores). Pour qu’une image EFOV-US soit considérée comme qualitativement « bonne », les conditions suivantes doivent être respectées :<ol>
<li>Dans toute image à axe long d’un muscle, vérifiez que l’échographiste peut clairement identifier le muscle comme une forme hypoéchoïque (sombre) avec des limites hyperéchoïques (brillantes) qui représentent le fascia musculaire profond et superficiel.</li>
		<li>Entre les limites musculaires, vérifiez que l’échographiste peut identifier le tissu conjonctif entourant un fascicule musculaire comme des lignes hyperéchoïques (brillantes). REMARQUE: Lors de l’imagerie de muscles multi-pennés, l’image doit également contenir le ou les tendons centraux qui apparaissent dans le ventre musculaire, entre le fascia musculaire profond et superficiel, sous la forme d’une structure hyperéchoïque (brillante).</li>
		<li>Vérifiez que l’image n’a pas de flexion excessive. Ceci est généralement indiqué par des ombres ou des espaces dans l’image ou une ligne de règle flexible dentelée sur l’image.</li>
	</ol>
</li>
	<li>S’il manque à l’image une ou plusieurs des structures tissulaires décrites au point 2.1, jugez l’image « qualitativement médiocre » et revenez en mode 2D vivant.</li>
</ol>3. Longueur du fascicule musculaire quanitifiant
<ol><li>Pour quantifier la longueur du fascicule musculaire, utilisez ImageJ, une plateforme de traitement d’image open source. ImageJ peut être téléchargé sur https://imagej.net/Downloads. REMARQUE: Bien qu’ImageJ soit fréquemment implémenté24,25,31,36,37,38, la quantification de la longueur du fascicule musculaire peut être mesurée à l’aide d’autres logiciels de traitement d’image8,39 ou de codes personnalisés40,41.</li>
	<li>Une fois téléchargées, ouvrez les images échographiques en tant qu’images DICOM dans ImageJ en cliquant sur Fichier | Ouvrez et sélectionnez l’image à analyser.</li>
	<li>Pour vous assurer que les propriétés de l’image DICOM ont été préservées, cliquez sur l’outil Ligne droite dans le menu Outils et tracez une ligne droite de 0 à 1 cm sur la règle sur le côté de l’image échographique. Ensuite, allez à Analyser | Mesure pour mesurer la ligne faite. Si les propriétés de l’image ont été conservées, la longueur de la ligne droite doit être de 1 cm.</li>
	<li>Pour mesurer la longueur des fascicules dans l’image, procédez comme suit.<ol>
<li>Faites un clic droit sur l’outil Ligne droite .</li>
		<li>Sélectionnez Ligne segmentée.</li>
		<li>Déplacez le curseur sur l’image et cliquez à une extrémité du fascicule qui a été choisi pour être mesuré. REMARQUE: Ne faites des mesures sur les fascicules que pour que l’ensemble du chemin du fascicule (c’est-à-dire d’une aponévrose à la prochaine aponévrose ou de l’aponévrose au tendon central) puisse être vu de manière convaincante.</li>
		<li>Cliquez le long du chemin pour vous assurer que la courbure dans le chemin du fascicule est capturée.</li>
		<li>Une fois la fin du chemin du fascicule atteinte, double-cliquez pour terminer la ligne et accédez à Analyser | Mesure pour mesurer la longueur de la ligne. REMARQUE: Une nouvelle fenêtre, « Résultats », apparaîtra la première fois qu’une mesure est effectuée. Les valeurs affichées peuvent être gérées dans la fenêtre Résultats en accédant à Résultats | Définir les mesures.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Répétez les étapes 3.4.3 à 3.4.5 jusqu’à ce que plusieurs mesures fascicules soient effectuées dans une seule image.</li>
	<li>Enregistrez les mesures des fascicules en cliquant sur Fichier | Enregistrez dans l’onglet résultats ou les valeurs peuvent être copiées et collées dans un autre document/feuille de calcul.</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Étapes critiques du protocole.
Il existe quelques composants essentiels pour obtenir des images EFOV-US de qualité qui donnent des mesures de longueur de fascicule valides et fiables. Tout d’abord, comme indiqué dans la méthode 1.1.2, il est essentiel que l’échographiste prenne le temps de se familiariser avec l’anatomie du muscle imagé ainsi qu’avec les muscles environnants, les os et d’autres structures des tissus mous. Cela améliorera la capacité de l’é...

La longueur du fascicule est un paramètre important de l’architecture des muscles squelettiques, ce qui, dans l’ensemble, indique la capacité d’un muscle à produire de la force1,2. Plus précisément, la longueur du fascicule d’un muscle donne un aperçu de la gamme absolue de longueurs sur lesquelles un muscle peut générer une force active3,4. Par exemple, étant donné deux muscles ayant des valeurs identiques pour tous les paramètres générateurs de force isométrique (c.-à-d. longueur moyenne du sarcomère, angle de pennation, section transversale physiologique, état de contraction, etc.), à l’exception de la longueur du fascicule, le muscle avec les fascicules les plus longs produirait sa force maximale à une longueur plus longue et produirait une force sur une gamme de longueurs plus large que le muscle avec des fascicules plus courts3 . La quantification de la longueur du fascicule musculaire est importante pour comprendre à la fois la fonction musculaire saine et les changements dans la capacité de génération de force d’un muscle, qui peuvent survenir à la suite d’une altération de l’utilisation musculaire (p. ex., immobilisation5,6, intervention d’exercice7,8,9, port du talon haut10) ou d’un changement dans l’environnement du muscle (p. ex., chirurgie de transfert de tendon11, distraction des membres12 ). Les mesures de la longueur du fascicule musculaire ont été obtenues à l’origine par des expériences cadavériques ex vivo qui permettent de mesurer directement les fascicules disséqués13,14,15,16. Les informations précieuses fournies par ces expériences ex vivo ont suscité un intérêt pour la mise en œuvre de méthodes in vivo17,18,19 pour répondre à des questions auxquelles il n’était pas possible de répondre dans les cadavres; Les méthodes in vivo permettent de quantifier les paramètres musculaires dans un état natif ainsi qu’à différentes postures articulaires, différents états de contraction musculaire, différents états de charge ou de déchargement, et à travers des populations avec des conditions différentes (c.-à-d. en bonne santé / blessé, jeune / vieux, etc.). Le plus souvent, l’échographie est la méthode utilisée pour obtenir des longueurs de fascicule musculaire in vivo18,19,20; elle est plus rapide, moins coûteuse et plus facile à mettre en œuvre que d’autres techniques d’imagerie, telles que l’imagerie par tenseur de diffusion (DTI)18,21.
L’échographie à champ de vision étendu (EFOV-US) s’est avérée être une méthode valide et fiable pour mesurer la longueur du fascicule musculaire in vivo. Bien que couramment mises en œuvre, l’échographie traditionnelle (T-US) a un champ de vision limité par la longueur du réseau du transducteur à ultrasons (généralement entre 4 et 6 cm, bien qu’il existe des sondes qui s’étendent jusqu’à 10 cm10)18,20. Pour surmonter cette limitation, Weng et al. ont développé une technologie EFOV-US qui acquiert automatiquement une image « panoramique » composite et bidimensionnelle (jusqu’à 60 cm de long) à partir d’un balayage dynamique à distance étendue22. L’image est créée en assemblant, en temps réel, une séquence d’images échographiques traditionnelles en mode B pendant que le transducteur scanne dynamiquement l’objet d’intérêt. Étant donné que les images T-US séquentielles ont de grandes régions qui se chevauchent, les petites différences d’une image à l’autre peuvent être utilisées pour calculer le mouvement de la sonde sans utiliser de capteurs de mouvement externes. Une fois que le mouvement de la sonde entre deux images consécutives est calculé, l’image « actuelle » est fusionnée successivement avec les images précédentes. La méthode EFOV-US permet la mesure directe de longs fascicules musculaires incurvés et s’est avérée fiable pour les muscles, les essais et les échographistes23,24,25 et valable pour les surfaces planes et courbes23,26.
La mise en œuvre d’ultrasons pour mesurer la longueur du fascicule musculaire in vivo n’est pas anodine. Contrairement à d’autres techniques d’imagerie qui impliquent des protocoles plus automatisés (c.-à-d. IRM, tomodensitométrie), l’échographie dépend des compétences de l’échographiste et des connaissances anatomiques27,28. On craint qu’un désalignement de la sonde avec le plan fascicule puisse entraîner une erreur substantielle dans les mesures du fascicule. Une étude démontre peu de différence (en moyenne < 3 mm) dans les mesures de la longueur du fascicule prises à l’aide de l’échographie et de l’IRM DTI, mais montre également que la précision de mesure est faible (écart type de différence ~ 12 mm)29. Pourtant, il a été démontré qu’un échographiste novice, avec la pratique et les conseils d’un échographiste expérimenté, peut obtenir des mesures valides en utilisant EFOV-US23. Ainsi, des efforts devraient être faits pour démontrer des protocoles appropriés pour réduire les erreurs humaines et améliorer la précision des mesures obtenues à l’aide d’EFOV-US. En fin de compte, l’élaboration et le partage de protocoles appropriés peuvent augmenter le nombre d’expérimentateurs et de laboratoires capables de reproduire des données sur la longueur des fascicules provenant de la littérature ou d’obtenir de nouvelles données sur les muscles qui n’ont pas encore été étudiés in vivo.
Dans ce protocole, nous montrons comment mettre en œuvre la méthode EFOV-US pour obtenir des images musculo-squelettiques de haute qualité qui peuvent être utilisées pour quantifier la longueur du fascicule musculaire. Plus précisément, nous abordons (a) la collecte d’images EFOV-US d’un seul membre supérieur et d’un seul muscle du membre inférieur (b) la détermination, en temps réel, de la « qualité » de l’image EFOV-US et (c) la quantification des paramètres de l’architecture musculaire hors ligne. Nous fournissons ce guide détaillé pour encourager l’adoption de la méthode EFOV-US pour obtenir des données sur la longueur des fascicules musculaires dans les muscles qui n’ont pas été étudiés in vivo en raison de leurs longs fascicules.

<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

La longueur du fascicule musculaire, qui est généralement mesurée in vivo à l’aide d’ultrasons traditionnels, est un paramètre important définissant la capacité de génération de force d’un muscle. Cependant, plus de 90% de tous les muscles des membres supérieurs et 85% de tous les muscles des membres inférieurs ont des longueurs de fascicule optimales plus longues que le champ de vision des sondes échographiques traditionnelles courantes (T-US). Une méthode plus récente et moins fréquemment adoptée appelée échographie à champ de vision étendu (EFOV-US) peut permettre la mesure directe de fascicules plus longtemps que le champ de vision d’une seule image T-US. Cette méthode, qui assemble automatiquement une séquence d’images T-US à partir d’un balayage dynamique, s’est avérée valide et fiable pour obtenir des longueurs de fascicule musculaire in vivo. Malgré les nombreux muscles squelettiques avec de longs fascicules et la validité de la méthode EFOV-US pour effectuer des mesures de ces fascicules, peu d’études publiées ont utilisé cette méthode. Dans cette étude, nous démontrons à la fois comment mettre en œuvre la méthode EFOV-US pour obtenir des images musculo-squelettiques de haute qualité et comment quantifier la longueur des fascicules à partir de ces images. Nous nous attendons à ce que cette démonstration encourage l’utilisation de la méthode EFOV-US pour augmenter le bassin de muscles, à la fois dans les populations saines et altérées, pour lesquelles nous disposons de données in vivo sur la longueur des fascicules musculaires.

L’échographie à champ de vision étendu (EFOV-US) a été mise en œuvre pour obtenir des images de la longue tête du biceps brachii et du tibialis antérieur chez 4 volontaires sains (tableau 1). La figure 1 montre les images EFOV-US des deux muscles imagées lors de cette séance d’imagerie représentative et met en évidence des aspects importants de chaque image tels que l’aponévrose musculaire, le tendon central, la trajectoire du fascicule, etc. Une fois la s...

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

Cette étude décrit comment obtenir des images musculo-squelettiques de haute qualité en utilisant la méthode EFOV-US (Extended Field-of-View Ultrasound) dans le but de mesurer la longueur du fascicule musculaire. Nous appliquons cette méthode aux muscles avec des fascicules qui s’étendent au-delà du champ de vision des sondes à ultrasons traditionnelles courantes (T-US).

Obtention d’images échographiques à champ de vision étendu de qualité du muscle squelettique pour mesurer la longueur du fascicule musculaire

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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The Muscular System

SCIENTISTS IN ACTION

3.5K vues.  Northwestern University. Cette étude décrit comment obtenir des images musculo-squelettiques de haute qualité en utilisant la méthode EFOV-US (Extended Field-of-View Ultrasound) dans le but de mesurer la longueur du fascicule musculaire. Nous appliquons cette méthode aux muscles avec des fascicules qui s’étendent au-delà du champ de vision des sondes à ultrasons traditionnelles courantes (T-US).

Vidéo: 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-mécanique Analyse des muscles squelettiques isolés

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 ...

Recherche

Médecine

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 dimorphisme des sexes de la protéomique

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.

Méthode pour mesurer tonicité des muscles axiaux et proximaux

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.

Haut-débit cytométrie en flux test cellulaire pour détecter les anticorps de la N-méthyl-D-aspartate Receptor ou récepteur de la dopamine-2 dans le sérum humain

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.

Procédures Muscle squelettique humain biopsie aide de la technique de modification 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 Imagerie par résonance magnétique de la maladie du muscle squelettique

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.

Détection précoce du médicament-Induced rénale hémodynamique Dysfonction Utilisation de échographique Technology chez le rat

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.

Évaluation Basé échographie de l&#39;artère coronaire de débit et de Flow Reserve coronaire Utilisation de la surcharge de pression modèle chez la souris

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.

Humain<em&gt; Vaste externe</em&gt; Biopsie de muscle squelettique Utilisation de la 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 ...

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.

Induction et évaluation des Exertional Skeletal dommages musculaires chez les humains

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