Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מחקר זה מתאר כיצד להשיג תמונות שרירים ושלד באיכות גבוהה באמצעות שיטת אולטרסאונד שדה הראייה המורחבת (EFOV-US) לצורך ביצוע אמצעים אורך שריר פשיסטי. אנו מיישמים שיטה זו על שרירים עם פשיסטים המשתרעים על פני שדה הראייה של בדיקות אולטרסאונד מסורתיות נפוצות (T-US).

Abstract

אורך שריר פשיסטי, אשר נמדד בדרך כלל vivo באמצעות אולטרסאונד מסורתי, הוא פרמטר חשוב הגדרת כוח הייצור של השריר. עם זאת, מעל 90% מכל שרירי הגפיים העליונות ו -85% מכל שרירי הגפיים התחתונות יש אורכי פשיזם אופטימליים ארוכים יותר משדה הראייה של בדיקות אולטרסאונד מסורתיות נפוצות (T-US). שיטה חדשה יותר, מאומצת בתדירות נמוכה יותר הנקראת אולטרסאונד שדה ראייה מורחב (EFOV-US) יכולה לאפשר מדידה ישירה של פשיסטים ארוכה יותר משדה הראייה של תמונת T-US אחת. שיטה זו, אשר באופן אוטומטי מתאים יחד רצף של תמונות T-US מתוך סריקה דינמית, הוכח להיות תקף ואמין להשגת אורכי שריר פשיסטי ב vivo. למרות שרירי השלד הרבים עם פשיסטים ארוכים והתוקף של שיטת EFOV-US לביצוע מדידות של פשיסטים כאלה, מחקרים מעטים שפורסמו השתמשו בשיטה זו. במחקר זה, אנו מדגימים הן כיצד ליישם את שיטת EFOV-US כדי להשיג תמונות שרירים ושלד באיכות גבוהה וכיצד לכמת את האורכים הפשיסטיים מתמונות אלה. אנו מצפים כי הדגמה זו תעודד את השימוש בשיטת EFOV-US כדי להגדיל את מאגר השרירים, הן באוכלוסיות בריאות והן באוכלוסיות לקויות, שעבורן יש לנו נתונים באורך פשיסטי שרירי vivo.

Introduction

אורך פשיסטי הוא פרמטר חשוב של ארכיטקטורת שרירי השלד, אשר בסך הכל מעיד על היכולת של שריר לייצר כוח 1,2. באופן ספציפי, אורך הפשיסטי של השריר מספק תובנה על הטווח המוחלט של אורכים שעליהם שריר יכול לייצר כוח פעיל3,4. לדוגמה, בהינתן שני שרירים בעלי ערכים זהים לכל הפרמטרים האיזומטריים המייצרים כוח (כלומר, אורך סרקומר ממוצע, זווית פניות, אזור חתך פיזיולוגי, מצב התכווצות וכו ') למעט אורך פשיסטי, השריר עם הפשקלים הארוכים יותר יפיק את כוח השיא שלו באורך ארוך יותר ויפיק כוח על פני מגוון רחב יותר של אורכים מאשר השריר עם פשילים קצרים יותר3 . כימות אורך שרירים חשוב להבנת תפקוד שרירים בריא ושינויים ביכולת ייצור הכוח של השריר, אשר יכול להתרחש כתוצאה משינוי אורך השריר (למשל, immobilization5,6, התערבות פעילות גופנית7,8,9, עקב גבוה לובש10) או שינוי בסביבת השריר (למשל, ניתוח העברת גידים11, הסחת דעת גפיים12 ). מדידות של אורך שריר פשיסטי הושגו במקור באמצעות ניסויים קדוורים ex vivo המאפשרים מדידה ישירה של פשיסטים נותחו13,14,15,16. המידע רב הערך שסיפקו ניסויי ex vivo אלה הוביל לעניין ביישום שיטות vivo17,18,19 כדי לענות על שאלות שלא ניתן היה לענות עליהן בגופות; בשיטות vivo מאפשרות כימות של פרמטרי שרירים במצב ילידי כמו גם בתנוחות מפרקים שונות, מצבי התכווצות שרירים שונים, מצבי טעינה או פריקה שונים, ועל פני אוכלוסיות עם תנאים שונים (כלומר בריאים/פצועים, צעירים/זקנים וכו '). לרוב, אולטרסאונד היא השיטה המועסקת כדי להשיג באורכי פשקל שריר vivo18,19,20; הוא מהיר יותר, פחות יקר וקל יותר ליישום מטכניקות הדמיה אחרות, כגון הדמיית טנזור דיפוזיה (DTI)18,21.

אולטרסאונד שדה ראייה מורחב (EFOV-US) הוכח להיות שיטה תקפה ואמינה למדידת אורך שריר fascicle ב vivo. בעוד מיושם בדרך כלל, אולטרסאונד מסורתי (T-US) יש שדה ראייה אשר מוגבל על ידי אורך מערך מתמר אולטרסאונד (בדרך כלל בין 4 ל 6 ס"מ, אם כי יש בדיקות המשתרעות על 10 cm10)18,20. כדי להתגבר על מגבלה זו, Weng et al. פיתחו טכנולוגיית EFOV-US שרוכשת באופן אוטומטי תמונה "פנורמית" מורכבת ודו-ממדית (באורך של עד 60 ס"מ) מסריקת מרחק דינמית מורחבת22. התמונה נוצרת על ידי התאמה יחד, בזמן אמת, רצף של תמונות אולטרסאונד מסורתיות, מצב B כמו מתמר באופן דינמי סורק את מושא העניין. מכיוון שלתמונות T-US רציפות יש אזורים חופפים גדולים, ניתן להשתמש בהבדלים הקטנים מתמונה אחת לאחרת כדי לחשב את תנועת הגשוש ללא שימוש בחיישני תנועה חיצוניים. לאחר חישוב תנועת הבדיקה בין שתי תמונות רצופות, התמונה "הנוכחית" ממוזגת ברציפות עם התמונות הקודמות. שיטת EFOV-US מאפשרת מדידה ישירה של פשיקים ארוכים ומעוקלים בשרירים והודגמה כאמינה על פני שרירים, ניסויים וסונוגרפים23,24,25 ותקפה למשטחים שטוחים ומעוקלים23,26.

יישום אולטרסאונד כדי למדוד את אורך שריר fascicle ב vivo הוא לא טריוויאלי. שלא כמו טכניקות הדמיה אחרות המערבות פרוטוקולים אוטומטיים יותר (כלומר, MRI, CT), אולטרסאונד תלוי במיומנות סונוגרף וידע אנטומי27,28. קיים חשש כי אי-התאמה של בדיקה במישור הפשיסטי עלולה לגרום לשגיאה משמעותית בצעדים פשיסטיים. מחקר אחד מדגים הבדל קטן (בממוצע < 3 מ"מ) במדדים של אורך פשיסטי שנלקח באמצעות אולטרסאונד ו- DTI MRI, אך גם מראה כי דיוק המדידה נמוך (סטיית תקן של הבדל ~ 12 מ"מ)29. ובכל זאת, הוכח כי סונוגרף טירון, עם תרגול והדרכה מסונוגרף מנוסה, יכול להשיג meaures תקף באמצעות EFOV-US23. לכן, יש לעשות מאמצים להפגין פרוטוקולים מתאימים כדי להפחית את טעות האדם ולשפר את הדיוק של מדידות שהושגו באמצעות EFOV-US. בסופו של דבר, פיתוח ושיתוף פרוטוקולים מתאימים עשויים להרחיב את מספר הנסיינים והמעבדות שיכולים לשחזר נתונים באורך פשיסטי מהספרות או להשיג נתונים חדשניים בשרירים שעדיין לא נחקרו ב- vivo.

בפרוטוקול זה, אנו מדגימים כיצד ליישם את שיטת EFOV-US כדי להשיג תמונות שרירים ושלד באיכות גבוהה שניתן להשתמש בהם כדי לכמת את אורך שריר פשיסטי. באופן ספציפי, אנו מתייחסים (א) לאיסוף תמונות EFOV-US של איבר עליון יחיד ושריר גפיים תחתון יחיד (ב) הקובע, בזמן אמת, את "האיכות" של תמונת EFOV-US, ו- (ג) כימות פרמטרים של ארכיטקטורת שרירים במצב לא מקוון. אנו מספקים מדריך מפורט זה כדי לעודד את האימוץ של שיטת EFOV-US להשגת נתוני אורך שריר פשיסטי בשרירים שלא עברו פשיעה ב- vivo בשל הפשיסטים הארוכים שלהם.

Protocol

ועדת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת נורת'ווסטרן (IRB) אישרה את נהלי מחקר זה. כל המשתתפים שנרשמו לעבודה זו נתנו הסכמה מדעת לפני תחילת הפרוטוקול המפורט להלן.
הערה: מערכת אולטרסאונד ספציפית המשמשת במחקר זה היו יכולות EFOV-US ואומץ כי הצלחנו לסקור פרטים על הערכות תוקף עבור האלגוריתם בספרות המדעית22,26; מערכות מרובות אחרות עם EFOV-US קיימות גם הן18,20,30. מערך ליניארי מתמר 14L5 (רוחב פס תדר 5-14 MHz) נוצל. השרירים שמצויים בפרוטוקול זה הם רק תת-קבוצה קטנה של שרירים שעבורם נתפסו תמונות אמריקאיות ואורכי פשיזם נמדדו (למשל, triceps25, extensor carpi ulnaris23, גסטרוקנמיוס מלוכלך 10, vastus lateralis24, שרירי הזרוע8,31). פרוטוקול זה נועד לספק מצביעים ולתאר את הסטנדרטים הדרושים, כך שניתן יהיה להחיל אותו על השרירים מעבר לשתי הדוגמאות שאנו מספקים.

1. איסוף תמונות EFOV-ארה"ב של שרירים

הכנה

  1. הכנת סונוגרף
    1. לפני הפעלת מערכת האולטרסאונד, יש לקרוא במדריך המערכת כדי להכיר את בטיחות המערכת, לדאוג לתחזוקת המערכת, מערך ובקרות המערכת וכו'. בנוסף, לסקור את הוראות המערכת לקבלת תמונות EFOV-US ולהיות מכיר את השיטה מיושמת כדי לקבל את התמונות EFOV-US.
      הערה: מערכות אולטרסאונד שונות שם מצב EFOV-ארה"ב באמצעות מינוח שונה. לדוגמה, במערכת המשמשת כאן, מצב EFOV מכונה "הדמיה פנורמית". בעוד הפרטים הטכניים של האלגוריתם המיושם במערכות מסחריות שונות הם בדרך כלל קניין רוחני ולכן לא זמין באופן חופשי, מתוך סקירה שטחית, מערכות מסחריות רבות עם יכולות אולטרסאונד פנורמי לתאר גישה דומה לזו המתוארת על ידי וונג et al.22. הערכת התוקף הכללי של מדידות שנרכשו מכל מערכת, בין אם על ידי קבלת מידע מפורט יותר ישירות מהחברה המייצרת את המערכת, באמצעות הדמיה phantom26,32, או באמצעים אחרים (למשל, בהשוואה לנתח בעלי חיים24) מומלץ כצעד חשוב לפני תחילת מחקר מעורבים משתתפים אנושיים.
    2. קח זמן להכיר את האנטומיה של השרירים של עניין, כמו גם את האנטומיה שמסביב. הוא הציע כי הסונוגרף להשתמש בספר לימוד אנטומיה או רצוי מודל אנטומיה 3D מקוון אינטראקטיבי כדי להכיר את האנטומיה של עניין.
  2. הכנת משתתפים
    1. הסבר את פרוטוקול המחקר למשתתף ורכוש הסכמה מאושרת של IRB לפני תחילת פרוטוקול ההדמיה.
    2. בקש מהמשתתף ללבוש בגדים מתאימים כדי לאפשר גישה לשריר העניין. לדוגמה, אם הסונוגרף מתכנן לדמיין שריר בזרוע, יש לבקש מהמשתתף ללבוש חולצה עם שרוולים קצרים.
    3. הושיבו את המשתתף בכיסא מתכוונן שניתן לנעול במקום. קח את הזמן כדי להתאים את הכיסא כדי להפוך את המשתתף נוח ככל האפשר תוך מתן גישה לשריר העניין.
      הערה: אם כיסא מתכוונן אשר יכול להניח שטוח לחלוטין אינו זמין, כמה עיצובי מחקר עשוי לדרוש שימוש בטבלה כדי לגשת לשריר העניין (כלומר, מיתרי הברך).
    4. מניחים את המפרקים ששריר העניין משתרע בתנוחה שניתן לשלוט בה וחוזרת על עצמה. השתמש הדרכה קלינית33 לאיתור ציוני דרך אנטומיים ויישום גוניומטריה; השתמש בתקני ISB להגדרת מערכת הקואורדינטות המשותפת34,35. באופן כללי, כדי למדוד זווית משותפת, לסמן ציוני דרך אנטומיים עם סמן בטוח לעור (שולחן החומרים) ולאחר מכן ליישר את המרכז של גוניומטר כף יד למעלה עם ציר הסיבוב של המפרק והזרועות של גוניומטר למעלה עם קטעי המפרקים.
      הערה: אם הדמיית שריר פסיבי, הצבת שריר העניין בתנוחה מתארכת יחסית מומלץ להימנע שריר רפוי הדמיה.
      1. כדי לשכפל את שרירי הזרוע brachii כפי שמצמוי במחקר זה, המשתתפים במושב עם רגליים נתמכות, גב ישר, כתף ב 85° של חטיפה ו 10° של כיפוף אופקי, מרפק ב 25 ° כיפוף, ואמה, פרק כף היד, ואצבעות בנייטרליות.
      2. כדי לשכפל את tibialis קנטיור כפי שמצטייר במחקר זה, המשתתפים במושב עם הברך ב 60° של כיפוף ואת הקרסול ב 15 ° של כיפוף plantar.
    5. אבטחו את איבר המשתתפים באמצעות רצועות בד כדי למזער את התנועה במהלך פרוטוקול ההדמיה.

רכישת תמונה

  1. חבר והדליק את מערכת האולטרסאונד. ודא כי הבדיקה מוגדרת שרירים ושלד, המתמר בשימוש נבחר (כאן השתמשנו 14L5), ותדר השידור מוגדר בין 5-17 MHz (כאן 11MHz שימש), טווח תדרים טיפוסי עבור הדמיית שרירים ושלד. תדרים גבוהים יותר משמשים בדרך כלל להדמיה שטחית יותר מכיוון שהם משפרים את הרזולוציה אך מפחיתים את חדירת הגלים.
  2. עבור להגדרות המערכת כדי להתאים את הגדרות ה- footswitch. לצורך פרוטוקול זה, אנו ממליצים להגדיר את מכת הרגליים כדי להתחיל / להפסיק את ההדמיה. אם ה- footswitch בשימוש כולל דוושות מרובות, הגדר דוושות נוספות ל"הקפאה" או "השהה", ו"הדפס" או "אחסן" את התמונה.
  3. החל כמות נדיבה של ג'ל אולטרסאונד על הראש של המתמר.
  4. מניחים את המתמר על עור המשתתף על אזור העניין המשוער.
  5. הזז את המתמר במישור הציר הקצר של השריר. שים לב כי המתמר יש בליטות קטנה בצד אחד, הנקרא אינדיקטור. הצד של המתמר שיש לו את המחוון מתאים לצד השמאלי של תמונת האולטרסאונד. בעת הדמיה בציר הקצר, יש הסונוגרף לשמור על המחוון הצביע לרוחב וכאשר הסונוגרף הוא בציר ארוך, להצביע על המחוון distally.
  6. זהה את שריר העניין במישור הציר הקצר (בניצב לכיוון סיבי השריר) והזז את הדיסטלי והתקרבי למתמר כדי לקבל הדמיה מלאה של נתיב השריר.
    1. סמן ציוני דרך אנטומיים חשובים (כלומר, הקצוות לרוחב והמיונליים של השריר, צומת גיד השרירים והכנסת השרירים) באמצעות סמני דיו בטוחים לעור (שולחן החומרים).
  7. לאחר המיקום של השריר זוהה מסומן כראוי, יש הסונוגרף להזיז את מתמר אולטרסאונד במישור הציר הארוך (במקביל לכיוון סיבי השריר).
  8. החל מהקצה הדיסטלי או הפרוקסימלי של השריר, סובב והטה את המתמר כדי לזהות את המישור הפשיסטי בשלב זה. סמן על העור כאשר נקבעה תנוחת המתמר הנכונה.
  9. לאחר שהמישור הפשיסטי המשוער הוקם לאורך כל האורך הרצוי כדי לסרוק, יש את סונוגרף בפועל בעקבות נתיב זה.
  10. כדי להתחיל לאסוף תמונות, לשים את מערכת אולטרסאונד במצב EFOV-ארה"ב.
  11. החל מקצה אחד של השריר, לחץ על כף הרגל כדי להתחיל רכישת תמונה לאט ובהתמדה להזיז את מתמר אולטרסאונד בציר הארוך. לאחר הגעת סוף השריר, לחץ על ה- footswitch כדי לסיים את רכישת התמונה.
  12. תרגל והבטח את נתיב המתמר הנכון. פעולה זו עשויה לצלם מספר תמונות תרגול לפני קבלת תמונות EFOV-US "איכותיות" באופן עקבי (ראה סעיף 2 להסבר על תמונות איכותיות).
  13. כדי למטב את הנראות והבהירות של התמונה, שקול התאמות לפרמטרים הבאים.
    1. עומק: אם רכישת התמונה מסתיימת לפני שניתן ללכוד את האורך הרצוי של השריר, הגדל את עומק התמונה (במערכת המשמשת כאן, הגדלת עומק התמונה מגדילה את האורך המוחלט שהסריקה יכולה להיות).
    2. מוקד: מקם את חץ המיקוד במחצית התחתונה של התמונה ממש מתחת לשריר העניין.
    3. רווח: ודא שהרווח מאוזן דרך עומק התמונה.
    4. מהירות: תמונה במהירות האופטימלית כפי שהונחה על ידי המחוון (ברוב המערכות מוצג מחוון מהירות על הצג במהלך הדמיה פנורמית).
  14. לאחר שנאספו תמונות טובות ואיכותיות (שלב 2.1), לחץ על דוושת ה-Footswitch Print/Store או על לחצן נרדף בלוח הבקרה כדי לשמור את התמונה.
  15. חזור על שלבים 1.13-1.16 עד 3 תמונות איכות EFOV-US של השריר מתקבלים.
  16. חזור על שלבים 1.6-1.17 עד קבלת כל שרירי העניין.
  17. השתמשו במגבת כדי לנגב בעדינות את הג'ל מעור המשתתף. לאחר מכן יש המשתתף לשטוף את האזור של העור או להשתמש במגבת לחה כדי לנגב את העור שנחשף לג'ל. יבש.
  18. לנגב ג'ל מראש המתמר ולחטא.
  19. יצא תמונות כתמונות DICOM לא דחוסות אל תקליטור DVD, כונן הבזק או דרך הרשת המקומית למחשב.

2. קביעת "איכות" התמונה EFOV-US

  1. לאחר שלב 1.13, יש הסונוגרף לזהות ולהעריך את איכות התכונות האנטומיות העיקריות של שריר העניין והאנטומיה הסובבת אותו. זוהי הערכה איכותית המבוססת על הידע של הסונוגרף באנטומיה והדגניות של רקמת השלד והשרירים (יכולת של רקמה לשקף גלים קוליים). כדי שתמונות EFOV-US ייחשבו "טובות" באופן איכותי, יש לעמוד בהן:
    1. בכל תמונה ארוכת ציר של שריר, בדוק כי הסונוגרף יכול לזהות בבירור את השריר כצורה היפוכוכית (כהה) עם גבולות היפר-פסיכוכיים (בהירים) המייצגים את הפאסיה השרירית העמוקה והשטחית.
    2. בין גבולות השריר, בדוק כי הסונוגרף יכול לזהות את רקמת החיבור המקיפה שרירים fascicle כמו קווים היפר-פסיכוכיים (בהירים).
      הערה: בעת הדמיית שרירים מרובי עטים, התמונה צריכה להכיל גם גידים מרכזיים המופיע בבטן השריר, בין הפאסיה השרירית העמוקה והשטחית, כמבנה היפר-פסיכוקי (בהיר).
    3. ודא שלתמונה אין כיפוף מוגזם. הדבר מצוין בדרך כלל על-ידי צללים או רווחים בתמונה או קו סרגל גמיש משונן מעל התמונה.
  2. אם התמונה חסרה אחד או יותר ממבני הרקמה המתוארים ב- 2.1, הגדירו את התמונה כ"ירודה מבחינה איכותית" וחזרו למצב 2D חי.

3. אורך שריר פשיסטי

  1. כדי לכמת את אורך שריר פשיסטי, השתמש ImageJ, פלטפורמת עיבוד תמונה בקוד פתוח. ניתן להוריד את ImageJ בשעה https://imagej.net/Downloads.
    הערה: למרות ImageJ מיושם לעתים קרובות24,25,31,36,37,38, כימות של אורך שריר פשילי עשוי להימדד באמצעות תוכנה אחרת לעיבוד תמונה8,39 או קודים מותאמים אישית40,41.
  2. לאחר ההורדה, לפתוח את תמונות אולטרסאונד כמו תמונות DICOM ב ImageJ על ידי לחיצה על קובץ | פתיחה ובחירה של התמונה לניתוח.
  3. כדי להבטיח שמאפייני התמונה DICOM נשמרו, לחץ על הכלי קו ישר בתפריט כלים וצייר קו ישר מ- 0 עד 1 ס"מ בסרגל בצד תמונת האולטרסאונד. לאחר מכן עבור אל ניתוח | מדוד כדי למדוד את הקו שנעשה. אם מאפייני התמונה נשמרו, אורך הקו הישר צריך להיות 1 ס"מ.
  4. כדי למדוד אורכי פשיזם בתמונה, השלם את הפעולות הבאות.
    1. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הכלי קו ישר .
    2. בחר קו מקוטע.
    3. הזז את הסמן אל התמונה ולחץ בקצה אחד של הפשיזם שנבחר להימדד.
      הערה: רק לבצע מדידות על פשיסטים כי השביל הפשיסטי כולו (כלומר, מ aponeurosis אחד כדי aponeurosis הבא או aponeurosis לגיד מרכזי) ניתן לראות באופן משכנע.
    4. לחץ לאורך השביל כדי להבטיח עקמומיות בנתיב הפשיסטי נתפס.
    5. לאחר הגעת סוף הנתיב הפשיסטי, לחץ פעמיים כדי לסיים את הקו ולעבור אל ניתוח | מדוד כדי למדוד את אורך הקו.
      הערה: חלון חדש, "תוצאות", יופיע בפעם הראשונה שמדידתה מתבצעת. ניתן לנהל את הערכים המוצגים בחלון התוצאות על-ידי כך שהצגת תוצאות | קבע מדידות.
  5. חזור על שלבים 3.4.3-3.4.5 עד לצעדים פשיסטיים מרובים בתמונה אחת.
  6. שמור מדידות פשיסטיות על-ידי לחיצה על קובץ | שמור בכרטיסיית התוצאות או שניתן להעתיק ולהדביק את הערכים במסמך/גיליון אלקטרוני אחר.

תוצאות

אולטרסאונד שדה ראייה מורחב (EFOV-US) יושם כדי לקבל תמונות מראשו הארוך של שרירי הזרוע brachii ואת tibialis anibialis ב 4 מתנדבים בריאים (טבלה 1). איור 1 מראה אילו תמונות EFOV-US של שני השרירים שצוו במפגש הדמיה מייצג זה ומדגיש היבטים חשובים של כל תמונה כגון אפונורוזיס שרירים, גיד מרכזי, נת...

Discussion

שלבים קריטיים בפרוטוקול.

ישנם כמה מרכיבים קריטיים להשגת תמונות EFOV-US איכותיות המניבות אמצעים באורך פשיסטיים תקפים ואמינים. ראשית, כפי שצוין בשיטה 1.1.2 זה חיוני כי הסונוגרף לקחת זמן כדי להכיר את האנטומיה של השריר להיות בתמונה, כמו גם סביב השרירים, העצמות, ומבנים רקמות ...

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

ברצוננו להודות לויקראם דארבה ופטריק פרנקס על הדרכתם הניסיונית. עבודה זו נתמכת על ידי תוכנית מלגת המחקר לתואר שני של הקרן הלאומית למדע תחת מענק מס '. DGE-1324585 וכן NIH R01D084009 ו- F31AR076920. כל הדעות, הממצאים, המסקנות או ההמלצות המובעות בחומר זה הן של המחברים ואינן משקפות בהכרח את עמדות הקרן הלאומית למדע או NIH.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
14L5 linear transducersSiemens10789396
Acuson S2000 Ultrasound SystemSiemens10032746
Adjustable chair (Biodex System)Biodex Medical SystemsSystem Pro 4
Skin Marker Medium TipSportSafen/aMulti-color 4 Pack recommended
Ultrasound Gel - Standard 8 Ounce Non-Sterile Fragrance Free Glacial TintMediChoice, Owens &MinorM500812

References

  1. Gans, C., Bock, W. J. The functional significance of muscle architecture: a theoretical analysis. Advances in Anatomy, Embryology and Cell Biology. 38, 115-142 (1965).
  2. Gans, C. Fiber architecture and muscle function. Exercise and Sports Sciences Reviews. 10, 160-207 (1982).
  3. Lieber, R. L., Fridén, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle & Nerve. 23 (11), 1647-1666 (2000).
  4. Zajac, F. E. Muscle and tendon: properties, models, scaling, and application to biomechanics and motor control. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 17 (4), 359-411 (1989).
  5. Williams, P. E., Goldspink, G. The effect of immobilization on the longitudinal growth of striated muscle fibres. Journal of Anatomy. 116 (1), 45 (1973).
  6. Williams, P. E., Goldspink, G. Changes in sarcomere length and physiological properties in immobilized muscle. Journal of Anatomy. 127 (3), 459-468 (1978).
  7. Blazevich, A. J., Cannavan, D., Coleman, D. R., Horne, S. Influence of concentric and eccentric resistance training on architectural adaptation in human quadriceps muscles. Journal of Applied Physiology. 103 (5), 1565-1575 (2007).
  8. Seymore, K. D., Domire, Z. J., DeVita, P., Rider, P. M., Kulas, A. S. The effect of Nordic hamstring strength training on muscle architecture, stiffness, and strength. European Journal of Applied Physiology. 117 (5), 943-953 (2017).
  9. Franchi, M. V., et al. Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle. Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).
  10. Csapo, R., Maganaris, C. N., Seynnes, O. R., Narici, M. V. On muscle, tendon and high heels. The Journal of Experimental Biology. 213 (15), 2582-2588 (2010).
  11. Takahashi, M., Ward, S. R., Marchuk, L. L., Frank, C. B., Lieber, R. L. Asynchronous muscle and tendon adaptation after surgical tensioning procedures. Journal of Bone and Joint Surgery. 92 (3), 664-674 (2010).
  12. Boakes, J. L., Foran, J., Ward, S. R., Lieber, R. L. Case Report: Muscle Adaptation by Serial Sarcomere Addition 1 Year after Femoral Lengthening. Clinical Orthopaedics and Related Research. 456, 250-253 (2007).
  13. Cutts, A., Alexander, R. M., Ker, R. F. Ratios of cross-sectional areas of muscles and their tendons in a healthy human forearm. Journal of Anatomy. 176, 133-137 (1991).
  14. Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23, 1647-1666 (2000).
  15. Lieber, R. L., Fazeli, B. M., Botte, M. J. Architecture of Selected Wrist Flexor and Extensor Muscles. Journal of Hand Surgery-American. 15 (2), 244-250 (1990).
  16. Brand, P. W., Beach, R. B., Thompson, D. E. Relative tension and potential excursion of muscles in the forearm and hand. Journal of Hand Surgery. 6 (3), (1981).
  17. Fukunaga, T., Kawakami, Y., Kuno, S., Funato, K., Fukashiro, S. Muscle architecture and function in humans. Journal of Biomechanics. 30 (5), 457-463 (1997).
  18. Kwah, L. K., Pinto, R. Z., Diong, J., Herbert, R. D. Reliability and validity of ultrasound measurements of muscle fascicle length and pennation in humans: a systematic review. Journal of Applied Physiology. 114, 761-769 (2013).
  19. Lieber, R. L., Ward, S. R. Skeletal muscle design to meet functional demands. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 366 (1570), 1466-1476 (2011).
  20. Franchi, M. V., et al. Muscle architecture assessment: strengths, shortcomings and new frontiers of in vivo imaging techniques. Ultrasound in Medicine & Biology. 44 (12), 2492-2504 (2018).
  21. Cronin, N. J., Lichtwark, G. The use of ultrasound to study muscle-tendon function in human posture and locomotion. Gait & posture. 37 (3), 305-312 (2013).
  22. Weng, L., et al. US extended-field-of-view imaging technology. Radiology. 203 (3), 877-880 (1997).
  23. Adkins, A. N., Franks, P. F., Murray, W. M. Demonstration of extended field-of-view ultrasound's potential to increase the pool of muscles for which in vivo fascicle length is measurable. Journal of Biomechanics. 63, 179-185 (2017).
  24. Noorkoiv, M., Stavnsbo, A., Aagaard, P., Blazevich, A. J. In vivo assessment of muscle fascicle length by extended field-of-view ultrasonography. Journal of Applied Physiology. , (2010).
  25. Nelson, C. M., Dewald, J. P. A., Murray, W. M. In vivo measurements of biceps brachii and triceps brachii fascicle lengths using extended field-of-view ultrasound. Journal of Biomechanics. 49, 1948-1952 (2016).
  26. Fornage, B. D., Atkinson, E. N., Nock, L. F., Jones, P. H. US with extended field of view: Phantom-tested accuracy of distance measurements. Radiology. 214, 579-584 (2000).
  27. Bénard, M. R., Becher, J. G., Harlaar, J., Huijing, P. A., Jaspers, R. T. Anatomical information is needed in ultrasound imaging of muscle to avoid potentially substantial errors in measurement of muscle geometry. Muscle & Nerve. 39 (5), 652-665 (2009).
  28. Pinto, A., et al. Sources of error in emergency ultrasonography. Critical Ultrasound Journal. 5 (1), 1 (2013).
  29. Bolsterlee, B., Veeger, H. E. J., van der Helm, F. C. T., Gandevia, S. C., Herbert, R. D. Comparison of measurements of medial gastrocnemius architectural parameters from ultrasound and diffusion tensor images. Journal of Biomechanics. 48 (6), 1133-1140 (2015).
  30. VanHooren, B., Teratsias, P., Hodson-Tole, E. F. Ultrasound imaging to assess skeletal muscle architecture during movements: a systematic review of methods, reliability, and challenges. Journal of Applied Physiology. 128 (4), 978-999 (2020).
  31. Pimenta, R., Blazavich, A. J., Frietas, S. R. Biceps Femoris Long-Head Architecture Assessed Using Different Sonographic Techniques. Medicine & Science in Sports & Exercise. 50 (12), 2584-2594 (2018).
  32. Adkins, A. N., Franks, P. W., Murray, W. M. Demonstration of extended field-of-view ultrasound’s potential to increase the pool of muscles for which in vivo fascicle length is measurable. Journal of Biomechanics. 63, 179-185 (2017).
  33. Norkin, C. C., White, J. D. . Measurement Of Joint Motion: A Guide To Goniometry. 5th edn. , (2016).
  34. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion--part I: ankle, hip, and spine. International Society of Biomechanics. Journal of Biomechanics. 35 (4), 543-548 (2002).
  35. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
  36. Franchi, M. V., Fitze, D. P., Raiteri, B. J., Hahn, D., Spörri, J. Ultrasound-derived biceps femoris long-head fascicle length: extrapolation pitfalls. Medicine and Science in Sports and Exercise. 52 (1), 233-243 (2020).
  37. Freitas, S. R., Marmeleira, J., Valamatos, M. J., Blazevich, A., Mil-Homens, P. Ultrasonographic Measurement of the Biceps Femoris Long-Head Muscle Architecture. Journal of Ultrasound in Medicine. 37 (4), 977-986 (2018).
  38. Nelson, C. M., Murray, W. M., Dewald, J. P. A. Motor Impairment-Related Alterations in Biceps and Triceps Brachii Fascicle Lengths in Chronic Hemiparetic Stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (9), 799-809 (2018).
  39. Alonso-Fernandez, D., Docampo-Blanco, P., Martinez-Fernandez, J. Changes in muscle architecture of biceps femoris induced by eccentric strength training with nordic hamstring exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 28 (1), 88-94 (2018).
  40. Herbert, R. D., et al. In vivo passive mechanical behaviour of muscle fascicles and tendons in human gastrocnemius muscle-tendon units. The Journal of Physiology. 589 (21), 5257-5267 (2011).
  41. Jakubowski, K. L., Terman, A., Santana, R. V. C., Lee, S. S. M. Passive material properties of stroke-impaired plantarflexor and dorsiflexor muscles. Clinical Biomechanics. 49, 48-55 (2017).
  42. Ward, S. R., Eng, C. M., Smallwood, L. H., Lieber, R. L. Are Current Measurements of Lower Extremity Muscle Architecture Accurate. Clinical Orthopaedics and Related Research. 467 (4), 1074-1082 (2009).
  43. Pillen, S., van Alfen, N. Skeletal muscle ultrasound. Neurological Research. 33 (10), 1016-1024 (2011).
  44. Scott, J. M., et al. Panoramic ultrasound: a novel and valid tool for monitoring change in muscle mass. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle. 8 (3), 475-481 (2017).
  45. Silbernagel, K. G., Shelley, K., Powell, S., Varrecchia, S. Extended field of view ultrasound imaging to evaluate Achilles tendon length and thickness: a reliability and validity study. Muscles, Ligaments and Tendons Journal. 6 (1), 104 (2016).
  46. Lichtwark, G. A., Bougoulias, K., Wilson, A. M. Muscle fascicle and series elastic element length changes along the length of the human gastrocnemius during walking and running. Journal of Biomechanics. 40 (1), 157-164 (2007).
  47. Farris, D. J., Sawicki, G. S. Human medial gastrocnemius force-velocity behavior shifts with locomotion speed and gait. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (3), 977-982 (2012).
  48. Bolsterlee, B., Gandevia, S. C., Herbert, R. D. Effect of Transducer Orientation on Errors in Ultrasound Image-Based Measurements of Human Medial Gastrocnemius Muscle Fascicle Length and Pennation. PLoS ONE. 11 (6), (2016).
  49. Adkins, A. N., Dewald, J. P. A., Garmirian, L., Nelson, C. M., et al. Serial sarcomere number is substantially decreased within the paretic biceps brachii in chronic hemiparetic stroke. bioRxiv. , (2020).
  50. Pang, B. S., Ying, M. Sonographic measurement of Achilles tendons in asymptomatic subjects. Journal of Ultrasound in Medicine. 25 (10), 1291-1296 (2006).
  51. Ryan, E. D., et al. Test-retest reliability and the minimal detectable change for achilles tendon length: a panoramic ultrasound assessment. Ultrasound in Medicine & Biology. 39 (12), 2488-2491 (2013).
  52. Noorkoiv, M., Nosaka, K., Blazevich, A. J. Assessment of quadriceps muscle cross-sectional area by ultrasound extended-field-of-view imaging. European Journal of Applied Physiology. 109 (4), 631-639 (2010).
  53. Franchi, M. V., Fitze, D. P., Hanimann, J., Sarto, F., Spörri, J. Panoramic ultrasound vs. MRI for the assessment of hamstrings cross-sectional area and volume in a large athletic cohort. Scientific Reports. 10 (1), 14144 (2020).
  54. Yerli, H., Eksioglu, S. Y. Extended Field-of-View Sonography: Evaluation of the Superficial Lesions. Canadian Association of Radiologists Journal. 60 (1), 35-39 (2009).
  55. Kim, S. H., Choi, B. I., Kim, K. W., Lee, K. H., Han, J. K. Extended Field-of-View Sonography. Journal of Ultrasound in Medicine. 22 (4), 385-394 (2003).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

166

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved