ソース:ハンナ・L・セブル¹, アービン・H・ソエプリアトナ¹, ジョン・J・ボイル² ,クレイグ・J・ゲルゲン¹

¹インディアナ州パデュー大学、ウェストラファイエット大学ウェルドンバイオメディカルエンジニアリングスクール

²ワシントン大学セントルイス校機械工学・材料科学(ミズーリ州セントルイス)

血管、皮膚、腱、その他の器官などの軟部組織の機械的挙動は、エラスチンとコラーゲンの組成の影響を強く受け、弾力性と強度を提供します。これらのタンパク質の繊維配向は、軟部組織の種類に依存し、単一の好ましい方向から複雑なメッシュネットワークまでさまたえ、疾患組織で変化する可能性があります。したがって、軟部組織は、多くの場合、細胞および器官レベルで異性体的に動作し、三次元特性評価の必要性を作成する。複雑な生体組織または構造内の歪み場を確実に推定する方法を開発することは、疾患を機械的に特徴付け、理解するために重要である。ひずみは、軟部組織が時間の経過とともに相対的に変形する様子を表し、様々な推定を通じて数学的に記述することができる。

時間の経過とむいて画像データを取得すると、変形やひずみを推定できます。しかし、すべての医療画像モダリティはある程度のノイズを含み、生体内株を正確に推定する難易度を高めます。ここで説明する手法では、直接変形推定(DDE)法を使用して、体積画像データから空間的に変化する 3D ひずみフィールドを計算することで、これらの問題をうまく克服します。

電流ひずみ推定方法には、デジタル画像相関(DIC)およびデジタル体積相関が含まれる。残念ながら、DICは2D平面からのひずみを正確に推定することしかでき、この方法の適用を厳しく制限します。DIC などの 2D 法は有用ですが、3D 変形を受ける領域での歪みを定量化するのが困難です。これは、面外モーションによって変形エラーが発生するためです。デジタルボリューム相関は、初期ボリュームデータを領域に分割し、変形ボリュームの最も類似した領域を検出し、面外誤差を低減する、より適用可能な方法です。しかし、この方法はノイズに敏感であることを証明し、材料の機械的特性に関する仮定を必要とします。

ここで実証した技術は、DDE法を用いてこれらの問題を排除し、医療画像データの解析に非常に有用である。さらに、それは高いか局所的なひずみを強くする。ここでは、ゲート、体積4D超音波データの取得、分析可能な形式への変換、および3D変形とそれに対応するグリーンラグランジュ株を推定するためのカスタムMatlabコードの使用について説明します。グリーンラグランジュひずみテンソルは、変位の最小二乗フィット(LSF)からFを計算することができるため、多くの3Dひずみ推定法で実装されています。次の式は、グリーン ラグランジュひずみテンソルEを表し、FとIはそれぞれ変形勾配と 2 次 ID テンソルを表します。

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1. 4D超音波セットアップ

1. イメージングソフトウェアを使用する場合は、数学計算ソフトウェアを実行できるラップトップを使用して、4D取得プロセスを自動化します。USBポートを介して超音波システムにこのカスタムコードでラップトップを接続します。イメージングソフトウェアは、ソフトウェアに統合された4D超音波機能を備えています。
2. 超音波システムをオンにした後、心拍数と温度ボタンがオンであることを確認しながら、生理学的監視ユニットを設定します。トランスデューサホルダーに取り付けられた3Dモータステージを初期化します。
3. 画像取得には適切なステージと超音波トランスデューサを使用してください。すべての適切な接続が確立されていることを確認します。
4. イメージングのための動物の麻酔と準備を進める。眼科軟膏を眼に加えて角膜乾燥を防ぎ、足をステージ電極に固定し、潤滑直腸温度プローブを挿入します。脱毛クリームを使用して、対象領域の毛皮を削除します。
5. 脱毛クリームが取り外されていることを確認します。次いで、動物に加温された超音波トランスデューシングゲルの寛大な量を適

上記の手順を用いて、アンジオテンシンII誘発性副腎分離腹部大動脈瘤(AAA)の4D超音波を取得した。図 1に示すように、複数の短軸 EKV ビデオ ループを大オルタに沿って取得し、組み合わせて 4D データを作成します。このデータは、カスタムコードを使用してMATファイルに変換され、ワーピング関数を使用して3Dひずみ計算コードで分析されました。特定のデータセット?...

生体内の機械的特性評価は、生体組織の成長と改造を理解する上で重要な部分である。既存のアプローチと比較して、ここで説明するひずみ定量手順では、相互相関の前に変形していない画像を最適にワープして3D歪みを正確に計算する改良された方法を使用しています。この方法は、組織体積内の菌株を決定する際に、いかなる材料的仮定も使用しない。残念ながら、歪みの推定は?...