著者は、アダム ショートランドと 2004 年は、この研究で使用されるソフトウェアの開発のためのインスピレーションされた 3 次元超音波そのアルゴリズムの共有者ニコラ ・ フライに非常に感謝しています。

著者が明らかに何もありません。

骨格筋の形態計測学的変数の高速解析では、有効な信頼できる 3DUS 技術が表示されます。軟部組織イメージングのための別の 3DUS アプローチは、しかし、3DUS のアプローチがまだ一般的使用されませんの約 10 年間42,43、利用されています。MRI は生体内の筋肉のボリュームの推定の「ゴールド スタンダード」(e.g。、16,17,18,19,20を参照します).MRI の有効性がテストされており、ファントムや MRI ・ ベースのボリュームの見積もり44,45知られているボリュームの死体の臓器を比較する研究で確認されました。しかし、研究のため MRI 可用性が制限されるとスキャンは時間のかかり、高価です。さらに、MRI スキャナーの姿勢は穴によって限られる実験の主題をつかみます。典型的な MR 画像は筋肉ジオメトリ (束の長さと角度) の変数の測定を実行する十分なコントラストを生成します。ただし、3 D 筋肉幾何学はまた付加的な技術、例えば、DTI テクニック21を使用して MRI を使用して評価できます。MRI、アメリカ合衆国の画像と同様に異なったタイプのティッシュ (すなわち私たち内に表示される画像)、軟部組織量評価1,30 の有効なモダリティを提供のインターフェイスで適切な区別を提供します、44,46,47,48,49。MRI と対照をなして 3DUS 画像ボリュームと筋肉の両方のジオメトリ同じ測定からの分析を実行するための十分なコントラストがあります。
さらに、提示テクニックは大きな筋肉の研究のための 1 つの配列に複数のスイープの画像を組み合わせることができます。この新しい 3DUS メソッドは、筋群の形態の臨床評価のための潜在的なツールを提供します。このメソッドは、(例えば腱、内臓、動脈) の筋肉以外の軟部組織構造をイメージングも使用できます。
オフラインの処理時間を短縮する変更:
3DUS のアプローチの変更は処理時間を改善しより大きな筋肉を測定が主目的だった。3DUS イメージのオフライン処理時間は、ボクセル配列設定、サンプリング周波数、投資収益率、期間およびスイープ、スイープ、数および使用されるワークステーションの速度のサイズによって異なります。以前は、≈ 2 h の再構成時間は 750 US 像を降伏のみ 1 つのスイープを再構築するために必要な (30 25 Hz で s)15,25,30。現在の 3DUS メソッドでは、同じ掃引 (99% 'オフライン' の処理時間が向上します) のみ 50 の s 再構成時間がかかります。この改善は、ボクセル - フレームで、ピクセルとボクセルの大きい配列を構築するワークステーションの増加のランダム アクセス メモリ (RAM) あたりのピクセルではなくを埋めるため大規模なベクトル演算を利用して強化された充填アルゴリズムによって説明できます。新しい 3DUS アプローチで 1 cm/s の速度で 30 cm の掃引長さを表す典型的な再建対象ボクセル サイズが 0.2 × 0.2 × 0.2 mm の3 25 の Hz のサンプリング周波数以下に時間がかかる再構築:
a. 約 10 s 同期パルスを識別し、関連する米国の画像を選択します。 b. 約 120 の校正変換行列 (広報TIm) を決定します。 c 約 10 のビン熟期。 d. 約 30 のギャップ充填の手順を実行するため。
170 s. メモ、手順 b、プローブにモーション キャプチャのマーカーの剛接合を前提に一度実行する必要を取る合計で 50 を残して s シングル掃引の再建のため。シングル掃引の 2 つを組み合わせることは再建ボクセル配列は約 10 秒です。
制限事項と重要なステップ:
考慮する必要がありますいくつかの 3DUS の画像の側面があります。
i.米国画質:米国, 二次元画像の分解能を提供より多くのピクセルをボクセル配列内に配置します。これは、ように減らすには、ボクセル サイズ ボクセル密度の向上に 。空間コンパウンドを使用して組織のインターフェイスの良いアーティファクトのない区別を可能にするノイズの粒状組織を減らすためにいくつかの現在入手可能な超音波マシン。スペックルを低減する別のオプションは、エッジの強化です。しかし、インタ フェースの実際の解剖学的位置をそれにより歪曲の異なるインターフェイスを作成する試みで画像を変形するので、このアプローチは望ましい、ないことに注意してください。
ii.モーション キャプチャの精度:ピクセルのみ正確に配置できます、ボクセルに位置センサーは、プローブの座標を正確に定量化する場合。画像の解像度の増加、モーション キャプチャの精度がより重要になります。提示された 3DUS は、0.2 mm3を使用してモーション キャプチャ システム 3DUS ボクセル アレイの再構築に十分な精度を提供する、0.1 mm の精度で x 0.2 x 0.2 のボクセルの寸法で最高作品をセットアップします。
iii.サンプリング周波数:米国画像または MoCap データ ストリームの最小時間分解能は、サンプル頻度を決定します。これは、スイープ時間またはボクセルのアレイの設定に影響します。例えば、25 からサンプル周波数が 50 Hz の 2 倍の半分の時間で実行する掃引をことができます。また、掃引速度を変更しない、ボクセル配列、埋められるべき少数のギャップを残して、それにより潜在的配列のボクセル解像度を増加するより多くの画像を提供します。ただし、サンプリング周波数を増加させることがなく、配列のボクセル解像度を増やす動きアーチファクトの可能性を増加する遅いスキャンが必要です。
iv.画像の再構成時間:高速再構成十分な利用可能な RAM を搭載した強力なワークステーションを必要とします。さらに、再建時間異なります主ボクセル アレイ ・ ボリュームとギャップ充填プロセスの複雑さに基づく。
(動)実験的プロトコル:実験的プロトコルの標準化は VL と GM は、本研究において例示するとおり、(例えば束長、分冊角度、腹部の筋肉の形態学的測定の比較のために不可欠長さ、腱の長さ、腱膜長さ) 科目と縦方向の研究の被験者個人内の監視の間。ただし、残りで評価形態が筋中に変更できます。たとえば、VL 実験のため高高泉と 60 ° 屈曲、残り50の形態と比較して短い線維束を最大収縮時に膝伸筋の形態が示します。一定の条件で (e.g。、痙性)、検査中に安静時筋活動レベルを確認する筋電図 (EMG) を使用することがあります。
vi.プローブ圧力および組織の変形: ROI に十分な超音波ゲルを適用すると、プローブと皮膚の間完全に接触を維持する圧力の量が限られています。指導としては、皮膚の上に置くように感じます、ROI をスキャンし、ゲルとの接触、それによって皮膚を保つためにのみ圧力を適用するをお勧めします。ただし、わずかな組織の変形は避け、超音波ゲルの寛大な量でもあります。プローブ サイズと湾曲した ROI 圧力またはゲルの必要量に影響を与えます。プローブ サイズとより曲線の ROI が必要より多くの圧力および/または似たような小さいプローブよりもより多くのゲル湾曲投資収益率。別の解決策は、US 像の残響 (すなわち非-皮膚接触) 領域を破棄することです。さらに、組織の変形は皮膚と皮下脂肪層など、最初の組織層で発生するらしい。ない皮下脂肪にはほとんどの科目したがって圧力の悪影響を受けやすいことに注意してください。さらに、プローブは、ない他のスイープと重複の領域は、通常の中心で最も可能性の高い組織の変形が発生します。
vii.画像と解剖学的知識:任意のイメージングのモダリティを使用してのもう一つの重要な考察は解剖学とイメージング法の両方の知識が意味を持った解釈を得るために不可欠です。主題およびイメージの成果物の間の解剖学的変異は認識でき、解剖学的構造の識別プロセスで考慮する必要があります。筋肉グループ51間または 1 つの筋肉のさまざまなコンポーネント間を区別するために解剖学的知識が必要なため健康およびよく発達した筋肉とも明確に識別が困難することができます。しかし、萎縮筋 (すなわち老人、病理学、または死体の場合)、明確な同一証明はサイズが小さいのでさらにもっと複雑、画像コントラストを減少、従ってより少なく明瞭組織インターフェイス (図 4).我々 は信じている解剖学的知識なし我々 はこの 3DUS のアプローチを設計、3DUS 測定を行う正しい判断を行うに制限されています。たとえば、GM 実験のため異なるフット プレート角度必ずしも内が発生しない予想される変更筋腱複雑な長さ、フィート7内の変形に伴う。遠位腱膜の曲率の詳細な解剖学的情報はすべて科目38半ば縦平面の適切な選択のために不可欠であった。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55943/55943fig4.jpg"> 図 4: 変化と品質の太ももの途中の大腿四頭筋の解剖学的断面 3DUS 画像を再構築します。男性のひと死体の (A) 例の死で萎縮状態のイメージが表示されます (死の年齢: 81 年)。大腿四頭筋の個々 の頭部の境界の同定は困難です。座りがちな男性 (30 歳) の (B) の例です。(C) 男性アスリートの漕ぎ手 (30 歳) の例です。スケールの白の正方形を表す 1 cm × 1 cm<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55943/55943fig4large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">この図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。</a> 。
将来のアプリケーション:
3DUS アプローチは、スポーツや診療所の設定、さまざまな目的に使用できるイメージング ツールを提供します。臨床的介入の有効性は体力レベル52に関連付けられます。3DUS を使用して筋肉を失う危険にさらされている患者を監視するため質量は、重要である (例えば、参照,5354,55) と治療の調整の可能性があることができます。3DUS の別の潜在的なアプリケーションは、監視介入 (トレーニング) や傷害への応答での筋肉の形態学的適応であります。
このプロトコルは、コストと時間の効率がフリーハンド 3DUS スイープに基づく人体の軟部組織構造測定法を説明します。また、外側広筋 , 腓腹筋筋の有意義な形態学的パラメーターの評価は、有効かつ信頼性の高いことが分かった。

医療とスポーツ、筋肉の形態については、治療やトレーニング1後診断やフォロー アップ評価で非常に貴重です。超音波映像 (米国)、筋疾患2, 重大な病気3,4, 心血管疾患5、神経疾患6、軟部組織構造の可視化のために一般的に使用されるツール 7、8、および物理的な訓練6,9,10の効果。米国イメージングは、筋肉のサイズ、分冊の長さ、および pennation の角度を数量化できます。これらの形態学的変数の筋肉力と寸法範囲の決定要因強制運動11,12,13,14,15であります。
現在、米国イメージング測定はほとんど審査を選択すると、2 D の画像で実行されます、おそらく、プローブの向き不向きと超音波の場所。興味のパラメーターはこの平面内に存在ではないかもしれませんが、このような 2D メソッドは形態計測を 1 つのイメージ面を制限します。形態素解析では、3 D のアプローチは、3 D 基準点を用いた面外測定を提供する必要があります。軟部組織のような 3 D 形態の表現は、磁気共鳴イメージング (MRI)16,17,18,19,20によって提供される知られています。しかし、MRI は高く、常に使用できません。また、筋線維の可視化には、拡散テンソル画像 (DTI)21などの特殊な MRI シーケンスが必要です。MRI にコスト効率の高い代替は 3 D の超音波 (3DUS) です。MRI 技術、例えば上のいくつかの利点を提供する 3DUS アプローチ、それは検査の間に被写体を配置するため以下の容量の制限を課します。3DUS イメージングは、順番に 2 D (B モード米国) 画像をキャプチャし、ボリューム要素 (ボクセル) 配列22,23,24に配置する手法です。3DUS 画像再構成のプロセスは、5 つの手順で構成されます: (1) フリーハンド 2D US 像のシリーズをキャプチャ(2) を用いたモーション キャプチャ (MoCap); 米国プローブの位置を追跡(3) 同期モーション キャプチャ位置や US 像(4) の場所と参照の校正システムを使用して配列のボクセル内超音波画像の向きを計算します。このボクセルの配列にこれらの画像を配置する (5).
3DUS のアプローチは、骨格筋15,25,26,27,28,29の形態の評価のため正常に適用されています。ただし、大きな筋肉の唯一の小さなセグメントが再構築、面倒、時間がかかり、技術的に限られたを以前のアプローチ7,15,25、30で証明しています。
3DUS のアプローチを改善するために時間の短い期間内に完全な筋肉の再構成を可能とする新しい 3DUS プロトコルが開発されています。このプロトコルの記事では、外側広筋(VL) , 腓腹筋筋(GM) の形態計測用画像 3DUS の使用について説明します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ultrasound device (Technos MPX)</td>
			<td>Esaote, Italy</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear array probe (12.5 Mhz, 5 cm)</td>
			<td>Esaote, Italy</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Workstation (HP Z440)</td>
			<td>HP, USA</td>
			<td>http://www8.hp.com/us/en/workstations/z440.html</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Framegrabber (Canopus, ADVC 300)</td>
			<td>Canopus, Japan</td>
			<td>ADVC 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motion Capture System (Certus)</td>
			<td>NDI, Canada</td>
			<td>http://www.ndigital.com/msci/products/optotrak-certus/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synchronisation device</td>
			<td>VU, NL</td>
			<td>Contact corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration frame</td>
			<td>VU, NL</td>
			<td>Contact corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermometer</td>
			<td>Greisinger, Germarny</td>
			<td>GTH 175/PT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Examination table</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Any examination table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inclinometer</td>
			<td>Lafayette instrument, USA</td>
			<td>ACU001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable Footplate</td>
			<td>VU, NL</td>
			<td>Contact corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Torque wrench</td>
			<td>VU, NL</td>
			<td>Contact corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extendable rod</td>
			<td>VU, NL</td>
			<td>Contact corresponding author</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goniometer (Gollehon)</td>
			<td>Lafayette instrument, USA</td>
			<td>1135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triangular shaped beam</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Made out a piece of stiff foam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lashing straps</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Any lashing strap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical skin marker</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Any surgical skin marker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound transmission gel</td>
			<td>Servoson</td>
			<td>NA</td>
			<td>A sticky gel type is recommended</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d ultrasound imaging: fast and cost-effective morphometry of musculoskeletal tissue

3次元超音波イメージング (3DUS) の発達の目的は、人間の筋肉の形態学的 3 D の超音波解析を実行するモダリティのエンジニアにです。3DUS 画像は校正フリーハンド 2D B モード超音波画像、ボクセル配列に配置されるから構成されます。超音波映像 (米国) では、筋肉のサイズ、分冊の長さ、および pennation の角度の定量化をことができます。これらの形態学的変数は、力の運動の筋肉力と寸法範囲の重要な因子です。提案するプロトコルは、外側広筋 , 腓腹筋筋のボリュームと束の長さを決定する方法について説明します。3DUS 3 D 解剖学的参照を使用して標準化が容易になります。このアプローチは、骨格筋の 3 D 形態の定量化の迅速かつコスト効率の高いアプローチを提供します。医療とスポーツ、筋肉の形態計測については治療やトレーニング後診断やフォロー アップ評価に非常に貴重です。

説明 3DUS 技術は、4 つの男性人間の死体で GM と VL の形態学的データを収集、年齢死 76.8 ± 7.9 歳 (平均 ± SD) 使用されました。死体は解剖学と神経科学 Vrije Universiteit 医療センター (VUmc)、アムステルダム、オランダの寄付プログラムを介して得られました。遺体は39組織の形態学的特徴を維持することを目的とした防腐メソッドを使用して保存されました。
郭清の前に、記述されている方法に従って GM と VL の 3DUS イメージをしました。解剖時に皮膚、皮下組織と筋膜の GM と VL オーバーレイが削除されました。アカウントに遠位腱膜の配向を考慮半ば縦断面がカットされました。キャリパーを使用して、束長は測定、起源と筋腹の遠位端の中間。その後、腱後の筋腹を切開し、校正の水柱に浸漬します。ImageJ を用いた、水の列の筋腹との写真のボリュームを測定した、筋量差40から計算。束の長さとボリューム 3 回測定し、平均値と標準偏差の値を算出しました。3DUS メソッドおよび解剖測定間基準の妥当性は、平均束の長さや筋肉のボリュームのピアソンの相関を使用してテストされました。イントラ評価者信頼性派生の束の長さや体積の測定が双方向モデル内クラス相関係数 (ICC3, 3)41、混合を使用して定量化された 3DUS メソッドとデータの対数変換後、バリエーション (CV) の係数を算出しました。分冊の長さと筋量測定の妥当性は有意な高い相関によって確認された (r 0.998、p = < 0.01 と r = p 0.985 < 0.01、それぞれ)。3DUS メソッドの内部評価者信頼性派生束長の測定とボリュームが高かった (ICC3, 3 0.983、CV の 7.3%、および ICC3, 3 0.998、CV 5.4%、それぞれ)。3DUS アプローチが人間の VL と GM (表 1) のボリュームと束の長さ評価のための有効で信頼性の高いツールであることがわかった。
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/55943/55943table1.jpg"> 表 1:死体検証データ。C# は、死体の数、GM はメートルの腓腹筋筋VL は外側広筋。「郭清」は死体解剖結果を示し、"3DUS"が、死体の 3DUS 画像解析の結果を示します。

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3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue

3 D の超音波画像診断: 筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測

(3DUS) 3 D 超音波により筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測ができます。3DUS を使用して筋肉のボリュームと束の長さを測定するためのプロトコルを提案します。

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS ...

3d-ultrasound-imaging-fast-cost-effective-morphometry-musculoskeletal

Research

JoVE Journal

Medicine

22.9K ビュー.  Amsterdam Movement Sciences. (3DUS) 3 D 超音波により筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測ができます。3DUS を使用して筋肉のボリュームと束の長さを測定するためのプロトコルを提案します。

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Murine Echocardiography and Ultrasound Imaging

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1 Echocardiography provides a powerful, non-invasive tool to serially assess cardiac morphometry and function in a living animal.2 However, using this technique on mice poses unique challenges owing to the small size and rapid heart rate of these animals.3 Until recently, few ultrasound systems were capable of performing quality echocardiography on mice, and those generally lacked the image resolution and frame rate necessary to obtain truly quantitative measurements. Newly released systems such as the VisualSonics Vevo2100 provide new tools for researchers to carefully and non-invasively investigate cardiac function in mice. This system generates high resolution images and provides analysis capabilities similar to those used with human patients. Although color Doppler has been available for over 30 years in humans, this valuable technology has only recently been possible in rodent ultrasound.4,5 Color Doppler has broad applications for echocardiography, including the ability to quickly assess flow directionality in vessels and through valves, and to rapidly identify valve regurgitation. Strain analysis is a critical advance that is utilized to quantitatively measure regional myocardial function.6 This technique has the potential to detect changes in pathology, or resolution of pathology, earlier than conventional techniques. Coupled with the addition of three-dimensional image reconstruction, volumetric assessment of whole-organs is possible, including visualization and assessment of cardiac and vascular structures. Murine-compatible contrast imaging can also allow for volumetric measurements and tissue perfusion assessment.

This video demonstrates use of a rail-mounted high-frequency ultrasound probe to perform echocardiography on an anesthetized mouse. The methods describe both conventional two-dimensional and M-mode measurements of cardiac function in addition to newer, more powerful tools such as color Doppler, strain analysis, as well as general and targeted contrast imaging.

マウス心エコー検査と超音波イメージング

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1  ...

医学

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological approach for biomechanical studies in a clinical or laboratory setting. Towards this goal, methods for quantification of muscle kinematics from ultrasound imagery are being developed based on image processing. The temporal resolution of these methods is typically not sufficient for highly dynamic tasks, such as drop-landing. We propose a new approach that utilizes a Doppler method for quantifying muscle kinematics. We have developed a novel vector tissue Doppler imaging (vTDI) technique that can be used to measure musculoskeletal contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities using ultrasound. The goal of this preliminary study was to investigate the repeatability and potential applicability of the vTDI technique in measuring musculoskeletal velocities during a drop-landing task, in healthy subjects. The vTDI measurements can be performed concurrently with other biomechanical techniques, such as 3D motion capture for joint kinematics and kinetics, electromyography for timing of muscle activation and force plates for ground reaction force. Integration of these complementary techniques could lead to a better understanding of dynamic muscle function and dysfunction underlying the pathogenesis and pathophysiology of musculoskeletal disorders.

We describe a new ultrasound-based vector tissue Doppler imaging technique to measure muscle contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities. This approach provides complementary measurements of dynamic muscle function and could lead to a better understanding of mechanisms underlying musculoskeletal disorders.

筋骨格超音波画像の新規応用

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon  motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological  approach ...

Diagnostic Ultrasound Imaging of Mouse Diaphragm Function

Function analysis of rodent respiratory skeletal muscles, particularly the diaphragm, is commonly performed by isolating muscle strips using invasive surgical procedures. Although this is an effective method of assessing in vitro diaphragm activity, it involves non-survival surgery. The application of non-invasive ultrasound imaging as an in vivo procedure is beneficial since it not only reduces the number of animals sacrificed, but is also suitable for monitoring disease progression in live mice. Thus, our ultrasound imaging method may likely assist in the development of novel therapies that alleviate muscle injury induced by various respiratory diseases. Particularly, in clinical diagnoses of obstructive lung diseases, ultrasound imaging has the potential to be used in conjunction with other standard tests to detect the early onset of diaphragm muscle fatigue. In the current protocol, we describe how to accurately evaluate diaphragm contractility in a mouse model using a diagnostic ultrasound imaging technique.

Diagnostic ultrasound imaging has proven to be effective in diagnosing various respiratory diseases in human and animal subjects. We demonstrate a comprehensive ultrasound protocol utilized by Dr. Zuo's lab to analyze diaphragm kinetics specifically in mouse models. This is also a non-invasive research technique which can provide quantitative information on mouse respiratory muscle function.

マウス絞り機能の診断用超音波イメージング

Function analysis of rodent respiratory skeletal muscles, particularly the diaphragm, is commonly performed by isolating muscle strips using invasive ...

High-frequency Ultrasound Imaging of Mouse Cervical Lymph Nodes

High-frequency ultrasound (HFUS) is widely employed as a non-invasive method for imaging internal anatomic structures in experimental small animal systems. HFUS has the ability to detect structures as small as 30 &#181;m, a property that has been utilized for visualizing superficial lymph nodes in rodents in brightness (B)-mode. Combining power Doppler with B-mode imaging allows for measuring circulatory blood flow within lymph nodes and other organs. While HFUS has been utilized for lymph node imaging in a number of mouse&#160; model systems, a detailed protocol describing HFUS imaging and characterization of the cervical lymph nodes in mice has not been reported. Here, we show that HFUS can be adapted to detect and characterize cervical lymph nodes in mice. Combined B-mode and power Doppler imaging can be used to detect increases in blood flow in immunologically-enlarged cervical nodes. We also describe the use of B-mode imaging to conduct fine needle biopsies of cervical lymph nodes to retrieve lymph tissue for histological&#160; analysis. Finally, software-aided steps are described to calculate changes in lymph node volume and to visualize changes in lymph node morphology following image reconstruction. The ability to visually monitor changes in cervical lymph node biology over time provides a simple and powerful technique for the non-invasive monitoring of cervical lymph node alterations in preclinical mouse models of oral cavity disease.

This protocol describes the application of high-frequency ultrasound (HFUS) for imaging mouse cervical lymph nodes. This technique optimizes visualization and quantification of cervical lymph node morphology, volume and blood flow. Image-guided biopsy of cervical lymph nodes and processing of lymph tissue for histological evaluation is also demonstrated.

マウス子宮頸部リンパ節の高周波超音波イメージング

High-frequency ultrasound (HFUS) is widely employed as a non-invasive method for imaging internal anatomic structures in experimental small animal ...

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with distinct functions and gene expression profiles. The roles of microglial activation in health, injury and disease remain incompletely understood due to their dynamic and complex regulation in response to changes in their microenvironment. Thus, it is critical to non-invasively monitor and analyze changes in microglial activation over time in the intact organism. In vivo studies of microglial activation have been delayed by technical limitations to tracking microglial behavior without altering the CNS environment. This has been particularly challenging during chronic neurodegeneration, where long-term changes must be tracked. The retina, a CNS organ amenable to non-invasive live imaging, offers a powerful system to visualize and characterize the dynamics of microglia activation during chronic disorders.
This protocol outlines methods for long-term, in vivo imaging of retinal microglia, using confocal ophthalmoscopy (cSLO) and CX3CR1GFP/+ reporter mice, to visualize microglia with cellular resolution. Also, we describe methods to quantify monthly changes in cell activation and density in large cell subsets (200-300 cells per retina). We confirm the use of somal area as a useful metric for live tracking of microglial activation in the retina by applying automated threshold-based morphometric analysis of in vivo images. We use these live image acquisition and analyses strategies to monitor the dynamic changes in microglial activation and microgliosis during early stages of retinal neurodegeneration in a mouse model of chronic glaucoma. This approach should be useful to investigate the contributions of microglia to neuronal and axonal decline in chronic CNS disorders that affect the retina and optic nerve.

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia activation and microgliosis are key responses to chronic neurodegeneration. Here, we present methods for in vivo, long-term visualization of retinal CX3CR1-GFP+ microglial cells by confocal ophthalmoscopy, and for threshold and morphometric analyses to identify and quantify their activation. We monitor microglial changes during early stages of age-related glaucoma.

共焦点検眼鏡イメージングとマウス緑内障における細胞の形態計測：神経変性中に網膜ミクログリアの活性化のインビボダイナミクス

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with ...

3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other biologicals that enhance angio- or vasculogenesis into the infarct border zone (IBZ), tissue perfusion is improved, and the myocardium can be protected from further damage. For maximum therapeutic effect, it is hypothesized that the regenerative substance is best delivered to the IBZ. This requires accurate injections and has led to the development of new injection techniques. To validate these new techniques, we have designed a validation protocol based on myocardial tissue analysis. This protocol includes whole-heart myocardial tissue processing that enables detailed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) analysis of the cardiac anatomy and intramyocardial injections. In a pig, myocardial infarction was created by a 90-min occlusion of the left anterior descending coronary artery. Four weeks later, a mixture of a hydrogel with superparamagnetic iron oxide particles (SPIOs) and fluorescent beads was injected in the IBZ using a minimally-invasive endocardial approach. 1 h after the injection procedure, the pig was euthanized, and the heart was excised and embedded in agarose (agar). After the solidification of the agar, magnetic resonance imaging (MRI), slicing of the heart, and fluorescence imaging were performed. After image post-processing, 3D analysis was performed to assess the IBZ targeting accuracy. This protocol provides a structured and reproducible method for the assessment of the targeting accuracy of intramyocardial injections into the IBZ. The protocol can be easily used when the processing of scar tissue and/or validation of the injection accuracy of the whole heart is desired.

This protocol describes a novel method for the 3D comparison of whole-heart myocardial tissue with MRI. This is designed for the accurate assessment of intramyocardial injections in the infarct border zone of a chronic porcine model of myocardial infarction.

3Dホール・ハート心筋組織の分析

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other ...

Generation of Human 3D Lung Tissue Cultures (3D-LTCs) for Disease Modeling

Translation of novel discoveries to human disease is limited by the availability of human tissue-based models of disease. Precision-cut lung slices (PCLS) used as 3D lung tissue cultures (3D-LTCs) represent an elegant and biologically highly relevant 3D cell culture model, which highly resemble in situ tissue due to their complexity, biomechanics and molecular composition. Tissue slicing is widely applied in various animal models. 3D-LTCs derived from human PCLS can be used to analyze responses to novel drugs, which might further help to better understand the mechanisms and functional effects of drugs in human tissue. The preparation of PCLS from surgically resected lung tissue samples of patients, who experienced lung lobectomy, increases the accessibility of diseased and peritumoral tissue. Here, we describe a detailed protocol for the generation of human PCLS from surgically resected soft-elastic patient lung tissue. Agarose was introduced into the bronchoalveolar space of the resectates, thus preserving lung structure and increasing the tissue&#39;s stiffness, which is crucial for subsequent slicing. 500 &#181;m thick slices were prepared from the tissue block with a vibratome. Biopsy punches taken from PCLS ensure comparable tissue sample sizes and further increase the amount of tissue samples. The generated lung tissue cultures can be applied in a variety of studies in human lung biology, including the pathophysiology and mechanisms of different diseases, such as fibrotic processes at its best at (sub-)cellular levels. The highest benefit of the 3D-LTC ex vivo model is its close representation of the in situ human lung in respect of 3D tissue architecture, cell type diversity and lung anatomy as well as the potential for assessment of tissue from individual patients, which is relevant to further develop novel strategies for precision medicine.

Generation of Human 3D Lung Tissue Cultures 3D-LTCs for Disease Modeling

Here, we present a protocol for the preparation of agarose-filled human precision-cut lung slices from resected patient tissue that are suitable for generating 3D lung tissue cultures to model human lung diseases in biological and biomedical studies.

疾患モデル作製のひと 3 D 肺組織培養 (3 D-Ltc) の生成

Translation of novel discoveries to human disease is limited by the availability of human tissue-based models of disease. Precision-cut lung slices (PCLS) ...

Use of 3D Robotic Ultrasound for In Vivo Analysis of Mouse Kidneys

Common modalities for in vivo imaging of rodents include positron emission tomography (PET), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and ultrasound (US). Each method has limitations and advantages, including availability, ease of use, cost, size, and the use of ionizing radiation or magnetic fields. This protocol describes the use of 3D robotic US for in vivo imaging of rodent kidneys and heart, subsequent data analysis, and possible research applications. Practical applications of robotic US are the quantification of total kidney volume (TKV), as well as the measurement of cysts, tumors, and vasculature. Although the resolution is not as high as other modalities, robotic US allows for more practical high throughput data collection. Furthermore, using US M-mode imaging, cardiac function may be quantified. Since the kidneys receive 20%-25% of the cardiac output, assessing cardiac function is critical to the understanding of kidney physiology and pathophysiology.

Use of 3D Robotic Ultrasound for In Vivo Analysis of Mouse Kidneys

This protocol demonstrates robotic ultrasound (US) as a practical, cost-effective, and quick alternative to traditional non-invasive image modalities.

マウス腎臓の インビボ 分析のための3Dロボット超音波の使用

Common modalities for in vivo imaging of rodents include positron emission tomography (PET), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), ...

Drug Treatment by Central Venous Catheter in a Mouse Model of Angiotensin II Induced Abdominal Aortic Aneurysm and Monitoring by 3D Ultrasound

Since pharmaceutical treatment options are lacking in the clinical management of abdominal aortic aneurysm (AAA), animal models, in particular mouse models, are applied to advance the understanding of the disease pathogenesis and to identify potential therapeutic targets. Testing novel drug candidates to block AAA growth in these models generally requires repeated drug administration during the time course of the experiment. Here, we describe a compiled protocol for AAA induction, insertion of an intravenous catheter to facilitate prolonged therapy, and serial AAA monitoring by 3D ultrasound. Aneurysms are induced in apolipoprotein E (ApoE) deficient mice by angiotensin II release over 28 days from osmotic mini-pumps implanted subcutaneously into the mouse back. Subsequently, the surgical procedure for external jugular vein catheterization is conducted to allow for daily intravenous drug treatment or repeated blood sampling via a subcutaneous vascular access button. Despite the two dorsal implants, the monitoring of AAA development is readily facilitated by sequential semi-automated 3D ultrasound analysis, which yields comprehensive information on the expansion of aortic diameter and volume and on aneurysm morphology, as illustrated by experimental examples.

This protocol describes the consecutive implantation of an osmotic pump to induce abdominal aortic aneurysm by angiotensin II release in apolipoprotein E (ApoE) deficient mice and of a vascular access port with a jugular vein catheter for repeated drug treatment. Monitoring of aneurysm development by 3D ultrasound is effectively conducted despite dorsal implants.

アンジオテンシンII誘発腹部大動脈瘤のマウスモデルにおける中心静脈カテーテルによる薬物治療と3D超音波によるモニタリング

Since pharmaceutical treatment options are lacking in the clinical management of abdominal aortic aneurysm (AAA), animal models, in particular mouse ...

Providing Visual Biofeedback Using Brightness Mode Ultrasound During a Golf Swing

Using ultrasound biofeedback in conjunction with verbal cueing can increase muscle thickness more than verbal cueing alone and may augment traditional rehabilitation techniques in an athletic, physically active population. Brightness mode (B-mode) ultrasound can be applied using frame-by-frame analysis synchronized with video to understand muscle thickness changes during these dynamic tasks. Visual biofeedback with ultrasound has been established in static positions for the muscles of the lateral abdominal wall. However, by securing the transducer to the abdomen using an elastic belt and foam block, biofeedback can be applied during more specific tasks prevalent in lifetime sports, such as golf. To analyze muscle activity during a golf swing, muscle thickness changes can be compared. The thickness must increase throughout the task, indicating that the muscle is more active. This methodology allows clinicians to immediately replay ultrasound videos for patients as a visual tool to instruct proper activity of the muscles of interest. For example, ultrasound can be used to target the external and internal obliques, which play an important role in swinging a golf club or any other rotational sport or activity. This methodology aims to increase oblique muscle thickness during the golf swing. Additionally, the timing of muscle contraction can be targeted by instructing the patient to contract the abdominal muscles at specific time points, such as the beginning of the downswing, with the goal of improving muscle firing patterns during tasks.

Brightness mode ultrasound can be used to provide visual biofeedback of the muscles of the lateral abdominal wall during a golf swing. Post-swing visual and verbal instruction can increase the muscle activation and timing of the external and internal obliques.

ゴルフスイング中の輝度モード超音波を使用した視覚的バイオフィードバックの提供

Using ultrasound biofeedback in conjunction with verbal cueing can increase muscle thickness more than verbal cueing alone and may augment traditional ...

3 D の超音波画像診断: 筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測

要約

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マウス心エコー検査と超音波イメージング

筋骨格超音波画像の新規応用

マウス絞り機能の診断用超音波イメージング

マウス子宮頸部リンパ節の高周波超音波イメージング

共焦点検眼鏡イメージングとマウス緑内障における細胞の形態計測：神経変性中に網膜ミクログリアの活性化のインビボダイナミクス

3Dホール・ハート心筋組織の分析

疾患モデル作製のひと 3 D 肺組織培養 (3 D-Ltc) の生成

マウス腎臓のインビボ分析のための3Dロボット超音波の使用

アンジオテンシンII誘発腹部大動脈瘤のマウスモデルにおける中心静脈カテーテルによる薬物治療と3D超音波によるモニタリング

ゴルフスイング中の輝度モード超音波を使用した視覚的バイオフィードバックの提供

3 D の超音波画像診断: 筋骨格系組織の迅速かつコスト効果の高い計測

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マウス心エコー検査と超音波イメージング

筋骨格超音波画像の新規応用

マウス絞り機能の診断用超音波イメージング

マウス子宮頸部リンパ節の高周波超音波イメージング

共焦点検眼鏡イメージングとマウス緑内障における細胞の形態計測：神経変性中に網膜ミクログリアの活性化のインビボダイナミクス

3Dホール・ハート心筋組織の分析

疾患モデル作製のひと 3 D 肺組織培養 (3 D-Ltc) の生成

マウス腎臓の インビボ 分析のための3Dロボット超音波の使用

アンジオテンシンII誘発腹部大動脈瘤のマウスモデルにおける中心静脈カテーテルによる薬物治療と3D超音波によるモニタリング

ゴルフスイング中の輝度モード超音波を使用した視覚的バイオフィードバックの提供

マウス腎臓のインビボ分析のための3Dロボット超音波の使用