Yazarlar çok Adam Shortland ve bu çalışmada kullanılan yazılım geliştirme için ilham edildi 2004'te 3 boyutlu ultrason için onların algoritmaları paylaşan Nicola Fry için minnettarız.

Yazarlar ifşa gerek yok.

Geçerli ve güvenilir 3DUS tekniği xarakteristikaları değişkenleri iskelet kas hızlı analiz için izin veren sunulur. 3DUS yaklaşımlar hala yaygın olarak kullanılır ancak farklı 3DUS yaklaşımlar yumuşak doku görüntüleme için yaklaşık bir on yıl42,43için mevcut olmuştur. MRI olduğunu bir 'altın standart' tahmini için in vivo kas birimlerin (örn.,16,17,18,19,20başvuruyor). MRI geçerliliği test ve hayaletler veya MRI tabanlı birim tahminleri44,45bilinen birimin kadavra organ karşılaştırma çalışmaları doğruladı. Ancak, araştırma için MRG kullanılabilirliği sınırlıdır ve inceden inceye gözden geçirmek zaman alıcı ve pahalı. Buna ek olarak, deneysel konu duruşlar geçişli tarafından sınırlı MRI skanerler ele geçirmek. Tipik Bay görüntüler değişkenleri kas geometri (fascicle uzunlukları ve açıları) ölçümleri gerçekleştirmek için yetersiz kontrast oluşturmak. Ancak, 3D kas geometri de MRI ek teknikleri, örneğin, DTI tekniği21kullanarak tespit edilebilir. MRI, ABD görüntüleme benzer dokuların yumuşak doku birimi değerlendirme1,30 geçerli bir yöntem sağlayan (Yani bizim içimizde görünür görüntüleri), farklı türleri arasında arabirimleri, yeterli ayrım sağlar ,44,46,47,48,49. MRI aksine, 3DUS resimler aynı ölçü birimi ve kas geometriye analiz gerçekleştirmek için yeterli kontrast vardır.
Buna ek olarak, sunulan tekniği daha büyük kas çalışması için bir dizi içine görüntüleri birden çok temizleyicileri birleştirme sağlar. Bu yeni 3DUS yöntem kas Morfoloji klinik değerlendirmesi için potansiyel bir araç sağlar. Bu yöntem de kas (örneğin, tendonlar, iç organlar, arterler) dışında yumuşak doku yapıları görüntüleme için kullanılabilir.
Değişiklikler çevrimdışı işleme süresini kısaltmak için:
Değişiklikler 3DUS yaklaşımın esas olarak işleme süresi iyileştirilmesi ve daha büyük kas ölçme amaçlı. Çevrimdışı işlem zamanı 3DUS görüntünün Voksel dizi ayarları, örnek sık sık oluş, yatırım Getirisi, süresi ve süpürme, sweeps sayısı ve kullanılan iş istasyonu hızına boyutuna bağlıdır. Daha önce bir yeniden yapılanma ≈ 2 h tek bir süpürme 750 ABD görüntüleri verimli yeniden inşa için gerekli zamanıydı (30 s 25 Hz'de)15,25,30. Mevcut 3DUS yöntemiyle aynı süpürme ('Çevrimdışı' işlem süresi 99 oranında artırma) sadece 50 s yeniden inşası sürüyor. Bu gelişme voxels çerçevelemek-yanında-çerçevelemek, piksel başına piksel ve artan rasgele erişim belleği (RAM) daha büyük Voksel dizileri oluşturmak için iş istasyonlarının yerine doldurmak için büyük vektör işlemleri kullanan Gelişmiş dolum algoritması tarafından açıklanabilir. Yeni 3DUS yaklaşımı ile 1 cm/s hızında 30 cm süpürme uzunluğunu temsil eden tipik bir yeniden yapılanma 0.2 x 0.2 x 0.2 mm bir hedef Voksel büyüklüğü ile3 ve 25 Hz örnekleme sıklığı yeniden oluşturmak için aşağıdaki zaman alır :
a. yaklaşık 10 s eşitleme darbe belirlemek ve ilgili ABD görüntüler'i seçin. b. yaklaşık 120 s kalibrasyon dönüştürme matrisi (PrTIm) belirlemek için. c. yaklaşık 10 s depo doldurma sahne için. boşluk doldurma adımları yürütmek için yaklaşık 30 s ö.
Adım b tek MoCap işaretleri sonda için sert bir bağlantı varsayarak bir kez yapılması gereken 170 s. not alma, toplam 50 bırakarak s tek bir tarama yeniden inşası için. İki tek süpürme birleştirerek Voksel dizileri alır yaklaşık 10 s yeniden.
Sınırlamalar ve kritik adımlar:
Dikkate alınması gereken birkaç 3DUS görüntüleme yönü vardır:
ı. ABD görüntü kalitesi: 2D ABD görüntülerin daha yüksek Uzaysal çözünürlük sağlamak içinde Voksel dizi yerleştirilmesi için daha fazla piksel. Bu azaltmak, voxel boyutları yüksek Voksel yoğunluk için önde gelen sağlayacak. Birkaç mevcut ultrason makineleri kayma bileşik daha iyi artifakı içermeyen bir ayrım dokuların arabirimleri için izin gürültülü taneli doku azaltmak için kullanın. Benek azaltmak için başka bir seçenek kenar geliştirme. Ancak, görüntü böylece arabirimleri doğru anatomik konumunu bozan ayrı arabirimleri oluşturma denemesi deforms beri bu yaklaşım arzu olmadığını belirtmek gerekir.
II. MoCap doğruluk: piksel sadece doğru bir şekilde yerleştirilebilir bir Voksel pozisyon sensörü doğru sonda koordinatlarını quantifies eğer. Görüntü çözünürlüğü bir artış ile MoCap doğruluğu daha önemli hale gelir. Sunulan 3DUS Kur ile bir Voksel boyut-0,2 0,2 0,1 mm, 3DUS Voksel dizi yeniden oluşturmak için yeterli doğruluk sağlayan bir hassasiyetle MoCap sistemiyle 0.2 mm3, x x in en iyi çalışır.
III. örnek frekans: ABD görüntü veya MoCap veri akışı en düşük zamansal çözünürlük örnek frekans belirler. Bu süpürme zaman veya voxel dizi ayarları etkiler. Örneğin, 25 örnek frekansı 50 Hz için iki katına yarı zamanda gerçekleştirilecek bir tarama sağlar. Alternatif olarak, tarama hızı değiştirmek değil, doldurulması gereken daha az boşluklar bırakarak ve böylece potansiyel Voksel dizi çözünürlük artan Voksel dizi doldurmak için daha çok resim sağlar. Ancak, Örnekleme frekansı artırmadan Voksel dizi çözünürlük artan hareket eserler potansiyelini artıracaktır daha yavaş bir tarama gerektirir.
IV. görüntü yeniden yapılanma zaman: hızlı rekonstrüksiyonu gerektiren yeterli kullanılabilir RAM ile güçlü bir iş istasyonu. Buna ek olarak, imar zaman Voksel dizi hacmi ve boşluk doldurma işleminin karmaşıklığını büyük ölçüde göre değişir.
v. deneysel protokol: deneysel protokol standardizasyonu için VL ve GM, mevcut çalışmada olarak morfolojik ölçümler (örneğin, fascicle uzunluğu, fascicle açı, kas göbek karşılaştırma için temel Uzunluk, tendon uzunluğu, aponeurosis uzunluğu) konular ve konularda uzunlamasına çalışmalar içinde izleme arasında. Ancak, istirahat değerlendirildi Morfoloji kas etkinleştirme sırasında değiştirebilir unutmayın. Örneğin, VL deneme için yüksek pennation açısı ve 60 ° diz fleksiyon, geri kalan50morfolojisi ile karşılaştırıldığında daha kısa fascicles diz ekstansiyon Morfoloji maksimal kasılma sırasında görülebilir. Belirli koşullarda (örn., Spastisite), Elektromiyografi (EMG) dinlenme kas aktivite düzeyine muayene sırasında doğrulamak için kullanılabilir.
VI. sonda basınç ve doku deformasyon: geniş ultrason jeli yatırım Getirisi üzerinde uygulanırsa, sonda ve deri arasında tam kişinin kalması için baskı miktarı sınırlıdır. Rehberlik gibi biz bir yatırım Getirisi tarama cilt hovering gibi hissetmeniz gerekir ve basınç sadece jel ile temas ve böylece cilt tutmak için uygulanması gerektiğini öneriyoruz. Ancak, hafif doku deformasyon bile bol miktarda ultrason jeli ile kaçınılmaz olabilir. Sonda boyutu ve kavisli bir yatırım Getirisi basınç veya kullanılan jel gerekli miktarda etkiler. Daha büyük prob boyutu ve bir daha eğimli yatırım Getirisi daha fazla basınç gerektirir ve/veya yatırım Getirisi daha fazla jel, daha küçük problar ile benzer bir daha kavisli. Başka bir olası ABD görüntülerin yankı (Yani cilt-temassız) bölge atmak için çözümdür. Buna ek olarak, doku deformasyon ilk doku katmanları, deri ve deri altı yağ dokusu tabakaları gibi gerçekleşmesi olabilir. Hiçbir deri altı yağ dokusu çok az olan bireylerde bu nedenle daha fazla basınç olumsuz etkilerini eğilimli olduğunu unutmayın. Buna ek olarak, doku deformasyon genellikle diğer piyango çakışma bölge değil sonda ortasındaki büyük olasılıkla oluşur.
VII. görüntüleme ve anatomik bilgi: herhangi bir görüntüleme yöntemi kullanarak diğer bir önemli faktör anatomi ve görüntüleme modality bilgi anlamlı yorum elde etmek için gerekli olmasıdır. Konular ve görüntü eserler arasında anatomik varyasyon tanınabilen ve anatomik yapıları tanımlama süreci dikkate alınıp gerekiyor. Farklı bileşenleri bir kas veya kas grupları51arasında ayırt etmek için anatomik bilgi gerektirdiğinden bile sağlıklı ve/veya gelişmiş kasları ile açık kimliği zor olabilir. Ancak, körelmiş kas (Yani yaşlı, patoloji veya bir kadavra durumunda), Açık kimlik daha küçük boyutları nedeniyle daha karmaşıktır ve görüntü kontrastı düşmüştür, ve bu nedenle daha az farklı doku (şekil 4 arabirimleri ). Ön anatomik bilgi olmadan, biz bu 3DUS yaklaşım tasarlama ve 3DUS ölçümleri yerine doğru yargılara yapımında sınırlı inanıyoruz. Örneğin, GM deneyler için farklı tabanla açıları mutlaka beklenen değişiklikler kas tendon karmaşık uzunlukları, ayak7içinde deformasyon nedeniyle neden olmaz. Ayrıca distal aponeurosis eğriliği ayrıntılı anatomik bilgi tüm konular38boyuna düzlemde yeterli bir seçim için gerekli.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55943/55943fig4.jpg"> Şekil 4: değişim ve kalitesini yeniden kuadriseps kas uyluk yarı yolda anatomik kesit 3DUS görüntülerini. (A)bir erkek insan Kadavra gösterilmektedir bir görüntü körelmiş bir devletin ölüm (ölüm Yaş: 81 yıl). Kuadriseps kas bireysel başkanları sınırlarını tanımlaması zordur. Sedanter erkek (30 yaşında) (B) örneği. (C) bir erkek atlet kürekçi (30 yaşında) örneği. Ölçek için beyaz kareler 1 cm x 1 cm. temsil <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55943/55943fig4large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Gelecekteki uygulamalar:
3DUS yaklaşım çeşitli amaçlar ve spor ve klinikler ayarları için kullanılan bir görüntüleme aracı sağlar. Klinik müdahaleler etkinliği için fiziksel uygunluk seviyesi52ilgilidir. 3DUS kullanarak kas kaybetme riski olan hastaların izlenmesi için kitle önemli (örneğin, başvurular53,54,55) ve potansiyel olarak tedavi uyum için sağlar. 3DUS diğer bir potansiyel uygulama kas yanıt olarak müdahale (eğitim) ve/veya yaralanma morfolojik uyarlaması izleme içinde yatıyor.
Bu iletişim kuralı bir maliyet ve zaman etkili yöntem serbest 3DUS piyango üzerinde dayalı insan vücudu yumuşak doku yapısı ölçme nitelendirdi. Ayrıca, m. vastus kasılmasına ve m. gastroknemius medialis anlamlı morfolojik parametrelerinin değerlendirilmesi geçerli ve güvenilir olduğu ortaya çıktı.

Sağlık ve spor, kas morfolojisi hakkında bilgi tedavi veya eğitim1sonra teşhis ve/veya izleme değerlendirme çok değerlidir. Ultrason (ABD) görüntüleme kas hastalıkları2, kritik hastalıklar3,4, kalp-damar hastalıkları5, nörolojik bozukluklar6yumuşak doku yapıların görselleştirme için yaygın olarak kullanılan bir araçtır, 7,8ve beden eğitimi6,9,10etkileri. ABD görüntüleme miktar kas boyutu, fascicle uzunluğu ve pennation açısı sağlar. Morfolojik bu değişkenler, kas gücü ve uzunluk dizi belirleyicileri efor11,12,13,14,15zorla önemlidir.
Şu anda, ABD görüntüleme ölçümleri çoğunlukla sınav seçimi ile 2D görüntülerde yapılan bir muhtemelen, uygun yönlendirme ve ultrason konumunu sonda. Faiz parametresi bu uçak içinde mevcut olmayabilir gibi 2D yöntemleri bir görüntü uçak, morfolojik ölçümler kısıtlayın. Morfolojik analiz 3D referans noktaları kullanarak uçak ölçümleri sağlayan bir 3D yaklaşım gerektirir. Böyle bir 3D morfolojik gösterimi yumuşak doku manyetik rezonans görüntüleme (MRG)16,17,18,19,20tarafından sağlanacak bilinir. Ancak, Mr pahalı ve her zaman mevcut değildir. Ayrıca, kas lifleri görselleştirme Difüzyon tensör görüntüleme (DTI)21gibi özel MRI sıralarını gerektirir. MRI bir düşük maliyetli 3D ultrason (3DUS) görüntüleme alternatiftir. 3DUS yaklaşım MRI teknikleri, örneğinçeşitli avantajlar sağlar, konu bir muayene sırasında konumlandırma için daha az alan kısıtlamaları dayatır. 3DUS görüntüleme sırayla 2D (B-mod ABD) görüntü yakalama ve onları bir birim öğe (voxel) dizi22,23,24konumlandırma bir tekniktir. 3DUS görüntü yeniden yapılanma sürecinin beş adımdan oluşur: (1) yakalayan bir dizi serbest çizim 2D ABD resmi; (2) bir hareket yakalama (MoCap) sistemi kullanarak ABD sonda konumunu izlemek için; (3) ABD görüntüleri ve MoCap pozisyon eşitleme; (4) konumunu ve yönünü ultrason referans kalibre edilmiş bir sistem kullanarak Voksel dizi içinde hesaplama; ve (5) yerleştirerek bu görüntüleri bu Voksel diziye.
3DUS yaklaşım Morfoloji iskelet kas15,25,26,27,28,29değerlendirilmesi için başarıyla uygulandı. Ancak, önceki yaklaşımlar7,15,25,30 kanıtladık hantal, zaman alıcı ve teknik olarak sınırlı sadece küçük parçaları büyük kas yeniden olabilir gibi.
3DUS yaklaşım geliştirmek için tam kasları yeniden inşası kısa bir süre içinde sağlar yeni bir 3DUS iletişim kuralı geliştirilmiştir. Bu iletişim kuralı makale için m. vastus kasılmasına (VL) ve m. gastroknemius medialis (GM) morfometri Imaging 3DUS kullanımını açıklar.

<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

3D ultrason (3DUS) görüntüleme gelişimsel 3D morfolojik ultrason çözümleme insan kas yapmak için bir modalite mühendisi hedefidir. 3DUS görüntüleri hangi Voksel diziye konumlandırılmış kalibre edilmiş serbest çizim 2D B-mod ultrason görüntüleri, inşa edilir. Ultrason (ABD) görüntüleme miktar kas boyutu, fascicle uzunluğu ve pennation açısı sağlar. Kuvvet efor, kas gücü ve uzunluğu aralığı önemli belirleyicileri bu morfolojik değişkenlerdir. Sunulan iletişim kuralı düzeyini ve fascicle m. vastus kasılmasına ve m. gastroknemius medialisbelirlemek için bir yaklaşım açıklar. 3DUS 3D anatomik başvuruları kullanma standardizasyon kolaylaştırır. Bu yaklaşım iskelet kasları 3D Morfoloji miktarının için hızlı ve uygun maliyetli bir yaklaşım sağlar. Sağlık ve spor, kas morfometri hakkında bilgi tedavi veya eğitim sonra teşhis ve/veya izleme değerlendirme çok değerlidir.

Açıklanan 3DUS tekniği kullanılan dört erkek insan Kadavra GM ve VL morfolojik verileri toplamayı, yaş ölüm 76,8 ± 7.9 yıl (± SD demek). Kadavra anatomi bölümü ve nörolojik Vrije Universiteit Tıp Merkezi (VUmc), Amsterdam, Hollanda bağış bilgisayar programı yolu ile elde edilmiştir. Cesetleri doku39morfolojik özelliklerini koruyarak amaçlı bir mumyalama yöntemini kullanarak korunduğu görülmüştür.
Diseksiyon önce 3DUS görüntü GM ve VL açıklanan metodoloji göre yapıldı. Diseksiyon sırasında deri, subkutan doku ve GM ve VL overlaying silmeli arşitrav kaldırıldı. Distal aponeurosis yönünü dikkate alarak orta boyuna bir bölümü kesildi. Bir kumpas kullanarak, fascicle uzunluğu ölçülen, kökeni ve kas göbek distal sonu arasında. Daha sonra tenotomy sonra kas göbek disseke ve kalibre edilmiş su sütununda sular altında. ImageJ kullanarak, birimleri ve kas göbek olmadan su sütunu fotoğraflarını üzerinde ölçüldü ve kas hacmi40fark hesaplamak yapıldı. Fascicle uzunluk ve hacim üç kez ölçüldü ve ortalama ve standart sapma değerleri hesaplanmıştır. Ölçüt geçerlilik 3DUS yöntemi ve diseksiyon ölçümleri arasında bir Pearson korelasyon ortalama fascicle uzunluğu ve kas birimi olarak kullanımı test edildi. Intra-Oylayıcısı güvenilirlik türetilmiş fascicle uzunluk ve hacim ölçümleri sayısal çift yönlü modeli sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC3,3)41karışık kullanarak 3DUS yöntem ve verilerin Logaritmik dönüşüm sonra (CV) varyasyon katsayısı hesaplanır. Fascicle uzunluğu ve kas hacim ölçüleri geçerliliğini doğruladı tarafından önemli ve yüksek korelasyon (r = 0.998, p < 0,01 ve r 0.985, p = < 0,01, sırasıyla). 3DUS yönteminin içi Oylayıcısı güvenilirlik elde edilen fascicle uzunluk ölçümleri ve birim yüksek (ICC3,3 0.983, CV %7,3 ve ICC3,3 0.998, CV % 5,4, sırasıyla). Sunulan 3DUS yaklaşım insan VL ve GM (Tablo 1) birim ve fascicle uzunluğu değerlendirilmesi için geçerli ve güvenilir bir araç olduğunu sonucuna varılmıştır.
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/55943/55943table1.jpg"> Tablo 1: Kadavra doğrulama veri. C# kadavra sayıdır GM m. gastroknemius medialis, VL m. vastus kasılmasına. "Diseksiyon" kadavra diseksiyonu sonuçlarından ve "3DUS" 3DUS görüntü analizi sonuçlarını kadavraların gösterir.

Watch this Scientific Journal Video about 3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue at JoVE.com

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

3D ultrason görüntüleme: hızlı ve uygun maliyetli morfometri kas-iskelet dokusunun

(3DUS) düşsel 3D ultrason kas-iskelet dokuların hızlı ve uygun maliyetli morfometri sağlar. Biz kas hacmi ve fascicle uzunluğu 3DUS kullanarak ölçmek için bir iletişim kuralı mevcut.

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

22.9K Görüntüleme.  Amsterdam Movement Sciences. (3DUS) düşsel 3D ultrason kas-iskelet dokuların hızlı ve uygun maliyetli morfometri sağlar. Biz kas hacmi ve fascicle uzunluğu 3DUS kullanarak ölçmek için bir iletişim kuralı mevcut.

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

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.

Murin Ekokardiyografi ve Ultrasonik Görüntüleme

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

Tıp

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.

Kas-iskelet Ultrason Görüntüleme Bir Roman Uygulama

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.

Fare Diyafram Fonksiyonu Diagnostik Ultrason Görüntüleme

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.

Fare Servikal lenf nodu Yüksek frekanslı Ultrasonik Görüntüleme

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.

Fare Glokomda Konfokal Oftalmoskopik Görüntüleme ve Hücre morfometrisi: Nörodejenerasyonda sırasında Retina Mikroglial Aktivasyonu Vivo Dynamics

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 Tüm kalp Miyokard Doku Analizi

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.

Hastalık modelleme için insan 3D akciğer doku kültürleri (3D-LTCs) nesil

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.

Fare Böbreklerinin In Vivo Analizi için 3D Robotik Ultrason Kullanımı

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.

Anjiyotensin II İndüklü Abdominal Aort Anevrizmasının Bir Fare Modelinde Santral Venöz Kateter ile İlaç Tedavisi ve 3D Ultrason ile İzleme

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.

Golf Salıncak Sırasında Parlaklık Modu Ultrasonunu Kullanarak Görsel Biofeedback Sağlama

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