Hình học cơ bắp cụ thể cho từng bệnh nhân trong chuyển động của khớp gối từ các hình ảnh MRI được chọn

Medical & Biological Engineering & Computing - Tập 47 - Trang 579-587 - 2009
I. Südhoff1,2, J. A. de Guise2,3, A. Nordez1, E. Jolivet1, D. Bonneau1, V. Khoury3, W. Skalli1
1Laboratoire de biomécanique, Arts et Metiers Paristech, CNRS, Paris, France
2Laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie, Centre de recherche du CHUM, École de technologie supérieure, Montreal, Canada
3Centre Hospitalier de l’Université de Montréal, Montreal, Canada

Tóm tắt

Hình học cơ bắp cụ thể cho từng bệnh nhân không chỉ là một công cụ lâm sàng thú vị để đánh giá các bệnh lý và phương pháp điều trị khác nhau, mà còn cung cấp dữ liệu đầu vào thiết yếu cho các mô hình cơ xương khớp thực tế hơn. Quy trình được thiết lập trong nghiên cứu của chúng tôi cung cấp hình học 3D cụ thể cho từng bệnh nhân của 13 cơ chính liên quan đến chuyển động khớp gối từ một vài hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) được chọn. Các đường viền của các cơ được xác định trên năm đến bảy cắt ngang MRI. Một đối tượng theo tham số cụ thể sau đó được xây dựng cho mỗi cơ và bị biến dạng để phù hợp với những đường viền đó. 13 cơ đã được thu thập trong vòng 1 giờ, với sai số thể tích dưới 5% và sai số điểm-bề mặt 5 mm (2RMS). Từ hình học này, thể tích cơ và tỷ lệ thể tích của các đối tượng không triệu chứng và thiếu dây chằng chéo trước có thể dễ dàng được tính toán và so sánh với các nghiên cứu trước đó. Quy trình này cung cấp một sự trao đổi thú vị giữa độ chính xác và thời gian để có được hình học cơ bắp cụ thể cho từng bệnh nhân.

Từ khóa

#hình học cơ bắp #chuyển động khớp gối #hình ảnh MRI #mô hình cơ xương khớp #thể tích cơ #quy trình lâm sàng

Tài liệu tham khảo

Aagaard P, Andersen JL, Dyhre-Poulsen P et al (2001) A mechanism for increased contractile strength of human pennate muscle in response to strength training: changes in muscle architecture. J Physiol 534(Pt 2):613–623. doi:10.1111/j.1469-7793.2001.t01-1-00613.x Arangio GA, Chen C, Kalady M et al (1997) Thigh muscle size and strength after anterior cruciate ligament reconstruction and rehabilitation. J Orthop Sports Phys Ther 26(5):238–243 Arnold AS, Salinas S, Asakawa DJ et al (2000) Accuracy of muscle moment arms estimated from MRI-based musculoskeletal models of the lower extremity. Comput Aided Surg 5(2):108–119 Asakawa DS, Blemker SS, Rab GT et al (2004) Three-dimensional muscle-tendon geometry after rectus femoris tendon transfer. J Bone Joint Surg Am 86-A(2):348–354 Blemker SS, Asakawa DS, Gold GE et al (2007) Image-based musculoskeletal modeling: applications, advances, and future opportunities. J Magn Reson Imaging 25(2):441–451. doi:10.1002/jmri.20805 Blemker SS, Delp SL (2005) Three-dimensional representation of complex muscle architectures and geometries. Ann Biomed Eng 33(5):661–673. doi:10.1007/s10439-005-1433-7 Cordier F, Magnenat-Thalmann N (1998) Comparison of two techniques for organ reconstruction using visible human dataset. In: Second visible human project conference. National Library of Medicine, Bethesda, 1–2 Oct 1998. http://www.nlm.nih.gov/research/visible//vhpconf98/AUTHORS/CORDIER/FULLTEXT.HTM Eng CM, Abrams GD, Smallwood LR et al (2007) Muscle geometry affects accuracy of forearm volume determination by magnetic resonance imaging (MRI). J Biomech 40(14):3261–3266. doi:10.1016/j.jbiomech.2007.04.005 Holzbaur KR, Delp SL, Gold GE et al (2007) Moment-generating capacity of upper limb muscles in healthy adults. J Biomech 40(11):2442–2449. doi:10.1016/j.jbiomech.2006.11.013 Holzbaur KR, Murray WM, Gold GE et al (2007) Upper limb muscle volumes in adult subjects. J Biomech 40(4):742–749. doi:10.1016/j.jbiomech.2006.11.011 Hopkins WG (2000) Measures of reliability in sports medicine and science. Sports Med 30(1):1–15. doi:10.2165/00007256-200030010-00001 Jolivet E (2007) Modélisation biomécanique de la hanche dans le risque de fracture du fémur proximal. In: Laboratoire de biomécanique. Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris, p 178 Jolivet E, Daguet E, Pomero V et al (2008) Volumic patient-specific reconstruction of muscular system based on a reduced dataset of medical images. Comput Methods Biomech Biomed Eng 11(3):281–290. doi:10.1080/10255840801959479 Konishi Y, Ikeda K, Nishino A et al (2007) Relationship between quadriceps femoris muscle volume and muscle torque after anterior cruciate ligament repair. Scand J Med Sci Sports 17(6):656–661 Lampe R, Grassl S, Mitternacht J et al (2006) MRT-measurements of muscle volumes of the lower extremities of youths with spastic hemiplegia caused by cerebral palsy. Brain Dev 28(8):500–506. doi:10.1016/j.braindev.2006.02.009 Lloyd DG, Besier TF (2003) An EMG-driven musculoskeletal model to estimate muscle forces and knee joint moments in vivo. J Biomech 36(6):765–776. doi:10.1016/S0021-9290(03)00010-1 Makihara Y, Nishino A, Fukubayashi T et al (2006) Decrease of knee flexion torque in patients with ACL reconstruction: combined analysis of the architecture and function of the knee flexor muscles. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 14(4):310–317. doi:10.1007/s00167-005-0701-2 Malaiya R, McNee AE, Fry NR et al (2007) The morphology of the medial gastrocnemius in typically developing children and children with spastic hemiplegic cerebral palsy. J Electromyogr Kinesiol 17(6):657–663. doi:10.1016/j.jelekin.2007.02.009 Mikosz RP, Andriacchi TP, Andersson GB (1988) Model analysis of factors influencing the prediction of muscle forces at the knee. J Orthop Res 6(2):205–214. doi:10.1002/jor.1100060207 Mitton D, Landry C, Veron S et al (2000) 3D reconstruction method from biplanar radiography using non-stereocorresponding points and elastic deformable meshes. Med Biol Eng Comput 38(2):133–139. doi:10.1007/BF02344767 Mitulescu A, Semaan I, De Guise JA et al (2001) Validation of the non-stereo corresponding points stereoradiographic 3D reconstruction technique. Med Biol Eng Comput 39(2):152–158. doi:10.1007/BF02344797 Morse CI, Degens H, Jones DA (2007) The validity of estimating quadriceps volume from single MRI cross-sections in young men. Eur J Appl Physiol 100(3):267–274. doi:10.1007/s00421-007-0429-4 Pomero V, Vital JM, Lavaste F et al (2002) Muscular modelling: relationship between postural default and spine overloading. Stud Health Technol Inform 88:321–325 Trochu F (1993) A contouring program based on dual kriging interpolation. Eng Comput 9:160–177. doi:10.1007/BF01206346 Williams GN, Buchanan TS, Barrance PJ et al (2005) Quadriceps weakness, atrophy, and activation failure in predicted noncopers after anterior cruciate ligament injury. Am J Sports Med 33(3):402–407. doi:10.1177/0363546504268042 Williams GN, Snyder-Mackler L, Barrance PJ et al (2005) Quadriceps femoris muscle morphology and function after ACL injury: a differential response in copers versus non-copers. J Biomech 38(4):685–693. doi:10.1016/j.jbiomech.2004.04.004 Zajac FE, Neptune RR, Kautz SA (2003) Biomechanics and muscle coordination of human walking: part II: lessons from dynamical simulations and clinical implications. Gait Posture 17(1):1–17. doi:10.1016/S0966-6362(02)00069-3