In Vivo Utvärdering av Skelettmusklers Morfologiska och Mekaniska Egenskaper med Hjälp av Medicinsk Bildbehandling
Tid: On 2023-03-15 kl 10.00
Plats: D37, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Licentiand: Zhongzheng Wang , Teknisk mekanik, KTH MoveAbility Lab
Granskare: Professor Jonas Stålhand, Solid Mechanics, Department of Management and Engineering, Linköping University
Huvudhandledare: Assistant Professor Ruoli Wang, Teknisk mekanik; Professor Elena Gutierrez Farewik, Teknisk mekanik; Associate Professor Rodrigo Moreno, Medicinsk avbildning
QC 230221
Abstract
Skelettmuskler är mjuka vävnader som spelar en viktig roll för att upprätthålla kroppshållning och möjliggöra rörelser genom kraftgenerering. Den kraftgenererande förmågan är förknippad med muskelns morfologiska och mekaniska egenskaper. Onormal förmåga att generera muskelkraft kan resultera i eller vara resultatet av onormala morfologiska och mekaniska egenskaper hos muskeln. Medicinsk avbildning är en allmänt använd och kraftfull in vivo-mätteknik som kan ge värdefull information för diagnos, behandlingsplanering, utvärdering av resultat och forskning av muskelrelaterade patologier. Det övergripande syftet med denna avhandling var att kvantifiera skelettmuskelns morfologiska och mekaniska egenskaper in vivo med hjälp av olika medicinska avbildningstekniker och att utvärdera prestandan för de föreslagna medicinska avbildningsteknikerna med avseende på olika aspekter av reliabilitet. Denna avhandling baserades på två artiklar som fokuserade på de morfologiska respektive mekaniska egenskaperna hos skelettmuskler.
I den första studien mättes skelettmuskelns morfologiska parametrar, det vill säga volym, fascikellängd och pennationsvinkel för tibialis anterior och gastrocnemius medialis, in vivo med hjälp av tredimensionellt frihandsultraljud (3DfUS) respektive magnetisk resonanstomografi (MRI). Totalt rekryterades sexton friska försökspersoner i denna studie. Sju av dem fick både 3DfUS- och MRI-mätningar, medan de återstående försökspersonerna fick 3DfUS-mätningar två gånger med en veckas intervall. God till utmärkt intrabedömarreliabilitet och repeterbarhet mellan mätningar hittades i muskelmorfologiska parametrar kvantifierade med 3DfUS-mätningar, vilket indikeras av höga intraklasskorrelationskoefficient-värden och låga standardmätfel. Den enda statistiskt signifikanta skillnaden som hittades mellan 3DfUS- och MRI-mätningar var pennationsvinkeln på tibialis anterior, även om den faktiska avvikelsen var liten. Denna studie föreslog att 3DfUS kunde övervägas som ett alternativ till MRI för 3D-mätningar av skelettmuskelmorfologiska parametrar in vivo.
I den andra studien föreslogs en direkt inversionsmetod baserad på magnetisk resonanselastografi (MRE) och diffusionstensoravbildning (DTI) för kvantifiering av skelettmusklers anisotropa mekaniska egenskaper. DTI användes för att identifiera muskelfascikelorienteringen. En inkompressibel transversellt isotrop materialmodell användes för att beskriva skelettmusklernas materialegenskaper. Det föreslagna tillvägagångssättet utvärderades med en multifrekvens-MRE-uppsättning på gastrocnemius och soleus hos fem friska försökspersoner. Förekomsten av anisotropi och frekvensberoende observerades i alla muskelunderavdelningar med den föreslagna inversionsmetoden. Nödvändigheten av att använda DTI för att identifiera muskelfascikelorientering illustrerades också. Denna studie föreslog att den föreslagna direkta inversionsmetoden hade potentialen att kvantifiera de anisotropa mekaniska egenskaperna hos skelettmuskler under både friska och patologiska tillstånd.