Modeling three-dimensional muscle stiffness based on three-dimensional ultrasound and elastography integration

基于三维超声和弹性成像集成的三维肌肉硬度建模

基本信息

批准号：
22K17765
负责人：
梅原潤
金额：
$ 3万
依托单位：
Kansai Medical University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、ヒト生体の骨格筋を対象とし、その3次元形状と受動的張力の関係性を定量化することによって、骨格筋の柔軟性の新たな指標となる3次元筋スティフネスをモデル化することを目的としている。従来の筋スティフネスは筋を1次元的に捉えて過度に単純化し、筋の本来の3次元的な形状変化を考慮できていないという問題点があった。本研究では、この問題に対して、エラストグラフィーによる受動的張力計測と3次元超音波イメージングによる3次元形状計測という手法、さらに数学的アプローチによるモデル化を用いて取り組んでいる。当該年度では、超音波エラストグラフィーを用いて3次元的姿勢変化に伴う受動的張力の変化を計測できる実験環境を構築し、3次元姿勢と受動的張力の関係性の定式化を進めた。これまでの受動的張力の計測は、足や膝など2次元的運動しかない関節を跨ぐ筋を対象としており、肩のような3次元的運動をする関節に跨る筋は対象とされておらず、その計測を可能とする実験系は確立されていなかった。そこで本研究では、ダイナモメータを使用して被検者が力を抜いた状態で様々な上肢姿勢をとっている時に、エラストグラフィーによる受動的張力とモーションキャプチャによる上肢姿勢の同時計測が可能な実験環境を作成した。これにより、上肢の姿勢に対応した筋の受動的張力の値を獲得することができた。さらに、取得したデータを低次元空間で表現することによって、3次元姿勢と受動的張力の関係性を従来のモデルで定式化できる可能性があることまで分かりつつある。

在这个研究项目中，我们将通过量化人体骨骼肌的 3D 形状和被动张力之间的关系来模拟 3D 肌肉硬度，这是骨骼肌灵活性的新指标。传统的肌肉刚度存在通过一维观察来过度简化肌肉的问题，而没有考虑到肌肉形状的三维变化。在这项研究中，我们正在使用诸如使用弹性成像的被动张力测量和使用 3D 超声成像的 3D 形状测量以及使用数学方法进行建模等技术来解决这个问题。在本财年，我们构建了一个实验环境，可以使用超声弹性成像测量三维姿势变化引起的被动张力变化，并着手建立三维姿势与被动张力之间的关系。传统的被动张力测量针对的是跨越仅在二维方向上移动的关节的肌肉，例如脚和膝盖，而不是跨越在三维方向上移动的关节的肌肉，例如肩膀。然而，尚未建立实验系统。启用此测量。因此，在本研究中，我们使用测力计进行了一项实验，在受试者处于放松状态下采取各种上肢姿势的同时，可以使用弹性成像技术测量被动张力，并使用运动捕捉技术测量手臂姿势。结果，我们能够获得与上肢姿势相对应的被动肌张力值。此外，越来越明显的是，通过在低维空间中表示所获取的数据，可以使用传统模型来制定 3D 姿势和被动张力之间的关系。