兔骨骼肌损伤修复的超声影像定量诊断

Skeletal muscle can be severely injured by contusion, which induced muscle fibers degeneration, necrosis, regeneration, fibrosis or nourishing blood vessels variation, thrombosis, occlusion,ect. Although ultrasonography is regarded as an invasive and objective diagnostic method with highest sensitivity for muscle injury, there is still lack of an ideal quantitative method to assess the imaging findings. Multimode ultrasound can be used to demonstrate injured muscle texture and framework of its nourishing vessels, both of them contribute to special features based on ultrasonograms. In this study, we aim to establish experimental rabbit models of skeletal muscle injured by acute contusion, and to investigate the corresponding ultrasonographic feature evolutions and pathological changes deeply. Contrast Enhanced Ultrasound(CEUS) plays an important role in observing microcirculation perfusion of the injured muscle, so specific imaging characteristics can be dynamically observed and quantitatively analyzed with computer-assisted image analysis technique. The corresponding muscle texture feature and vascular bundle geometry extracted from the region of interest (ROI) from either case will be compared statistically, which will be helpful to guide the explorative quantitative ultrasound diagnosis and evaluation, in order to provide complementary information which could potentially help in skeletal muscles injury and regeneration characterization．

创伤打击致骨骼肌钝挫伤较常见，超声检查是其定性诊断的首选影像学方法。离体研究发现，损伤后骨骼肌纤维结构破坏可致超声图像发生变化，但不同技术级别超声医师单独进行定性诊断时具有主观局限性，目前临床对于随访骨骼肌损伤及修复期的超声影像演变尚未形成可靠定量诊断标准。故本项目拟建立重物打击致兔骨骼肌损伤模型，以灰阶超声、彩色多普勒血流成像、超声造影等多模式超声影像资料作为研究对象，①运用计算机纹理定量分析研究伤肢骨骼肌束损伤程度，探讨损伤后纹理特征与病理学改变的相关规律；②利用贝叶斯跟踪框架法跟踪超声造影灌注视频图像中血管束的形成，从血管束几何形状和空间排列分布两方面对造影图像进行动态定量分析，探讨伤肢肌群血流灌注特征与微循环演变。旨在从肌束纹理结构和血管束架构变化角度入手，定量阐明兔骨骼肌损伤修复不同时期病变发生发展及特征性超声影像演变特征，为临床寻找定量、客观的超声诊断评价指标提供理论依据。

临床上骨骼肌常因外伤等因素造成损伤，影响肢体活动度，甚至致残。许多学者已认可超声检查可用来评价骨骼肌损伤的范围及严重程度，然而，目前超声医师进行诊断时还没有形成定量、统一评价的指标。因此，骨骼肌损伤无创性超声定量诊断方法的建立是一种有意义的新的研究方向。二维超声图像上损伤的骨骼肌纹理发生不同的改变，须结合彩色多普勒血流显像（CDFI）及超声造影（CEUS）检测。. 本研究拟建立重物打击致兔骨骼肌损伤模型；通过用计算机图像处理软件提取已获取的兔骨骼肌急性损伤模型的二维超声图像纹理特征参量进行纹理特征分析，探索骨骼肌损伤修复过程中的超声影像演变与病理组织学的关系；用计算机图像处理软件提取超声造影图像中感兴趣区内的肌肉血流灌注的造影剂平均回声强度、造影剂分布分级规律等参数，进行纹理特征分析。. 本研究成功建立了重物打击致兔骨骼肌损伤模型，经大体观察及超声检查、实验室检测、病理验证均发生了相应的肌肉钝挫伤改变。成功的提取了兔骨骼肌损伤修复不同时期的二维及造影超声图像纹理特征，用超声回波强度界面多级分解方法对损伤前后ROI图像的8种纹理特征参量进行独立提取，与正常对照组比较，钝挫伤后兔肌肉损伤修复不同时期提取的肌束纹理特征参量NOB、IRGL、SOB、POD、Mean和SDev均呈差异性变化（P＜0.05）。与正常组比较，造影剂平均回声强度相对比值（MR）在损伤后1h、1d、2d、3d、7d、28d，损伤区域MR均明显增高，尤以1h、1d、2d、3d、7d增高幅度明显，14d、28d增高幅度降低，但所有P均＜0.01。增加的小样本临床研究，完成了健康志愿者肱二头肌在舒张和收缩状态下的不同超声影像纹理特征定量分析，并对肌肉损伤患者的超声纹理特征差异进行了有效的量化识别。. 将肌肉损伤的超声影像表现转化成被计算机视觉所能识别的数学特征，再将计算机自动分析技术拓展应用于肌肉超声纹理定量诊断，发展前景令人期待，有望实现计算机视觉科学与超声影像学的跨学科交叉研究。故本研究开启了骨骼肌超声诊断迈向人工智能领域的尝试。