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Imaging the intramuscular pressure of living muscles with shear waves
Journal of the Mechanics and Physics of Solids ( IF 5.0 ) Pub Date : 2024-08-28 , DOI: 10.1016/j.jmps.2024.105834 Weiqiang Xu , Yang Zheng , Ziyin Yin , Yuxuan Jiang , Zhaoyi Zhang , Shiyu Ma , Yanping Cao
Journal of the Mechanics and Physics of Solids ( IF 5.0 ) Pub Date : 2024-08-28 , DOI: 10.1016/j.jmps.2024.105834 Weiqiang Xu , Yang Zheng , Ziyin Yin , Yuxuan Jiang , Zhaoyi Zhang , Shiyu Ma , Yanping Cao
Shear wave elastography (SWE) is an innovative method that allows for the nondestructive and quantitative characterization of muscular mechanical properties. This method finds extensive utility in fields such as sports medicine, sports rehabilitation, and the diagnosis of muscle-related ailments. Existing studies have demonstrated the promise of SWE in probing intramuscular pressure (IMP), a factor intimately tied to muscular physiological functions and the onset of certain diseases. Nonetheless, there remains a lack of a SWE method grounded in an appropriate biomechanical model capable of effectively imaging IMP . Addressing this issue, we propose a shear wave imaging method relaying on a porohyperelastic model encompassing well-defined parameters for both muscular active behavior and intramuscular pressure. Drawing upon wave motion analysis, we establish a correlation between shear wave velocities and IMP in analytical form. This theoretical solution on one hand help understand the interplay between IMP and muscle active stress and the impact of muscle contraction on IMP. On the other hand, it enables us to develop an elastography method to assess IMP . We conducted a series of experiments to underscore the applicability of our theory and elastography method. experiments were performed on porcine muscles, while tests were carried out on human skeletal muscles. The results from the tests validate the efficacy of our method. Meanwhile, the outcomes suggest that our approach holds potential to assess the variation of IMP with muscle fatigue and injuries, inspect intramuscular injections, and diagnose acute and chronic compartment syndrome.
中文翻译:
用剪切波对活体肌肉的肌内压力进行成像
剪切波弹性成像 (SWE) 是一种创新方法,可以对肌肉机械特性进行无损和定量表征。这种方法在运动医学、运动康复和肌肉相关疾病的诊断等领域具有广泛的用途。现有的研究已经证明了 SWE 在探测肌内压 (IMP) 方面的前景,肌内压是与肌肉生理功能和某些疾病的发病密切相关的因素。尽管如此,仍然缺乏基于能够有效成像 IMP 的适当生物力学模型的 SWE 方法。为了解决这个问题,我们提出了一种基于多孔超弹性模型的剪切波成像方法,该模型包含肌肉活动行为和肌内压力的明确定义的参数。根据波动分析,我们以分析形式建立了剪切波速度和 IMP 之间的相关性。这一理论解决方案一方面有助于理解 IMP 和肌肉主动应激之间的相互作用以及肌肉收缩对 IMP 的影响。另一方面,它使我们能够开发一种弹性成像方法来评估 IMP。我们进行了一系列实验来强调我们的理论和弹性成像方法的适用性。实验是在猪肌肉上进行的,而测试则是在人类骨骼肌上进行的。测试结果验证了我们方法的有效性。同时,结果表明我们的方法有潜力评估 IMP 随肌肉疲劳和损伤的变化、检查肌肉注射以及诊断急性和慢性骨筋膜室综合征。
更新日期:2024-08-28
中文翻译:
用剪切波对活体肌肉的肌内压力进行成像
剪切波弹性成像 (SWE) 是一种创新方法,可以对肌肉机械特性进行无损和定量表征。这种方法在运动医学、运动康复和肌肉相关疾病的诊断等领域具有广泛的用途。现有的研究已经证明了 SWE 在探测肌内压 (IMP) 方面的前景,肌内压是与肌肉生理功能和某些疾病的发病密切相关的因素。尽管如此,仍然缺乏基于能够有效成像 IMP 的适当生物力学模型的 SWE 方法。为了解决这个问题,我们提出了一种基于多孔超弹性模型的剪切波成像方法,该模型包含肌肉活动行为和肌内压力的明确定义的参数。根据波动分析,我们以分析形式建立了剪切波速度和 IMP 之间的相关性。这一理论解决方案一方面有助于理解 IMP 和肌肉主动应激之间的相互作用以及肌肉收缩对 IMP 的影响。另一方面,它使我们能够开发一种弹性成像方法来评估 IMP。我们进行了一系列实验来强调我们的理论和弹性成像方法的适用性。实验是在猪肌肉上进行的,而测试则是在人类骨骼肌上进行的。测试结果验证了我们方法的有效性。同时,结果表明我们的方法有潜力评估 IMP 随肌肉疲劳和损伤的变化、检查肌肉注射以及诊断急性和慢性骨筋膜室综合征。