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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊越丞
研究生(外文):Yueh-Cheng Yang
論文名稱:低成本客製化雙陣元超音波系統 使用光學定位應用於股直肌影像
論文名稱(外文):Low-Cost and Point-of-Care Custom-Made Dual-Element Ultrasound System Using Optical Tracker for Rectus Femoris Muscle Imaging
指導教授:江惠華江惠華引用關係
指導教授(外文):Hui-Hua Chiang
學位類別:碩士
校院名稱:國立陽明大學
系所名稱:生物醫學工程學系
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:22
中文關鍵詞:肌少症股直肌雙陣元超音波光學定位
外文關鍵詞:SarcopeniaRectus Femoris MuscleDual Element transducerOptical tracker
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隨著社會進入高齡化,衰老相關的退化疾病變的日益重要。肌少症是指肌肉質與量不正常的流失。而肌少症可能會引發年長者肌肉力量不足而摔倒,造成嚴重的傷害如骨折、內出血甚至死亡。因此肌少症檢測的普及化變的越來越重要。現行常採用的診斷儀器為核磁共振(MRI)和雙能X光吸光測定法(DEXA),但由於MRI 和DEXA體積大、造價昂貴,因此尚未能夠普及化,而超音波作為量測肌肉大小和橫截面積是可靠且可信賴的[1][2][3],本研究採用雙陣元超音波探頭結合光學定位裝置合成新型的低成本客製化超音波影像系統應用在股直肌的影像掃描。
實驗結果顯示,本研究所開發的低成本客製化雙陣元超音波影像系統可以清楚量測到股直肌以及周邊組織,而且經過計算出來的股直肌橫截面積,與陣列式超音波探頭量測到的橫截面積有高度相關存在。
Sarcopenia has become a serious issue in aging society. Sarcopenia define the abnormal loss of muscle quantity or quality. People who suffer sarcopenia are in high-risk group of fall which can cause medium to severe damage such as bone fracture, internal hemorrhage or even death. As a result, making examination affordable for everyone become a big issue. In present clinical, Magnetic resonance imaging (MRI) and dual-energy x-ray absorptiometry (DEXA) has been widely used. However, its high price and big volume limit its use. Besides, Ultrasound has been shown as a valid and reliable method of measuring size and cross-sectional area (CSA) This study combined the dual element ultrasonic transducer with optical tracker. We develop a low-cost and point-of-care custom-made dual-element ultrasound system using optical tracker for Rectus Femoris muscle imaging.
致謝 I
中文摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄: V
表目錄: VI
第一章、緒論 1
1-1.前言 1
1-2.研究動機 2
第二章、理論及相關研究 3
2-1.超音波原理 3
2-2.超音波影像模式 4
2-3.單陣元超音波探頭與雙陣元超音波探頭比較 6
2-4.光學定位技術 7
第三章、研究材料與方法: 9
3-1.超音波探頭材料及規格 9
3-2.雙陣元超音波探頭製作 11
3-3.量測系統架構 13
3-4.人體掃描 14
第四章、結果與討論 15
4-1.超音波效能驗證 15
4-2.人體掃描驗證 17
4-3.MATLAB 計算橫截面積 19
4-4.結論與未來展望 20
第五章、參考資料 21
圖目錄
Fig. 1A-Mode 訊號 4
Fig. 2 B-Mode 影像 5
Fig. 3單陣元超音波探頭影像 6
Fig. 4雙陣元超音波探頭影像 6
Fig. 5光學裝置示意圖 7
Fig. 6位移偵測 8
Fig. 7探頭結構圖 12
Fig. 8探頭實照 12
Fig. 9掃瞄系統架構圖 13
Fig. 10於大腿做標記上掃描 14
Fig. 11實際聲場量測結果,編號A.和B.代表兩個陣元各自的聲場,A.& B.代表兩個聲場疊合後的聲場。 15
Fig. 12透過馬達掃描驗證不同深度之橫向解析度。 16
Fig. 13部位a. Leltek 股直肌影像 17
Fig. 14部位a. 本系統掃描 股直肌影像 17
Fig. 15部位b. Leltek 股直肌影像 18
Fig. 16部位b. 本系統掃描 股直肌影像 18
Fig. 17部位c. Leltek 股直肌影像 18
Fig. 18部位c. 本系統掃描 股直肌影像 18
Fig. 19 ROI 圈選股直肌邊界 19
Fig. 20陣列式探頭與雙陣元探頭量測的橫截面積比較 19

表目錄
Table 1 壓電材料參數表 9
Table 2 晶片加工層材料參數表 10
[1] Hides, J. A., Richardson, C. A., & Jull, G. A. (1995). Magnetic resonance imaging and ultrasonography of the lumbar multifidus muscle. Comparison of two different modalities. Spine, 20(1), 54-58.

[2] Walton, J., Roberts, N., & Whitehouse, G. (1997). Measurement of the quadriceps femoris muscle using magnetic resonance and ultrasound imaging. British journal of sports medicine, 31(1), 59-64.

[3] W. Nijholt, H. Jager-Wittenaar, I. S. Raj, C. P. van der Schans, and H. Hobbelen, "Reliability and validity of ultrasound to estimate muscles: a comparison between different transducers and parameters," Clinical Nutrition ESPEN, vol. 35, pp. 146-152, 2020.

[4] Blazevich AJ, Coleman DR, Horne S, Cannavan D. Anatomical predictors of maximum isometric and concentric knee extensor moment. Eur J Appl Physiol (2009); 105: 869–878.

[5] Palmer, T.B, Akehi, K., Thiele, R.M., Smith, D.B. & Thompson, B.J. (2015). Reliability of Panoramic UltrasoundImaging in Simultaneously Examining Muscle Size and Quality of the Hamstring Muscles in Young,
Healthy Males and Females. Ultrasound in Medicine & Biology, 41(3), 675-684.

[6] T. J. MacGillivray, E. Ross, H. A. Simpson, and C. A. Greig, "3D freehand ultrasound for in vivo determination of human skeletal muscle volume," Ultrasound in medicine & biology, vol. 35, no. 6, pp. 928-935, 2009.


[7] G. M. Treece, A. H. Gee, R. W. Prager, C. J. Cash, and L. H. Berman, "High-definition freehand 3-D ultrasound," Ultrasound in medicine & biology, vol. 29, no. 4, pp. 529-546, 2003
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