非线性三峰Radiodensitometric分布的回归分析来量化Sarcopenic和后遗症肌肉退化

文摘

肌肉退化一直认定为高死亡率的独立危险因素在人口老龄化和个人患有神经肌肉病变或损伤。虽然有许多现存文献对其量化和相关并发症,定量分析黄金标准在这方面仍然是未定义的。这里,我们假设严格量化整个radiodensitometric分布引出更多的肌肉质量信息比平均值现存方法的报道。这项研究报告的发展和效用radiodensitometric分布的非线性三峰回归分析方法利用大腿肌肉CT扫描的一个健康的年轻人,一个健康的老人,和一个脊髓损伤病人。使用的方法是与那群评估和手术后的差异在他们的健康和手术的腿。从最初的代表模型结果引起高程度的相关性胡锦涛分布,强调生理和回归参数之间的明显差异科目。此外,结果那群呼应生理理由,表示显著改善在手术后双腿肌肉质量。总的说来,这些研究结果突出小说的效用参数从整个胡锦涛分布,可以提供洞察最优量化的肌肉退化。

1。介绍

肌肉退化,表现为肌肉的逐步丧失,力量,和功能,一直认为是一个独立的危险因素高死亡率的人口老龄化和个人患有神经肌肉病理或伤害(1- - - - - -7]。当与年龄增长有关,这种现象被定义为sarcopenia,虽然其发病率一直容易与深刻的减少身体活动和活力,精确、定量方法定义其诊断和病因仍然是未知的8- - - - - -10]。然而,尽管没有一个公认的定义,现存临床文献普遍承认sarcopenia协会与骨骼肌结构和功能的丧失,和许多机制与管理这些变化(11- - - - - -20.]。一般来说,noncontractile组织浸润通常与肌肉变性有关,根据肌肉的损失,带来脆弱的风险增加,残疾,减少流动性,并最终住院(21- - - - - -24]。然而,最重要的是,sarcopenic肌肉退化直接相关的最终死亡率在中年人和老年人25,26]。建议普遍超过50%的人超过80岁,很明显,识别一个规范的临床定义sarcopenia日益老化的世界(相当重要7]。

的潜在机制支配肌肉变性sarcopenia同样的上下文中被确认神经肌肉病理或受伤。事实上,戏剧性的有害的肌肉组成和功能的改变在这些病人牵扯加速类似物在sarcopenia更改证明。这个概念尤其明显在脊髓损伤(SCI)患者,从下运动神经元瘫痪去神经大大减少骨骼肌质量和增加当地肌肉脂肪过多和纤维化(27]。除了SCI,骨骼肌退化由于疾病,称为恶病质,已经近似地与相对增加肌肉脂肪过多,也同样被恶病的病人的死亡率和发病率增加相关(28- - - - - -30.]。然而,最优指标来评估这些变化在骨骼肌质量仍然争论不休。

确定定量黄金标准myological评估将允许平移肌肉系统的概括性研究临床实践,从而支持补偿目标的临床干预的迹象。事实上,有许多现存的文献关于肌肉质量的调查和暗示它的使用作为一个疾病指数(13,31日- - - - - -40),但这些研究一般分享一些共性之间的定量评价方法。然而,仍然无处不在的一个指标是平均的使用radiodensitometric胡锦涛值从整个横截面或卷描述了肌肉质量。虽然这个值可能确实描述一般肥胖倾向的变化,平均图像矩阵在这方面的可能性消除大量的分布特征,可以阐明其他肌肉的细微差别。

然而,使用整个radiodensitometric分布评估肌肉质量仍未报告的。患病率的增加sarcopenic cachexic肌肉退化需要建立定量myological评估的金标准。这是本研究的主要动机,本报告一种新型非线性三峰的发展回归分析方法利用CT扫描的radiodensitometric分布定义大腿的一个健康的年轻人,一个健康的老人,和一个SCI患者完成下运动神经元去神经。该方法进一步测试了一群全髋关节置换术(THA)患者,手术和健康腿的评估之前和手术后一年。这些评估的结果突出了实用的利用整个胡锦涛衰减值分布和确定新的参数,可以提供进一步了解如何最优量化肌肉退化。

2。材料和方法

2.1。主题的细节和招聘

首先确定潜在的肌肉变性途径的差异,就是明证胡细微变化分布,三个受试者被利用在本研究的第一部分。第一个主题是一个健康,35岁的成年男性主题,第二个是一个健康的68岁的老年男性。受试者的CT扫描都是作为一般的一部分志愿者获得数据集的研究在我们的设施。第三主题是一位52岁男性因盆腔大规模渗透坐骨神经,这部分在手术过程中牺牲了。皮肤感觉和自愿anterior-external腿运动手术后获救,但尽管大腿的进行性神经移植后腿部肌肉,完整的去神经胫骨前和严重的部分去神经glutei和后肌肉的大腿被确认手术后一年。CT图像在这个时候获得通过学术与RISE2-Italy合作项目对于本研究[41- - - - - -43]。为了进一步支持报道的实用方法,CT扫描从健康和手术的腿15主患者使用。病人数据得到作为我们持续合作的一部分数据库与冰岛国家医院(Landspitali,雷克雅未克)。

2.2。CT采集和软组织立体像素分割

所有的参与者在项目与64年飞利浦华晨螺旋ct机扫描。扫描区域扩展从髂骨股骨(图的中间1)。协议包括切片厚度1毫米,形象片的增量为0.5毫米,设置为120 keV管强度。为了组装3 d模型的每个病人的腿软组织立体像素分割,每个病人的CT扫描是导入到模拟软件(实现,比利时的鲁汶,可用http://biomedical.materialise.com/mimics)。组织成分在每个腿卷被胡将CT数字转换为量化值作为初值(42]。他们用这些体素内分割体积为三个胡的间隔,这是显示在图1如下:200−−10,−9到40,到200年胡锦涛表示,分别脂肪(黄色),疏松结缔组织和肌肉萎缩(青色),和正常的肌肉(红色)。

2.3。体素分布装箱

为每个主题,胡锦涛分布来自加法和转换每个体素的CT值根据以下线性变换表达式,定义为离散分布到128年CT垃圾箱的总范围到200年在文献[执行34,42- - - - - -45]: 每个合成为回归分析直方图被导出。应该注意的是,为了比较病理肌肉变性sarcopenic退化,只剩下radiodensitometric分布从受试者的腿被利用在本研究的第一部分。然而,健康的双腿被用于分析病人。

2.4。统计分析

结果那群分析评估统计学意义的双尾异方差的学生的测试。被认为具有统计显著性差异。

2.5。方法:非线性三峰回归分析

方法用来计算定义每个胡分布是一个修改方法进行非线性回归分析。首先,每个分布的一般方程被定义为一个quasi-probability密度函数加法两个倾斜和一个标准()高斯概率密度函数(): 在哪里振幅,的位置,是宽度,的偏态分布,所有这些在每个迭代评估CT本,这里定义为因变量,。这个定义从假设每个合成胡三峰分布,它们由三个独立的组织类型的线性衰减系数胡占据不同的领域,即脂肪10−胡疏松结缔组织和肌肉萎缩到40和正常的肌肉到200年。此外,我们推测,脂肪和肌肉内的内心倾斜的不对称峰可以用偏态描述(误差函数定义的组件,误差补函数)的概率密度函数,而中央结缔组织分布假定为一个正常的,nonskewed高斯分布。利用这个定义,理论曲线生成采用迭代广义梯度下降算法通过最小化在每个CT本标准误差值的总和,概率密度函数,从而生成一个11-parameter矩阵变量。该算法迭代每个函数变量根据每一步的计算方差,和新试验值的选择是根据计算的利率变化的方差作为新的输入生成。标准误差的总和最小化的每个点,从而确定系数的最大化,根据标准定义,计算(46]。

的说明这个概念图所示的结果2三种组织类型和各自的概率密度函数描述。

3所示。结果与讨论

3.1。最初的案例研究:比较退化的途径

结果显示在图是显而易见的3,有重要的定性差异胡的形状分布的健康,老年人,和病理学科。健康主题展览的曲线确定高烈度肌肉峰和相对减弱脂肪峰,而脂肪和肌肉组件在老年人中主体的曲线明显相反的外表。与之相反,病理引起一个分布与脂肪和肌肉严重倾斜的山峰都同样紧密和胡转向负面价值。

胡的典型指标相比平均价值,显然,胡健康主题的平均价值明显转向肌肉分布峰值。然而,老年人的平均胡值和病态的受试者几乎无法分辨。更好地探索显然钝角差异分布,每个回归分析参数编译和比较了三个主题。胡的定性区分差异分布进一步以回归分析的结果和编译在图4。

很明显,如图4,每一个分布参数赋予其独特的差异和对象之间的关系。振幅参数,,引出特别有趣的结果当会计的组织类型;老年人的脂肪振幅至少四倍大的比其他科目,和控制主体的肌肉振幅最大的至少是双重的。然而,结缔组织振幅是最高的病态问题;有趣的是,这些值增加近线性主题之间,最低的结缔组织振幅控制话题。这些数据在肌肉和脂肪组织定性明显峰值,但有些不太明显的中央结缔组织峰值。重要的是要记得,我们的定义为结缔组织分布占水当量和loose-fibrous组织总是健康的腿卷的一部分,但退化,不健康的肌肉与提到的重要的脂肪浸润同样填充这胡衰减中部地区。这个概念很好描述由结缔组织放大逐步增加从控制受老年人和病理学科。

一个类似的线性明显偏态观察脂肪组织时,几乎是零的控制主体和极端(高度负)病理问题。有趣的是,肌肉偏态是零在老年人和对照组和非零但非常小(0.07)的病理问题。这些数据表明,脂肪峰的积极的不对称可能同样是由于脂肪组织逐渐渗透到更高的胡锦涛价值肌肉组织。然而,随着这种偏态关系不相称的肌肉,目前尚不清楚是否偏态作为一个变量可以完全描述肌肉退化。

位置参数是几乎相同的主题之间的脂肪分布,但老年人肌肉峰值位置异常高的话题。同样,控制主体有一个非常积极的结缔组织胡锦涛的位置,而其他科目的值是负的。虽然不那么重要,也许,这些成果仍然是有趣的,表明胡中央政权结缔组织分布转向更消极,“胖”胡老人和病理学科的值。然而,脂肪峰仍未移位,但出乎意料的是,肌肉峰高胡老人的价值主体和几乎相同的控制和病理学科。

最后,宽度参数对象表现出明显的差异。控制主体最宽的脂肪分布,但控制肌肉的宽度至少两个低于其他科目。同样,尽管老人和病理学科有相似的脂肪和肌肉宽度,老年人主题引起了相对更高的结缔组织分布宽度。生理宽度作为参数的解释有点模糊,但是有人会说,一个清晰定义的肌肉和/或脂肪峰可能建议比较减少肌肉退化。支持这个概念控制主体的肌肉被显著降低峰值宽度相比其他科目”,但这是由脂肪峰不受支持的结果。

3.2。评估肌肉全髋关节置换术后的变化

正如前面提到的,报告方法的潜在效用与一群15那病人进一步测试来评估手术后大腿肌肉的变化。为此,胡锦涛分布从每个病人获得那些将要动手术和一年期术后CT扫描。每个分布参数分析了健康和手术的腿,和统计学意义差异进行评估。

很明显,如图5,结果从我们那群分析进一步支持许多提到的回归参数和肌肉退化的程度之间的关系,如果一个运行在生理假设病人手术的腿自然会比健康更少利用腿。一般来说,脂肪振幅下降而肌肉振幅增加手术后一年。然而,只有在有效的腿肌肉观察振幅显著增加。结缔组织振幅都明显低于脂肪和肌肉。

关于位置参数,在肌肉和脂肪的峰值最小变化明显,但与先前的观察,相称的结缔组织位置值有显著的增加在健康和手术的腿手术后一年。这说明认为结缔组织分布可能转向健康的肌肉后一年的矫正移动和使用规范。事实上,再一次,这是最明显的和非常重要的手术的腿。

宽度参数引起腿或有意义的变化不显著,但依照之前的观察,结缔组织峰值宽度明显大于肌肉或脂肪山峰,这都是在大小几乎相同的两条腿。虽然不是明显有用,但它仍然是有趣的,每个分布参数似乎有自己的敏感性对人口。

最后,偏态参数减少健康和有效的脂肪含量大小山峰,但仍相对稳定和小(小于1)肌肉的峰值,但有一个例外:术前肌峰值明显高于其他人。我们以前看到病理学科更极端的(负面)脂肪比其他两个初始偏态主题,表明渗透和/或肌内脂肪的积聚在他肌肉退化。这里再次同样明显,手术腿的那群引起更极端,比其他脂肪峰负偏态值。

总之,这些结果表明显著提高肌肉质量在手术后两条腿,一个概念在病人手术腿表现得最为明显。这些数据进一步支持了这种观点,即每个胡分布参数可能有特定范围的特异性时肌肉的评估,从而表明方法的实用程序是一个简单的指标对肌肉的退化。

3.3。探索部分体积效应

讨论的一个更常见的主题关于组织从医学图像分割的部分体积效应(私企)。这种现象可以定义为富达在小区域或形态的损失限制在一个特定的空间分辨率成像形态,并通过特定的相关性在正电子发射断层扫描(PET)和传播颅内组织使用磁共振成像(MRI) [47]。在我们的研究中,人们可能会认为,最初可能需要正确的像素边界的肌肉组织和皮下脂肪,由于通过在这些像素最高。虽然这可能的确允许一个更好的脂肪肌肉分割富达,有人可能认为,肌纤维的退化会容易通过规定的患病率在我们的CT图像。边界像素的修正将因此我们希望考虑正确的像素分布,很明显,他们的存在可以被用作支持度量评估肌肉退化。

为了测试这个想法,我们把控制主体的胡锦涛CT扫描和分段two-pixel宽边界层之间的脂肪和肌肉组织。这些像素被减去从胡在其给定值分布和分配给脂肪或肌肉意味着胡锦涛价值基于组织各自的亲近。从这个分析结果如图所示6。从这些结果是显而易见的,这些像素的减法减少导致了一个伟大的中央结缔组织分布和引起最小的回归分析参数值的变化。然而,显著减少水当量和疏松结缔组织峰值突出的可能性通过修正删除有用的数据,特别是考虑到退化肌肉和渗透性的脂肪组织很可能存在于这个地区。

这是同样有用的评估这些主题胡根据他们的平均价值,这是经常被引用的方法,CT分析,如前所述。很明显,如图3,这种分析给老年人和病态的患者之间没有明显的区别,但胡健康主题的平均价值远远高于其他人。胡这些结果表明,平均的使用价值不能区分老年和病理分布,尽管有明确的证据表明,有显著差异如何证明他们的肌肉变性radiodensitometric曲线参数。

4所示。结论

虽然有许多现存的文献报道使用平均胡锦涛价值观调查肌肉质量和效用作为发病率指数,没有研究利用整个radiodensitometric分布。患病率的增加sarcopenic cachexic肌肉退化需要建立一个健壮的定量myological评估方法。在此,我们假设严格量化整个胡分布可以得到更多的信息关于肌肉质量比现存的方法。这项研究报告的开发和使用这种方法,我们在评估大腿肌肉质量利用非线性三峰回归分析与radiodensitometric分布的计算机断层扫描(CT)扫描一个健康的年轻人,一个健康的老人,和一个脊髓损伤病人表现出完整的降低运动神经元去神经。我们这些初步结果表明,生理上的理由再次证明使用一群全髋关节置换术(THA)科目。而使用更多的受试者将必须加强这里的生理索赔报告,这些结果完全突出我们的潜在效用法和利用整个胡锦涛衰减值分布的重要性。我们同样发现了一系列新颖的回归参数从这些分析,可以提供进一步了解如何最优量化肌肉退化。这些概念支持这样的结论,我们的方法可能是一个关键的第一步发展的一个新的黄金标准的分析肌肉。

伦理批准

伦理批准冰岛主题数据采集,在此在这项研究中,由冰岛获得科学和伦理委员会(俄文道德规范,cf。第二条第三款规定高等教育机构没有行动。63/2006)。所有的信息主体身份是保密的,并将继续是,治疗根据“采取行动保护隐私的个人数据的处理,“没有。77/2000。

同意

所有受试者签署知情同意协议关于他们的参与和获得数据的匿名出版。知情同意的文件起草根据冰岛生物伦理学委员会制定的指导方针(Visindasiðanefnd、HafnarhæusiðTryggvagata 17日101雷克雅未克,冰岛)批准引用ID 13 - 127 s1。

信息披露

没有具体的收购数据将外部实体,以及任何和所有电子数据可能分布在个人合作是完全匿名的。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作在一定程度上由欧洲委员会资助的项目范围的护照。作者感谢Ramtin夏姆斯帮助与实验。他们感谢戴安娜Mateus和Selen Atasoy兴奋的讨论流形学习。他们感谢达Zikic他们的反馈的手稿。

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