18/7/2011 1 ULTRASSONOGRAFIA MÚSCULO

18/7/2011
ULTRASSONOGRAFIA
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM BIOMECÂNICA
EEFD - UFRJ
MÚSCULO ESQUELÉTICO
DANIEL DE SOUZA ALVES
[email protected]
Organização micro e macroscópica
Músculo Esquelético
FUNÇÃO baseada na anatomia.
Cruzam mais de uma articulação:
Ex: Reto femural
Quadril fixo: Extensor do joelho
Joelho fixo: Flexor do quadril
Retorno do agachamento: Age durante a extensão do quadril e do joelho
CLASSIFICAÇÃO DA FUNÇÃO
MUSCULAR ATRAVÉS DA
ANATOMIA
?
Reto femoral
• Cria momento extensor no
joelho
• Cria momento flexor no
quadril
SITUAÇÃO ESPECÍFICA
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Músculo Esquelético
Músculo Esquelético
Tecido Muscular
Tecido Conjuntivo
•Fáscias
•Envoltórios
•Tendões
•Estruturas do Sarcômero
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1
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Arquitetura Muscular
Músculo Esquelético
Propriedades mecânicas
do componente contrátil
Arranjo
das fibras
Propriedades físicas do
componente elástico
Arquitetura Muscular
Produção
da força
Função
muscular
Frequência X Resolução*
8
7
Arquitetura Muscular
Arquitetura Muscular
Parâmetros de arquitetura muscular humana inicialmente obtidos de
pesquisas in vitro, com peças anatômicas
técnicas de fixação e idade
avançada dos indivíduos
Parâmetros de arquitetura muscular humana inicialmente
obtidos de pesquisas in vitro, com peças anatômicas
(década de 60):
≠
contexto fisiológico real in vivo
Técnicas de imagem, não-invasivas = estudo da arquitetura muscular in vivo,
durante contrações musculares ou em repouso.
Massa
Fixação comprimento do músculo e ângulo de penação
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9
Introdução
Introdução
Técnicas de Imagem
Ultrassonografia
• Imagem em tempo-real
• Bom contraste entre tecidos
• Não exposição à radiação
ionizante
• Não invasivo
Tomografia
Computadorizada (TC)
Ressonância Magnética (RM)
• Portabilidade
Ultrassonografia (US)
• Fácil manuseio
in vitro e ex vivo
• Baixo custo relativo
X
in vivo
Maior fidedignidade, situações reais
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2
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Arquitetura Muscular
Músculo Esquelético
Parâmetros de arquitetura muscular humana inicialmente obtidos de
pesquisas in vitro, com peças anatômicas
técnicas de fixação e idade
avançada dos indivíduos
≠
contexto fisiológico real in vivo
Técnicas de imagem, não-invasivas = estudo da arquitetura muscular in vivo,
durante contrações musculares ou em repouso.
Validação* de medições da arquitetura muscular
populações distintas
peças anatômicas
comparação com RM
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Ultra-som
Ângulo de penação
Comprimento do fascículo
Aponeurose superficial
• Arquitetura
Aponeurose
profunda
Muscular
Curvatura do fascículo
Espessura muscular
plantaris
GM
GL
Volume muscular
Área de seção transversa anatômica/fisiológica
Deslocamento do tendão
10 mm
• Mecânica dos Tendões
Fascículo
Deformação relativa (strain)
Rigidez (stiffness)
Marca externa
Módulo de Young (stress/strain)
gastroc.
tendão
Tendão
calcanear
GM
Histerese
• Geometria articular
Braço de força
10 mm
Força muscular  Torque articular
Junção miotendínea
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Arquitetura Muscular
Ângulo de Penação
Disposição e inserção das fibras musculares
Parâmetros medidos X Parâmetros estimados
O ângulo agudo formado entre as fibras e a aponeurose
interna é denominado ângulo de penação.
As medidas da arquitetura muscular são importantes parâmetros de
entrada em diversos modelos para estimativa da força muscular, como
os modelos geométricos tipo-Hill. Em alguns casos, são aplicados em
estágios intermediários para estimativa de outros parâmetros de
entrada como volume muscular, área de seção transversa fisiológica e
braço de força.
Até 30º (aproximadamente)
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18
3
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Ângulo de Penação
Ângulo de Penação
Menor transmissão de força ao tendão?
30º 86%
Até 30º (aproximadamente)
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Material contrátil X Componente efetiva*
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Ângulo de Penação
GM
GL
Tendão
calcanear
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Comprimento do Fascículo
Correspondente ao comprimento da fibra muscular
Músculos
Fusiformes
Músculos
Penados
Distância entre as
JMT
Distância entre as
aponeuroses
Sartório = 40,3 cm
Tibial posterior = 3,78 cm
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Comprimento do Fascículo
Comprimento do Fascículo
O CF também está diretamente relacionado à capacidade de tensão máxima e
esta relação descreve a curva comprimento-tensão.
Pequenas alterações no comprimento de um músculo penado tem efeitos
relativos mais significativos do que em fusiformes, podendo deslocar o músculo
para posições desvantajosas para geração de força de acordo com a curva
comprimento-tensão.
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28
Comprimento do Fascículo
MUSCULO COM FIBRAS LONGAS
Comprimento do Fascículo
GM
GL
Tendão
calcanear
30
29
Curvatura do Fascículo
Recíproco do raio*
Curvatura do Fascículo
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Espessura Muscular
Espessura Muscular
Distância perpendicular entre as aponeuroses interna e
externa, medida em local de maior diâmetro muscular.
1
2
GM
GL
Utilizada em análises da força e função muscular.
(Medida 1 +Medida 2) / 2
Forte correlação com o volume muscular
Tendão
calcanear
Imagem longitudinal
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Espessura Muscular
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Volume Muscular
O VM é normalmente estimado pelo somatório de volumes
segmentares calculados pelo produto entre as áreas de seção
transversa e a distância entre elas.*
GM
GL
Tendão
calcanear
Imagem transversal
Volume Muscular
Equações de regressão múltipla para estimativa do volume muscular (VM),
utilizando espessura muscular (EM), comprimento do segmento (CS), altura
(ALT), circunferência do segmento (CIRC) e massa corporal (P)
Miyatani et al. (2004) investigaram a precisão e a confiabilidade
da estimativa do VM obtida a partir de medidas de EM de imagens
ultrassônicas. Para tanto, compararam o valor obtido para o VM
com a técnica de RM.
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ASTA e ASTF
Área de Seção Transversa Anatômica (ASTA) e Fisiológica (ASTF)
A ASTA = área do maior plano transversal
do músculo, independente de sua geometria
muscular.
ÁSTF = soma da área de seção transversa
de todas as fibras musculares.
Importante na quantificação da capacidade
de produção de força muscular
Músculos fusiformes: ASTA = ASTF
Músculos
penados:
necessário
um
redimensionamento relacionado ao ângulo
de penação
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ASTA
ASTA e ASTF
Measurement of vastus medialis oblique muscle cross-sectional area on patellar-base level.
ASTF (cm2) =
Massa muscular (g) x cos θ
ρ (g/cm3) x comprimento da fibra (cm)
ρ (densidade do músculo) = 1,056 g/cm3
Song C et al. PHYS THER 2009;89:409-418
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©2009 by American Physical Therapy Association
Parâmetros do Tendão
ASTF
(cm2)
=
Massa musc. (g) x cos θ
ρ (g/cm3) x comp. da fibra (cm)
As variações de comprimento, constatadas em situações como
contrações isométricas voluntárias máximas e mobilizações
articulares passivas, confere aos tendões grande importância
dentro do sistema ósteo-mio-articular, afetando diretamente a
mecânica muscular e o potencial de produção de força
VOLUME
ASTF (cm2) =
Volume (cm3) x cos θ
Comp. da fibra (cm)
Benefícios do uso da ultrassonografia:
2 porções
In vivo
Comportamento
diferenciado
Alterações nas
propriedades
mecânicas
AST
ASTF (cm2) = AST (cm2) x cos θ
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Deformação Relativa (Strain)
Deformação Relativa (Strain)
As propriedades normalmente avaliadas através da US são a deformação relativa e a
tensão. A deformação relativa do tendão é estimada através da quantificação do
deslocamento da junção miotendínea durante o movimento articular. É calculada pela
razão entre a variação de comprimento e o comprimento original da estrutura deformada,
sendo uma grandeza adimensional normalmente expressa em termos percentuais.
Aponeurose Superficial
Junção Miotendínea
ε=
L – L0
Aponeurose Profunda
L0
Onde,
ε: deformação relativa (strain);
L: comprimento final;
L0: comprimento inicial.
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Deformação Relativa (Strain)
Deformação Relativa (Strain)
Passo 1: Determinar o comprimento de repouso do tendão
Encontrar a inserção do tendão no osso e marcar na pele
Encontrar a junção miotendínea e marcar na pele
Medir a distância entre as marcações
Passo 2: Determinar a variação no comprimento através do movimento da
junção miotendínea
Tensão (Stress)
Deformação Relativa (Strain)
σ
=
F
A
Onde,
σ: stress (N/m2);
F: Força no tendão (N);
A: Área de secção transversa (AST) (m2).
Relativa?
Passo 2: Determinar a variação no comprimento através do movimento da
junção miotendínea
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Rigidez (Stiffness)
Tensão (Stress)
GM
GL
F
k =
δ
Onde,
Tendão
calcanear
k: rigidez (stiffness);
F: força (N);
δ: deslocamento (m).
“Resistência à deformação”
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Módulo de Young
Braço de Força
Distância perpendicular entre a linha
de ação do músculo e o eixo de
rotação da articulação.
σ
E =
Durante um movimento articular esta
distância
apresenta
variações,
dependendo
das
características
anatômicas
da
articulação
em
questão.
ε
Onde,
E: Módulo de Young’s (Pascal).
Parâmetro fundamental em modelos
mecânicos para a estimativa da
participação de grupos musculares na
produção do torque articular total.
BF1
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Braço de Força
Importância
desportiva
na
área
clínica
BF2
e
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Braço de Força
Primeiros trabalhos realizados
por An et. al em 1983
Primeiros trabalhos realizados
por An et. al em 1983 - método
de excursão do tendão
Medidas in vitro:
• alterações das propriedades
• BF médio
BF = dx/dφ
distância variável
entre indvíduos
diversas posições articulares
BF1
BF2
in vivo
BF1
BF2
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Confiabilidade
Braço de Força
Método de excursão do tendão (An et
al., 1984) adaptado para condições in
vivo (Ito et al., 2000 e Maganaris,
2000).
BF = dx/dθ
Confiabilidade das medidas de arquitetura muscular com US
Análise estatística: coeficiente de variação, índice de correlação
intraclasse, erro típico da medida etc.
Vezes x Imagens x Avaliadores x Dias
Poucos estudos
Estudos com intervenção: Erro da medição?
Maganaris, 2003.
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Confiabilidade
Confiabilidade
Ex: Comprimento do Fascículo (CF) e Ângulo de Penação (AP)
Ex: Espessura Muscular, Comprimento do Fascículo e Ângulo de
Penação
Maganaris et al. (1998) estudaram o padrão da arquitetura muscular do
tríceps sural durante contrações isométricas voluntárias máximas e repouso.
Nove imagens de US foram realizadas em diferentes locais do ventre
muscular. Não houve diferença significativa no CF e AP entre as regiões
analisadas, apesar da grande diferença entre o repouso e contração.
A repetibilidade das medições foi avaliada em dois dias separados em testepiloto com dez indivíduos e foi encontrado coeficiente de correlação
intraclasse de 0,985.
Chleboun et al. (2001) compararam medidas diretas de AP e CF do bíceps
femoral de cadáveres com obtidas em imagens de US e não encontraram
diferenças significativas.
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Atividade
Miyatani et al. (2000) demonstraram a acurácia de medições de EM
utilizando a US para aquisição de imagens em um cadáver. A média de EM
quantificada nas imagens foi 1,8% menor do que a média dos dados obtidos
diretamente, embora sem diferença estatística significativa.
Maganaris et al. (1998) testaram a reprodutibilidade das medidas de
arquitetura muscular em imagens adquiridas de um mesmo indivíduo,
durante dez dias consecutivos. Os autores encontraram valores de
coeficiente de variação de 2,9, 4,9 e 4,3% para a EM, AP e CF,
respectivamente.
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Semana Intensiva
Determinação do volume muscular dos flexores do cotovelo através
da medição da espessura muscular em duas regiões do ventre
muscular
Medição da variação do ângulo de penação no músculo vasto lateral
nas condições de repouso e CVM e em posição alongadas e
encurtadas
Determinação da ASTA do reto femoral e do tendão patelar com
cálculo da correlação entre tais parâmetros
Determinação da deformação relativa do tendão calcanear e da
variação do ângulo de penação/comprimento da fibra do
gastrocnêmio durante mobilização passiva do tornozelo
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