Umeå universitets logga

umu.sePublikationer
Driftstörningar
Det förekommer återkommande driftstörningar på några av sök-portalerna på grund av hög belastning. Vi arbetar på att lösa problemet, ni kan tillfälligt mötas av ett felmeddelande.
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Deep Learning Pipeline for Identification of Motor Units in Musculoskeletal Ultrasound
Umeå universitet, Medicinska fakulteten, Institutionen för strålningsvetenskaper, Radiofysik.ORCID-id: 0000-0003-3058-5794
Umeå universitet, Medicinska fakulteten, Institutionen för strålningsvetenskaper, Radiofysik.
Umeå universitet, Medicinska fakulteten, Institutionen för strålningsvetenskaper, Radiofysik.ORCID-id: 0000-0003-4328-5467
Umeå universitet, Medicinska fakulteten, Institutionen för strålningsvetenskaper, Radiofysik.ORCID-id: 0000-0003-4288-1208
2020 (Engelska)Ingår i: IEEE Access, E-ISSN 2169-3536, Vol. 8, s. 170595-170608Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Skeletal muscles are functionally regulated by populations of so-called motor units (MUs). An MU comprises a bundle of muscle fibers controlled by a neuron from the spinal cord. Current methods to diagnose neuromuscular diseases and monitor rehabilitation, and study sports sciences rely on recording and analyzing the bio-electric activity of the MUs. However, these methods provide information from a limited part of a muscle. Ultrasound imaging provides information from a large part of the muscle. It has recently been shown that ultrafast ultrasound imaging can be used to record and analyze the mechanical response of individual MUs using blind source separation. In this work, we present an alternative method - a deep learning pipeline - to identify active MUs in ultrasound image sequences, including segmentation of their territories and signal estimation of their mechanical responses (twitch train). We train and evaluate the model using simulated data mimicking the complex activation pattern of tens of activated MUs with overlapping territories and partially synchronized activation patterns. Using a slow fusion approach (based on 3D CNNs), we transform the spatiotemporal image sequence data to 2D representations and apply a deep neural network architecture for segmentation. Next, we employ a second deep neural network architecture for signal estimation. The results show that the proposed pipeline can effectively identify individual MUs, estimate their territories, and estimate their twitch train signal at low contraction forces. The framework can retain spatio-temporal consistencies and information of the mechanical response of MU activity even when the ultrasound image sequences are transformed into a 2D representation for compatibility with more traditional computer vision and image processing techniques. The proposed pipeline is potentially useful to identify simultaneously active MUs in whole muscles in ultrasound image sequences of voluntary skeletal muscle contractions at low force levels.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
IEEE, 2020. Vol. 8, s. 170595-170608
Nyckelord [en]
Motor unit, decomposition, ultrafast ultrasound, medical imaging, deep learning, mechanical response, neural networks, recurrent neural networks
Nationell ämneskategori
Medicinsk bildvetenskap Fysiologi och anatomi Medicinteknik Datorgrafik och datorseende
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-175421DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3023495ISI: 000572919100001Scopus ID: 2-s2.0-85102796911OAI: oai:DiVA.org:umu-175421DiVA, id: diva2:1471243
Tillgänglig från: 2020-09-28 Skapad: 2020-09-28 Senast uppdaterad: 2025-02-10Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(4447 kB)356 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 4447 kBChecksumma SHA-512
56b3d895ed463dae6abea51a8cebf47dfc0fa32c34366917bbdfe3f60869f309eb8993a1565ccc2efae7df97f18bb318dbdd668837d296118ddd42b45a4db9fa
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Ali, HazratUmander, JohannesRohlén, RobinGrönlund, Christer

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Ali, HazratUmander, JohannesRohlén, RobinGrönlund, Christer
Av organisationen
Radiofysik
I samma tidskrift
IEEE Access
Medicinsk bildvetenskapFysiologi och anatomiMedicinteknikDatorgrafik och datorseende

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 357 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 1151 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf