Biomechanical and clinical gait research observes muscles and tendons in limbs to study their functions and behaviour. Therefore, movements of distinct anatomical landmarks, such as muscle-tendon junctions, are frequently measured. We propose a reliable and time efficient machine-learning approach to track these junctions in ultrasound videos and support clinical biomechanists in gait analysis. In order to facilitate this process, a method based on deep-learning was introduced. We gathered an extensive dataset, covering 3 functional movements, 2 muscles, collected on 123 healthy and 38 impaired subjects with 3 different ultrasound systems, and providing a total of 66864 annotated ultrasound images in our network training. Furthermore, we used data collected across independent laboratories and curated by researchers with varying levels of experience. For the evaluation of our method a diverse test-set was selected that is independently verified by four specialists. We show that our model achieves similar performance scores to the four human specialists in identifying the muscle-tendon junction position. Our method provides time-efficient tracking of muscle-tendon junctions, with prediction times of up to 0.078 seconds per frame (approx. 100 times faster than manual labeling). All our codes, trained models and test-set were made publicly available and our model is provided as a free-to-use online service on https://deepmtj.org/.


翻译:生物机械学和临床行为研究观察肌肉和肢部的肌肉和肢部,以研究其功能和行为。因此,经常测量不同的解剖地标,如肌肉-铁球十字路口的移动。我们建议一种可靠和时间高效的机器学习方法,以超声波录像跟踪这些十字路口,并支持临床生物机械学家进行运动分析。为了便利这一进程,采用了基于深层学习的方法。我们收集了一套广泛的数据集,包括3个功能运动,2个肌肉,收集在123个健康、38个受损的科目上,并有3个不同的超声波系统,提供总共66864个附加说明的超声波图像。此外,我们使用了独立实验室收集的数据,由经验水平不一的研究人员整理。为了评估我们的方法,挑选了一种不同的测试集,由4名专家独立核实。我们模型在确定肌肉-温度交接点位置方面与4名人类专家取得类似的性能评分。我们的方法提供了具有时间效率的肌肉-十度交叉点的跟踪,在我们的网络培训培训中提供了总共0.07秒的预测时间和每10摄像标。我们经过免费测试的模型。

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