變數討論

由於超音波影像的來源參數及品質不一，因此在系統做患者的實際分析之前，

需對各個超音波影像參數做校正，並作結果的探討及統計，以便接下來對患者超 音波影像的分析。以下將取其中幾個變數做討論，並以本篇開發的系統做處理統 計實驗後，並做討論。以下所述及之實驗皆採步長(Step size)為 5 的參數設定做分 析。

1. 總增益(Total gain)：

總增益在影像中影響的為圖片的亮度。醫護人員在超音波診斷時，會依據每 位受試者的皮下組織厚度、肌肉組成不同，手動調整總增益的旋鈕至影像最清楚 的值，因此每張超音波影像的總增益不盡相同。另外其灰階統計圖、波浪圖隨亮 度的變化如圖4-1，此結果明顯指出亮度變化會造成灰階統計圖像右平移，並使波 浪圖向上平移，並不改變整體的分布情形，因此可以斷言總增益增加僅增加影像 亮度、各像素值提升一定的大小，並不會影響影像的品質與圖形分布。本篇之系 統由於利用Size criterion 作為自動調整增益的處理，因此總增益在處理結果的影響 程度將會大幅減低。

接下來的實驗中，將拍攝兩個正常人的手部二頭肌部分超音波影像(分別為劉 姓受試者及郝姓受試者，共兩組)，並在相同部位以不同的總增益值做量測，並由 系統分析出肌肉纖維百分比作分布圖，結果如圖4-2、圖 4-3 所示(標題的 Liu 表劉 姓受試者肌肉放鬆時受測，Hou 表郝姓受試者)。這些數據皆明顯的指出肌肉纖維

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百分比不會隨著總增益的而改變，其回歸直線的斜率絕對值極低(皆在 0.003 以下)，

因此可以判定輸入影像的總增益的不同並不會在本系統中造成干擾形成明顯誤 差。

2. 肌肉收縮：

肌肉用力時會收縮，放鬆時會舒張，但在超音波影像中的行為是肌肉用力時，

在同一截面觀測下，肌肉會比放鬆時來的大塊，因為肌肉用力時會收縮，肌肉細 胞會糾結在一起，接近橢球體形狀，截面積會比放鬆時來的大，但該截面的肌肉 纖維總量卻不會增加，因此理論上將肌肉收縮前後的超音波影像經由本系統處理 統計後，肌肉纖維比例收縮時會比舒張時低。

為了證明這項理論，分別對三位受試者在肌肉放鬆、用力2kg、用力 5kg 拍攝 手臂二頭肌的超音波影像，並經由本系統處理分析如表4-1，其用力方式為手舉相 對應重量的啞鈴，如用力2kg 即表示手舉 2kg 的啞鈴使手肘成 90 度角(注意：並非 為肌群直接受力2kg)。其中 liurelax 為劉姓受試者肌肉放鬆時肌肉超音波影像的分 析結果；wangcontract2kg 為王姓受試者手舉 2kg 啞鈴時肌肉的超音波影像分析的 結果，以此類推。

結果顯示出肌肉纖維比例隨用力收縮力道而下降，與上述之理論相符，但郝 姓受試者放鬆時的量測值不符，推測為超音波影像拍攝時探頭位置有些許偏移，

掃描到的並非為同一截面，才造成此誤差。

3. 跨使用者(Intra-rater)誤差：

超音波影像在拍攝的時候會因為臨床醫療人員的技術及熟練程度而有不同的 影像品質，會造成的影響如傾斜(Tilt)造成亮度、細節的變化等，使系統後續的分 析結果有所影響。

本段將對不同操作者對分析結果造成的綜合影響做實驗評估。首先利用同一

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台超音波儀器(Siemens Acuson S2000 US System, Munich, Germany)在相同的參數 設定下，對兩位受試者的手臂二頭肌拍攝超音波影像作分析，然拍攝時由受試者 自己拍攝一張超音波影像，將探頭移開後，再由另一位操作者拍攝一張。分析結 果如表4-2 所示，名稱欄的前項為受試者姓氏，後項為操作者姓氏，例如 liu-hou 即為郝姓操作者拍攝劉姓受試者的手臂二頭肌所得之超音波影像。

從分析結果可看出不同的操作者對分析結果的影響雖絕對值相差不大，但與 肌肉纖維比例之為小數值作比較，影響仍鉅，甚至會量測到不同截面而拍攝到完 全不同的肌肉部分，因此超音波影像應以同一位技術佳且操作成熟的操作者拍攝 為佳。本篇第二章所提及的患者超音波影像來源皆為國立台大醫院復健部王薏茜 醫師獨立拍攝完成，且為訓練完整的臨床醫師，所以此段討論的誤差的影響應可 降至最低。

4. 不同次(Intra-subject)誤差：

承上一段所述，不同操作者會對超音波影像的分析結果產生很大的影響，但對 同一操作者，在不同時間，也就是不同次的量測對分析結果產生的影響大小將會 在此段討論。

表4-3 為實驗結果，其中 liu1 為劉姓受試者對手臂二頭肌做第一次超音波影像 的拍攝，在移開探頭約五分鐘後，對同一部分肌肉進行超音波影像的拍攝，結果 為表中liu2 欄位，再進行相同步驟，結果為 liu3 欄位，以此類推。

結果顯示在同一位操作者下，分析出的肌肉纖維比例並不會相差太大，但郝 姓受試者的第三次量測由於受限於系統處理之步長較大的限制，因此將處理後影 像調至過暗才產生如此大的誤差，然而在本篇的超音波影像來源為同一位醫師操 作拍攝的情形下，將來對這些患者的超音波影像分析結果的不同次的影響將會降 至最低。

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5. 傾斜(Tilt)：

傾斜指的是超音波探頭在量測時與待測肌肉法線所夾的角度大小，也就是探 頭的傾斜程度。醫護人員在超音波診斷時，會調整探頭在肌肉上的角度，以便達 到該肌肉細胞呈現最多、最清楚的時候，再行拍攝，此時待測肌肉將與探頭呈現 接近垂直的角度，整張影像也呈現相對最明亮。然各束肌肉並非平行，常常呈現 歪斜的情形，因此當探頭調整至待測最明亮的角度時，該影像中其他束肌肉則不 是最明亮的情形，可能亮度不夠或是某些肌肉細節如纖維等無法顯示出來。

如圖4-4 為郝姓受試者手臂肌肉超音波影像隨探頭傾斜角度不同之灰階統計 圖與波浪圖作比較，其中編號5 時探頭平行法線，而後皆隨著編號每少 1，探頭方 向為向前(面向方向)傾斜約 5 度；隨著編號每多 1，探頭方向為向後(背後方向)傾 斜約5 度。

結果顯示傾斜的影響並非為單純的亮度變化，而是整個影像對比度也生變化，

隨著探頭垂直時，肌肉細胞越趨明亮，但纖維部分則越不明顯，白色纖維部分相 對於較亮的肌肉細胞對比度下降，原因是肌肉組織中的肌肉細胞具有方向性 (Anisotropy)，需探頭垂直其方向時才能達到影像中最大的明亮度；但肌肉纖維則 具同向性(Isotropy)，因此超音波打入的角度並不會影響在影像中的成像明亮度，

因此探頭傾斜並不會造成纖維的細部於影像中消失。

在本篇開發之系統運作下，對比度會大幅影響纖維判別的準確度，纖維的對 比度越高，也就是相對於周圍肌肉細胞來的越明亮、明顯，越容易由本系統抓出 統計，因此在與收案醫師討論後，決定之後收案時將取兩張影像，一張為探頭垂 直時供醫師肉眼判讀用(纖維對比度低但肌肉細胞明顯)，一張為探頭傾斜時輸入本 系統做纖維判讀用(纖維對比度較高但肌肉細胞較暗)。

圖

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圖4-2 劉姓受試者纖維比例隨總增益變化作圖。拍攝兩個正常人的手部二頭肌部分 超音波影像，並在相同部位以不同的總增益值做量測，並由系統分析出肌肉纖維 百分比作分布圖，此為劉姓受試者數據。

y = 0.0034x - 0.0033 R² = 0.5488

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

fiber percentage

Gain

Liu

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圖4-3 郝姓受試者纖維比例隨總增益變化作圖。拍攝兩個正常人的手部二頭肌部分 超音波影像，並在相同部位以不同的總增益值做量測，並由系統分析出肌肉纖維 百分比作分布圖，此為郝姓受試者數據。

y = -0.0005x + 0.0344 R² = 0.1758

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

fiber percentage

Gain

Hou

圖

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表4-1 肌肉用力放鬆纖維百分比測試結果。分別對三位受試者在肌肉放鬆、用力 2kg、用力 5kg 拍攝手臂二頭肌的超音波影像，並經由本系統處理分析。其用力方 式為手舉相對應重量的啞鈴，如用力2kg 即表示手舉 2kg 的啞鈴使手肘成 90 度角 (注意：並非為肌群直接受力 2kg)。

Name Fiber%

liurelax 0.0782

liucontract2kg 0.0601

liucontract5kg 0.036

wangrelax 0.1007

wangcontract2kg 0.0671

wangcontract5kg 0.0308

hourelax 0.0457

houcontract2kg 0.0631

houcontract5kg 0.0176

表4-2 量測者不同對纖維百分比之影響測試結果。在相同的參數設定下，對兩位受 試者的手臂二頭肌拍攝超音波影像作分析，然拍攝時由受試者自己拍攝一張超音 波影像，將探頭移開後，再由另一位操作者拍攝一張。

Name Fiber%

liu-liu 0.041

liu-hou 0.0376

hou-hou 0.0151

hou-liu 0.027

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表4-3 量測時間不同對纖維百分比之影響測試結果。liu1 為劉姓受試者對手臂二頭 肌做第一次超音波影像的拍攝，在移開探頭約五分鐘後，對同一部分肌肉進行超 音波影像的拍攝，結果為表中liu2 欄位，再進行相同步驟，結果為 liu3 欄位，以 此類推。

Name Fiber%

liu1 0.0376

liu2 0.0414

liu3 0.0363

hou1 0.027

hou2 0.0219

hou3 0.009

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