הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הערכת דיוק מיקוד ב מישור מוקד עבור מונחה אולטרה סאונד בעוצמה גבוהה ממוקד אולטרסאונד בהדרגה, מערך מערכת

4.6K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/59148

⸱

6 במרץ 2019

 ,  ,  , 
1Biomedical Instrument Institute, School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, 2Shanghai Med-X Engineering Center for Medical Equipment and Technology, Shanghai Jiao Tong University

במאמר זה

סיכום

מחקר זה מתאר פרוטוקול כדי להעריך את רמת הדיוק מיקוד במישור המוקד של מערכת בהדרגה, מערך מונחה אולטראסאונד אולטראסאונד ממוקד בעוצמה גבוהה.

תקציר

מופע מערכים משמשים יותר ויותר מתמרים אולטרסאונד ממוקד בעוצמה גבוהה (HIFU) במערכות קיימות בעיות מונחה אולטרה סאונד HIFU (USgHIFU). מתמרים HIFU במערכות כאלה הם בדרך כלל כדורית במצב עם חור מרכזי שבו מכשיר בדיקה הדמיה של ארה ב הוא רכוב, ניתן לסובב. התמונה על המטוס של טיפול יכול יורכבו דרך רצף תמונות שנרכש במהלך הסיבוב של המכשיר. לכן, תוכנית הטיפול יכול להתבצע על תמונות המשוחזרת. על מנת להעריך את הדיוק מיקוד במישור המוקד של מערכות כאלה, הפרוטוקול של שיטה באמצעות שור מתואר שריר, סמן-מוטבע פנטום. ב. הפאנטום, ארבעה כדורים מוצקים בפינות של דגם מרובע שרף לשמש סמני הפניה בתמונה המשוחזרת. המטרה, צריך לעבור כך המרכז שלו והן למרכז של דגם מרובע יכול לחפוף על פי העמדות שלהם יחסית בתמונה המשוחזרת. החזירים שריר עם עובי של 30 מ מ ממוקמת מעל הפאנטום לחקות את נתיב קרן בהגדרות קליניים. לאחר sonication, המטוס טיפול בהפאנטום נסרק, הגבול של הנגע המשויך מופק מן התמונה הסרוקה. ניתן להעריך את הדיוק מיקוד על ידי מדידת המרחק בין המרכזים של היעד ואת הנגע, וכן שלושה פרמטרים נגזרות. שיטה זו בלבד אין אפשרות להעריך את הדיוק מיקוד של היעד המורכב מספר כתמים נקודתית ולא מקום מוקד יחיד בנתיב קרן הרלוונטית קלינית של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU, אבל זה יכול לשמש גם בהערכה פרה או תחזוקה שוטפת של מערכות USgHIFU מוגדר עם מתמר HIFU בהדרגה, מערך או עצמית ממוקדת.

מבוא

מערך מופע יותר ויותר תוכנן, מצוידים ב HIFU מערכות1,2,3,4,5,6,7. במערכות בהדרגה, מערך USgHIFU, מכשיר בדיקה הדמיה של ארה ב הוא רכוב בדרך כלל בתוך החור המרכזי של כדורית HIFU מתמר1,2,8. החללית היא rotatable עבור שחזור מיקוד ותמונה ב מרחב תלת-ממדי9. פילוח מדויק נדרש עבור הבטיחות והיעילות של טיפול HIFU. עם זאת, רוב המחקרים על ההערכה של מיקוד דיוק בוצעו עבור מערכות HIFU מונחה תהודה מגנטית או מערכות USgHIFU בתצורה של עצמית ממוקדת HIFU מתמר10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. מטרת בשיטה המתוארת להלן היא להעריך את רמת הדיוק מיקוד ב מישור מוקד למערכות מערך מופע USgHIFU.

פנטום שריר/סמן-מוטבע שור לאורך השביל קרן הרלוונטית קלינית משמש בהערכה של דיוק מיקוד של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU קלינית. דגם מרובע עם ארבעה כדורים בפינות מפוברק, מוטבע, בשילוב עם שריר, לתוך הפאנטום שקוף. משושה רגיל נבחרה כיעד בהתבסס על העמדות של המרכזים של ארבעה כדורים זיהה בתמונת ארה ב המשוחזרת במישור הטיפול. לאחר HIFU sonications, המטוס טיפול של הפאנטום נסרק, הגבול של הנגע, כמו גם את העמדות של ארבעה כדורים, יכול להיקבע בתוך התמונה הסרוקה. ניתן להעריך את הדיוק מיקוד על ידי מדידת המרחק בין המרכזים של היעד ואת הנגע, וכן שלושה פרמטרים נגזרות.

השיטה היא פשוטה יותר המדידה של השגיאה מיקוד באמצעות תנועה רובוטית הפניה ספציפית אובייקט11,17,18 , רלוונטי יותר קלינית לעומת השיטה המבוסס על מוקד יחיד אבלציה ספוט ב דמה הומוגנית של10. בשיטה זו ניתן להשתמש בהערכה של דיוק USgHIFU מערך מופע מערכות מיקוד. זה יכול גם לשמש עבור מערכות אחרות-USgHIFU מצוידים מתמרים HIFU עצמית ממוקדת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. סמן עיצוב, ייצור

  1. עיצוב דגם מרובע באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב. הגדר כל צד כמו מקלות עם האורכים של 40 מ מ, עוביים של 2 מ מ. המקום כדור מוצק בקוטר 10 מ מ בכל פינה של דגם מרובע.
  2. להשתמש בוטאדיאן טבעי styrene פוטוסנסיטיבית שרף החומר להדפסה.
  3. לשלוח את הקובץ דגם התלת-ממד היצרן עבור ייצור.

2. הכנה פנטום

  1. לצרף גליל פלסטיק עם (בקוטר של 8 ס מ), בגובה של 3 ס מ בסיס אקרילי עם סיליקה ג'ל כדי להפוך בעל פנטום בטמפרטורת החדר. . תן לזה לנוח לשעה.
  2. פורסים שריר טרי לצורת ריבוע (30 מ מ x 30 מ מ, עם עובי של 10 מ מ). ותאוורר זה עבור 2 h מתמוססות לחות
  3. יוצקים מים degassed יונים (115 מ ל) בגביע, להוסיף בסול 13 של אקרילאמיד ומערבבים עד התפרקה. מוסיפים 0.24 גר' bis-אקרילאמיד ומערבבים עד התפרקה. לאחר מכן, הוסף 0.2 מ"ל של N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine ומערבבים בצורה אחידה.
    הערה: לבשתי כפפות מסיכה וגומי.
  4. להכין 5 מ של מים degassed יונים בתוך אחרת, להוסיף 0.3 g של קירור, ומערבבים כדי להמיס.
    התראה: אקרילאמיד, bis-אקרילאמיד, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine ולאחר קירור הם רעילים. שימו לב ולהימנע מגע פיזי.
  5. במרוכז למזוג 40% של הפתרונות של שלבים 2.3 ו- 2.4 לתוך המחזיק פנטום, ומערבבים 5 s. תן את התערובת במשך 20 דקות לממש.
  6. במקום דגם מרובע מודפס 3D על פני השטח של הפאנטום הקרושה והניח את שריר הפרוס באמצע הדגם. יוצקים את שארית הפתרון משלב 2.3 לתוך המחזיק פנטום. הזז את שריר הלוך ושוב כדי להסיר את האוויר בין הממשק של הפאנטום הפרוסה.
  7. לשפוך שאר הפתרון המבושלות לתנוחת 2.4 המחזיק פנטום, ומערבבים 5 s.
  8. כוונון המיקום של שריר שור הפרוס למרכז של הפאנטום לאורך בכיוון רוחבי. . תן לזה לנוח למשך 20 דקות לגבש את הפאנטום.
  9. הסר את סיליקה ג'ל בין גלילי פלסטיק אקרילי לציפוי עץ, באמצעות מברג.
  10. נתנתק לאט הפנלים אקרילי של גלילי פלסטיק.

3. התקנה של מערכת USgHIFU

  1. להפעיל את מערכת USgHIFU קלינית.
  2. להפעיל את המודול מים עיבוד, לקבוע את מהירות זרימת המים ב- 80 סיבובים לדקה.
  3. למלא את מיכל המים גלילי אקריליק (בקוטר של 30 ס מ), בגובה של 13 ס מ במים degassed בטמפרטורת החדר (22-25 ° C).
  4. המקום בעל פנטום לתוך המים degassed ותקן המחזיק בחוזקה.
  5. להזיז את הטנק גלילי מים אל המיטה טיפול. הרם את המיטה טיפול, הזז למטה יחידת טיפולית לתוך המים degassed.

4. ארה ב מונחה הכוונת

  1. להזיז את יחידת טיפולית לאט לאט למעלה ולמטה כדי לוודא כי העומק של המטוס טיפול ממוקם ב הממשק העליון של שריר הפרוס, פנטום שקוף בתמונה בארה ב.
  2. לסובב את המכשיר הדמיה ארה ב כדי 0° ולהעביר מיכל גלילי המים כדי להפוך את ציר מסתובב (המכונה גם ציר הדמיה) עוברים נקודת האמצע של שני מקלות מקבילים בתמונה בארה ב.
  3. לסובב את החללית הדמיה כדי 90° ולהעביר מיכל גלילי המים כדי להפוך את ציר מסתובב עוברים נקודת האמצע של שני מקלות מקבילים בתמונה בארה ב.
  4. לשחזר את התמונה ארה במישור הטיפול בעומק של המוקד גיאומטריים.
  5. בדוק אם בארבעה הכדורים מוצגים באופן ברור בתמונה המשוחזרת ארה ב בין אם המטרה הינו ממוקם במרכז של דגם מרובע.
    הערה: מרכז המטרה היא מראש במרכז התמונה המשוחזרת. הכדור נקבעת על ידי עיגול בקוטר 10 מ מ, הערך אפור הממוצע אשר הוא הגבוה ביותר 15 מ מ x 15 מ מ מרובע. המרכז של דגם מרובע נקבעת על ידי האלכסון של ארבעה כדורים בתמונה המשוחזרת.
  6. להזיז את הטנק מים לפי המיקומים היחסיים בין המטרה לבין השלבים מרובע דגם, ולחזור 4.4 ו 4.5.
  7. הרם את יחידת טיפולית ולשים את השריר חזיר עם עובי של בסביבות 30 מ מ מעל הפאנטום. לאחר מכן, להזיז למטה יחידת טיפולית עד לעומק של המוקד גיאומטריים 3 מ מ מתחת לפני השטח העליון של שריר שור הפרוס.
    הערה: התיקון מוקד של 3 מ מ לאורך השביל קרן מוערך על-פי עובי השריר החזירים מבוסס על נוסחה אמפירית המחקר הקודם19.

5. HIFU sonication

  1. בחר את הפרמטרים sonication הבאים: משך פעימה (400 ms), מחזור הדפסה (80%), אקוסטית כוח (400 W) וקירור זמן בין sonication המקומות מוקד רצופים (30 s).
  2. להגדיר את זמן החשיפה המקומות מוקד היעד.
    1. חזור על הפעולות לכל שלוש מטרות משושה קונצנטריים רגיל עם אלכסונים בהתאמה פעמים חשיפה הגדרת 5.4 מ מ, 9 מ מ ו- 12.6 מ"מ. של 2.0 s, 2.5 s, ו- 3.0 s עבור המקומות מוקד הממוקמת המשושה הפנימי, האמצעי, החיצוני, בהתאמה, ו- 2.0 s foc al ספוט במרכז גיאומטרי מערך מופע.
  3. להתחיל את sonication ושימי רגל אחת על דוושת רגל עבור HIFU sonication.
  4. להתבונן השינוי של echogenicity בתמונה בארה ב עד השלמת את sonications.

6. הערכת הדיוק מיקוד של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU

  1. להביא בעל פנטום, והקש בצורה חלקה הפאנטום לקחת את זה.
  2. לפצל את הפאנטום לאורך המטוס טיפול באמצעות סכין.
  3. סרוק את המטוס טיפול של הפאנטום המכיל את שריר הפרוס.
  4. לעבד את התמונה הסרוקה באמצעות תוכנה מתמטית ולחלץ את גבולות היעד ואת הנגע.
  5. לחשב את המרחק intercenter dc מחטיאים מקסימלי של היעד גבול db.
    הערה: dc הוא המרחק בין המרכזים של המטרה שלה הנגע בהתאמה. d b היא מקסימלית מחטיאים את המרחק בין הגבול של הנגע מטרתה בהתאמה.
  6. לחשב את היחס שבין האזורים של הנגע בתוך ומחוץ המטרה אל אזור היעד כמו ηאני = (∩A S SP) / SP ηO = (SA - SA ∩ SP) / SP, בהתאמה.
    הערה: SP מציינת אזור המטרה, SA מייצג את האזור הנגע.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

עשינו פאנטום המוקדש הערכת הדיוק מיקוד של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU קלינית עם המטרות של שלושה גדלים שונים. איור 1 מציג את התמונה ארה ב בזווית של 0 °, 90 °. הממשקים ברורה, המקלות של דגם מרובע בהירים של תמונות ארה ב. איור 2 מדגים את התמונה ארה ב המשוחזרת המטוס הטיפול ואת המקומות מוקד של המטרה הגדולה. המרכזים של ארבעה כדורים נקבעו על ידי העיגולים הכחולים באותו גודל עם הערך הגבוה ביותר אפור בממוצע. איור 3

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

רכיבים רובוטית שימשו עבור מערכות USgHIFU בעיות. כדי להעריך את הדיוק מיקוד של מערכות כאלה, הפניה סמני11,12,18, רקמות במבחנה17הגידול-לחקות מודלים, הרגיש פאנטום שימשו לבד או בשילוב 10,20. לעומת הפרוטוקולים במחקרים האלה, שיטה זו רלוונטית יותר קליניות ומקלה לכמת את השגיאה מיקוד ב מישור מוקד. על ידי שילוב של סמן הפניה עם הפאנטום הטרוגנית, שקוף, שיטה זו ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

ג'י ש'יאנג הוא יועץ בתשלום עבור Zhonghui טכנולוגיה רפואית (שנגחאי) ושות', בע מ המחברים האחרים אין לחשוף.

תודות

עבודה זו בתמיכתם באופן חלקי את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (81402522), שנגחאי מפתח טכנולוגיה ופיתוח (17441907400) מן המדע, הטכנולוגיה עמלה של עיריית שנגחאי, והוא אוניברסיטת ג'יאו טונג שאנגחאי קרן מחקרים הנדסה רפואית (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui טכנולוגיה רפואית (שנגחאי) ושות', בע מ הוא הודה גם למתן את המערכת USgHIFU. המחברים מודים דז'ו Wenzhen, Junhui דונג על ההכנה פנטום וסיוע שלהם בניסויים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אקרילאמידאמרסקוD403-2
בסיס אקריליLAO NIAO STORESאקרילי מותאם אישית
 LAO NIAO STORESאמוניום פרסולפט מותאם אישית
Yatai United Chemical Co., Ltd (וושי, סין)2017-03-01
מזרח סין חנות מכשירים
Bis-acrylamideAmrescoM0172
שוק שרירי
קרש חיתוךJIACHIJC-ZB40
פלסטיק גלילי  מחזיק פנטוםQIYINPAIמותאם אישית
נטולי יוניםתוצרת מערכת USgHIFU
איזון חשמליYINGHENG11119453359
מוט זכוכיתמזרח סין סכין חנות מכשירים
SHIBAZISL1210-C
מסכהMedicom2498
נ,נ,נ',נ' – TetramethylethylenediamineZhanyun כימית ושות', בע"מ (שנחאי, סין)
כפפת גומיAMMEXYZB / MAL 0587-2018
סורקפוג'י XeroxDocuPrint M268dw
מברגסטנליT6
סיליקה ג'לGE381
מרובע דגםQIYINPAIמותאם אישית
כפיות נירוסטהמזרח סין חנות
פראיירמזרח סין חנות מכשירי ריאגנט כימי שוק
שרירי חזירים
מערכת USgHIFUZhonghui Medical Technology (שנחאי) ושות', בע"מSUA-I
מיכל מים גלילי מגיב כימיבקרמים מגיב כימימכשירי ריאגנט כימי

מקורות

  1. Wang, S. B., He, C. C., Li, K., Ji, X. Design of a 112-channel phased-array ultrasonography-guided focused ultrasound system in combination with switch of ultrasound imaging plane for tissue ablation. 2014 Symposium on Piezoelectricity, Acoustic Waves, and Device Applications (SPAWDA). , 134-137 (2014).
  2. Choi, J. W., et al. Portable high-intensity focused ultrasound system with 3D electronic steering, real-time cavitation monitoring, and 3D image reconstruction algorithms: a preclinical study in pigs. Ultrasonography. 33 (3), 191-199 (2014).
  3. Hand, J. W., et al. A random phased array device for delivery of high intensity focused ultrasound. Physics in Medicine and Biology. 54 (19), 5675-5693 (2009).
  4. Khokhlova, V. A., et al. Design of HIFU transducers to generate specific nonlinear ultrasound fields. Physics Procedia. 87, 132-138 (2016).
  5. Melodelima, D., et al. Thermal ablation by high-intensity-focused ultrasound using a toroid transducer increases the coagulated volume results of animal experiments. Ultrasound in Medicine and Biology. 35 (3), 425-435 (2009).
  6. McDannold, N., et al. Uterine leiomyomas: MR imaging-based thermometry and thermal dosimetry during focused ultrasound thermal ablation. Radiology. 240 (1), 263-272 (2006).
  7. Köhler, M. O., et al. Volumetric HIFU ablation under 3D guidance of rapid MRI thermometry. Medical Physics. 36 (8), 3521-3535 (2009).
  8. Lu, M., et al. Image-guided 256-element phased-array focused ultrasound surgery. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 27 (5), 84-90 (2008).
  9. Tong, S., Downey, D. B., Cardinal, H. N., Fenster, A. A three-dimensional ultrasound prostate imaging system. Ultrasound in Medicine and Biology. 22 (6), 735-746 (1996).
  10. Sakuma, I., et al. Navigation of high intensity focused ultrasound applicator with an integrated three-dimensional ultrasound imaging system. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. , 133-139 (2002).
  11. Masamune, K., Kurima, I., Kuwana, K., Yamashita, H. HIFU positioning robot for less-invasive fetal treatment. Procedia CIRP. 5, 286-289 (2013).
  12. Li, K., Bai, J. F., Chen, Y. Z., Ji, X. The calibration of targeting errors for an ultrasound-guided high-intensity focused ultrasound system. 2017 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA). , 10-14 (2017).
  13. Ellens, N. P. K., et al. The targeting accuracy of a preclinical MRI-guided focused ultrasound system. Medical Physics. 42 (1), 430-439 (2015).
  14. McDannold, N., Hynynen, K. Quality assurance and system stability of a clinical MRI-guided focused ultrasound system: Four-year experience. Medical Physics. 33 (11), 4307-4313 (2006).
  15. Gorny, K. R., et al. MR guided focused ultrasound: technical acceptance measures for a clinical system. Physics in Medicine and Biology. 51 (12), 3155-3173 (2006).
  16. Kim, Y. S., et al. MR thermometry analysis of sonication accuracy and safety margin of volumetric MR imaging-guided high-intensity focused ultrasound ablation of symptomatic uterine fibroids. Radiology. 265 (2), 627-637 (2012).
  17. Chauhan, S., ter Haar, G. FUSBOTUS: empirical studies using a surgical robotic system for urological applications. AIP Conference Proceedings. 911, 117-121 (2007).
  18. An, C. Y., Syu, J. H., Tseng, C. S., Chang, C. J. An ultrasound imaging-guided robotic HIFU ablation experimental system and accuracy evaluations. Applied Bionics and Biomechanics. 2017, 5868695(2017).
  19. Li, D. H., Shen, G. F., Bai, J. F., Chen, Y. Z. Focus shift and phase correction in soft tissues during focused ultrasound surgery. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58 (6), 1621-1628 (2011).
  20. N'Djin, W. A., et al. Utility of a tumor-mimic model for the evaluation of the accuracy of HIFU treatments. results of in vitro experiments in the liver. Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (12), 1934-1943 (2008).
  21. Tang, T. H., et al. A new method for absolute accuracy evaluation of a US-guided HIFU system with heterogeneous phantom. 2016 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 1-4 (2016).
  22. Li, K., Bai, J. F., Chen, Y. Z., Ji, X. Experimental evaluation of targeting accuracy of an ultrasound-guided phased-array high-intensity focused ultrasound system. Applied Acoustics. 141, 19-25 (2018).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

HIFU
הערכת דיוק מיקוד ב מישור מוקד עבור מונחה אולטרה סאונד בעוצמה גבוהה ממוקד אולטרסאונד בהדרגה, מערך מערכת
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.