Lo sviluppo di nuove sonde ad ultrasuoni (US), basato sulla tecnologia capacitivo microlavorato trasduttore ad ultrasuoni (CMUT) richiede una valutazione realistica precoce della funzionalità di imaging. Descriviamo un protocollo sperimentale ripetibile per acquisizione di immagini di US e confronto con le immagini a risonanza magnetica, usando un cervello bovino ex vivo come una destinazione di imaging.
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Articolo metodologico
Un protocollo sperimentale per valutare le prestazioni delle nuove sonde ad ultrasuoni basato sulla tecnologia CMUT nell'applicazione di formazione immagine del cervello
In questo articolo
Sommario
Abstract
La possibilità di effettuare una valutazione precoce e ripetibile di prestazioni di imaging è fondamentale nella progettazione e processo di sviluppo di nuova ecografia (US) sonde. In particolare, un'analisi più realistica con formazione immagine target specifici dell'applicazione può essere estremamente utile per valutare le prestazioni previste di sonde US nel loro potenziale clinico campo di applicazione.
Il protocollo sperimentale presentato in questo lavoro appositamente studiato per fornire una procedura di valutazione di applicazioni specifiche per la nuova concezione ci sonda prototipi basati su tecnologia capacitivo microlavorato trasduttore ad ultrasuoni (CMUT) in relazione a formazione immagine del cervello.
Il protocollo combina l'uso di un cervello bovino fissato in formalina come destinazione dell'imaging, che assicura il realismo e la ripetibilità delle procedure descritte e delle tecniche di neuronavigazione preso in prestito da neurochirurgia. La sonda statunitense è infatti collegata a un sistema che acquisisce i dati di posizione e consente la sovrapposizione di immagini US per fare riferimento a immagini di risonanza magnetica (RM) del cervello di tracciamento del movimento. Questo fornisce un mezzo per esperti umani per eseguire una valutazione qualitativa visiva della sonda US prestazioni di imaging e per confrontare le acquisizioni effettuate con differenti sonde. Inoltre, il protocollo si basa sull'uso di un sistema completo e aperto di ricerca e sviluppo per acquisizione di immagini di Stati Uniti, vale a dire lo scanner ad ultrasuoni avanzato Open Platform (ULA-OP).
Il manoscritto descrive in dettaglio gli strumenti e le procedure coinvolte nel protocollo, in particolare per la calibrazione, acquisizione di immagini e registrazione di immagini di Stati Uniti e MR. I risultati ottenuti dimostrano l'efficacia del protocollo globale presentato, che è completamente aperto (entro i limiti della strumentazione coinvolti), ripetibile e copre l'intero set di attività di acquisizione ed elaborazione immagini US.
Introduzione
Il mercato crescente per scanner piccolo e portatile ad ultrasuoni (US) sta portando allo sviluppo di nuove sonde ecografiche in quale parte del condizionamento del segnale e beamforming elettronica è integrata nell'impugnatura della sonda, soprattutto per l'imaging 3D/4D 1. tecnologie emergenti particolarmente adatti per raggiungere questo alto livello di integrazione includono trasduttori ad ultrasuoni di silicio microlavorato (MUTs)2, una classe di trasduttori Micro Electro-Mechanical System (MEMS) fabbricato su silicio. In particolare, capacitivo MUTs (CMUTs) hanno finalmente raggiunto una maturità tecnologica che li....
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Protocollo
tutti i campioni biologici mostrati in questo video sono stati acquisiti tramite la catena di approvvigionamento di cibo standard. Questi campioni sono stati trattati secondo le norme di etica e sicurezza delle istituzioni coinvolte.
Nota: il diagramma nella Figura 4 riassume le 8 tappe principali del presente protocollo. Fasi da 1 a 4 comprendono attività iniziali, da effettuarsi una sola volta prima dell'inizio dell'acquisizione di immagini di US e fasi di elaborazione. Queste fasi iniziali sono come segue: 1. progettazione preliminare dell'apparato sperimentale e un fantasma di agar (per essere utilizzato....
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Risultati
Il principale risultato ottenuto tramite il protocollo descritto è la validazione sperimentale di una procedura di valutazione efficace e ripetibile per il 2D e 3D funzionalità di imaging di noi sonda prototipi basati su tecnologia CMUT, nell'applicazione prospettica al cervello di imaging. Dopo aver implementato tutte le fasi del protocollo descritto, un esperto può quindi applicare le funzioni del software di visualizzazione (ad es. suddivisione libero orientamento, estrazione .......
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Discussione
Diversi lavori sono stati presentati nella letteratura che descrivono le tecniche simili o correlate al protocollo presentato. Queste tecniche sono basate anche sull'uso di obiettivi realistici, tra cui animale fissa o cervelli di cadavere, ma sono concepiti principalmente per il test dei metodi di registrazione digitale di vario genere.
Il protocollo descritto qui, tuttavia, ha lo scopo specifico di test US sonde in diverse configurazioni nelle prime fasi di sviluppo e, a causa di questo, ess.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano che non hanno nessun concorrenti interessi finanziari.
Ringraziamenti
Quest'opera è stata parzialmente sostenuta da governi nazionali e l'Unione europea attraverso il progetto ENIAC JU DeNeCoR sotto la concessione numero di contratto 324257. Gli autori vorrei ringraziare il professor Giovanni Magenes, Prof. ssa Piero Tortoli e Dr. Giosuè Caliano per il loro prezioso sostegno, supervisione e penetranti osservazioni che hanno reso possibile questo lavoro. Siamo anche grati al Prof Egidio D'Angelo e il suo gruppo (BCC Lab.), insieme a Fondazione Istituto Neurologico C. Mondino, per la fornitura di strumentazione di MR e il tracciamento del movimento e a Giancarlo Germani per acquisizioni di MR. Infine, vorremmo ringraziare Dr. Nicoletta Ca....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| ULA-OP | Università degli Studi di Firenze | N/A Sistema | ricerca per ecografia |
| Sonda piezeoelettrica per immagini 3D | Esaote s.p.a. | 9600195000 | Sonda ecografica 3D a spazzamento meccanico, modello BL-433 |
| Sonda piezoelettrica lineare | Esaote s.p.a. | 122001100 | Sonda ad ultrasuoni linear array, modello LA-533 |
| Sonda CMUT | Università Roma Tre | N/A | Sonda ad ultrasuoni ad ultrasuoni linear array basata su tecnologia CMUT |
| Scanner MR MAGNETOM Skyra 3T | Siemens Healthcare | Scanner NM | Bobina |
| testa | Siemens Healthcare | N/A | Bobina di testa a 32 canali per imaging RM |
| NDI Polaris Vicra | NDI Medical | 8700335001 | Sistema ottico di tracciamento del movimento |
| Strumento puntatore | NDI Medical | 8700340 | Strumento puntatore passivo con 4 marcatori riflettenti |
| Strumento dotato di morsetto | NDI Medical | 8700399 | Corpo rigido con 4 marcatori riflettenti e un morsetto da collegare all'impugnatura della sonda statunitense |
| Cervello bovino | N/A | N/A | Cervello di un bovino adulto, da fornitori di alimenti |
| Soluzione in formalina | N/A | N/A | soluzione di formalina tamponata al 10% per la fissazione del cervello bovino - ATTENZIONE, la formalina è una sostanza chimica tossica e deve essere maneggiata con cura; possono essere applicate anche normative specifiche (vedi ad esempio US OSHA Standard 1910.1048 App A) |
| Contenitore in plastica per parti anatomiche | N/A | N/A | Contenitore cilindrico in plastica con coperchio |
| Sfere di vetro | N/A | N/A | sfere di vetro di Flint |
| di diametro 3 mmAgar | N/A | N/A | 30 g, per preparazione fantasma |
| Glicerina | AEFFE Farmaceutici | A908005248 | 100 g, per preparazione fantasma |
| Acqua distillata | Solbat Gaysol | 8027391000015 | 870 g, per preparazione fantasma |
| Bicchiere | N/A | N/A | Bicchiere utilizzato per la diluizione di glicerina e agar in acqua distillata |
| Lysoform | Lever | 8000680500014 | Per la conservazione del fantasma di agar è stata utilizzata una soluzione di cloruro di benzalconio e acqua |
| Testa di manichino in polistirene | N/A | N/A | Modello in poliestirene che è stato tagliato e utilizzato per progettare la configurazione dei modelli delle sfere |
| Colorante per la marcatura dei tessuti verdi per l'istologia | N/A | N/A | Colore utilizzato per contrassegnare le posizioni delle sfere di vetro sulla superficie del cervello bovino |
| Smalto giallo | N/A | N/A | Smalto utilizzato per colorare le sfere di vetro impiantate nell'agar phantom |
| Serbatoio acqua | N/A | N/A Serbatoio | in plastica 50x50x30 cm riempito con acqua degassata fino a 15 cm di altezza |
| Braccio meccanico | Esaote s.p.a. | N/A | Braccio meccanico fissato al bordo del serbatoio dell'acqua e utilizzato per tenere la sonda in posizioni fisse |
| Piastra di resina sintetica | N/A | N/A | Piastra utilizzata come supporto per il posizionamento del cervello bovino nel serbatoio dell'acqua |
| Fili per cucire | N/A | N/A | Segmenti di filo per cucire utilizzati per immobilizzare il cervello sulla piastra di resina |
| Nastro adesivo | N/A | N/A | Nastro adesivo utilizzato per fissare le estremità del filo per cucire sulla piastra in resina |
| Contenitore per alimenti | in plastica N/A | N/A | Contenitore per alimenti sigillato utilizzato per l'agar phantom |
| Notebook | Lenovo | Z50-70 | Lenovo Z50-70, Intel(R) Core i7-4510U @ 2,0 GHz, 8 GB di RAM |
| Workstation | Dell Inc. | T5810 | Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1240v3 @ 3.40 GHz, 16 GB di RAM |
| Matlab | MathWorks | R2013a | , utilizzato per il calcolo della trasformazione spaziale e la ricostruzione 3D da piani immagine |
| Paraview | Kitware Inc. | v. 4.4.1 | Software open source per l'elaborazione e la visualizzazione di immagini 3D |
| NDI Toolbox - ToolTracker Utility | NDI Medical | v. 4.007.007 | Software per la visualizzazione e il tracciamento della posizione del marcatore nel software di registrazione dati C++ del volume di misura NDI Polaris Vicra |
| NDI Medical | v. 4.007.007 | Software per la registrazione della posizione del marcatore su un file di log di testo | |
| Software ULA-OP | Università degli Studi di Firenze | N/A | Software per la visualizzazione e il controllo in tempo reale del sistema ULA-OP |
Riferimenti
- Matrone, G., Savoia, A. S., Terenzi, M., Caliano, G., Quaglia, F., Magenes, G. A Volumetric CMUT-Based Ultrasound Imaging System Simulator With Integrated Reception and µ-Beamforming Electronics Models. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61 (5), 792-804 (2014).
- Pappalardo, M., Caliano, G., Savoia, A. S., Caronti, A.
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Ristampe e permessi
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