Questo studio descrive un protocollo per valutare l'accuratezza del targeting nel piano focale di un sistema di phased-array ecoguidato ultrasuoni focalizzati ad alta intensità.
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Articolo metodologico
Valutare l'accuratezza del Targeting nel piano focale per un'ultrasuono-guida ad alta intensità focalizzati ultrasuoni Phased-array System
In questo articolo
Sommario
Abstract
Phased array sono sempre più utilizzati come trasduttori ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) extracorporea ecoguidato HIFU (USgHIFU) sistemi esistenti. I trasduttori HIFU in tali sistemi sono solitamente sferici in forma con un foro centrale dove una sonda imaging US è montata e può essere ruotata. L'immagine sul piano del trattamento può essere ricostruita attraverso la sequenza di immagini acquisite durante la rotazione della sonda. Pertanto, il piano di trattamento possa essere effettuato le immagini ricostruite. Al fine di valutare l'accuratezza del targeting nel piano focale di tali sistemi, il protocollo di un metodo utilizzando un bovino muscolare e indicatore incorporato phantom è descritto. Nel fantasma, quattro sfere solide negli angoli di un modello quadrato in resina servono come gli indicatori di riferimento nell'immagine ricostruita. La destinazione deve essere spostata in modo che sia il suo centro e il centro del quadrato modello può coincidere secondo la loro posizione relativa dell'immagine ricostruita. Muscolo di suina con uno spessore di circa 30 mm viene posizionato sopra il fantasma per simulare il percorso del raggio nelle regolazioni cliniche. Dopo sonicazione, il piano di trattamento nel fantasma viene analizzato e il contorno della lesione associata viene estratta dall'immagine acquisita. L'accuratezza del targeting può essere valutato misurando la distanza tra i centri di lesione e di destinazione, come pure tre parametri derivati. Questo metodo non è possibile valutare solo l'accuratezza del targeting del target costituito da punti focali multipli piuttosto che un singolo punto focale in un percorso di larghezza clinicamente rilevanti del sistema phased-array USgHIFU, ma può essere anche utilizzato nella valutazione preclinica o regolare manutenzione di sistemi di USgHIFU configurati con trasduttore HIFU phased-array o auto-incentrato.
Introduzione
Phased array è sempre più progettato e attrezzato in HIFU sistemi1,2,3,4,5,6,7. In USgHIFU sistemi phased-array, una sonda di formazione immagine degli Stati Uniti è di solito montata nel foro centrale del sferica HIFU trasduttore1,2,8. La sonda è ruotabile per la ricostruzione di targeting e immagine nello spazio tridimensionale9. Una focalizzazione precisa è necessaria per la sicurezza e l'efficacia del trattamento HIFU. Tuttavia, la maggior parte degli studi per la valutazione della precisione di targeting sono stata effettuata per sistemi di guida di risonanza magnetica HIFU o USgHIFU sistemi configurati con un auto-incentrato HIFU trasduttore10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. lo scopo del metodo descritto di seguito è quello di valutare l'accuratezza del targeting nel piano focale per sistemi phased array USgHIFU.
Un fantasma bovina muscolo/marcatore-incastonati lungo il percorso del fascio clinicamente rilevanti è utilizzato nella valutazione dell'accuratezza targeting di un sistema di phased-array USgHIFU clinico. Un modello quadrato con quattro palle agli angoli è fabbricato e incorporato, in combinazione con il muscolo bovino, nel fantasma trasparente. Un esagono regolare è selezionato come destinazione sulla base delle posizioni dei centri dei quattro palle identificate nell'immagine ricostruita US nel piano di trattamento. Dopo sonicazioni HIFU, viene analizzato il piano di trattamento del fantasma e il contorno della lesione, così come le posizioni delle quattro sfere, possono essere determinate nell'immagine scansionata. L'accuratezza del targeting può essere valutato misurando la distanza tra i centri di lesione e di destinazione, come pure tre parametri derivati.
Il metodo è più semplice che la misurazione dell'errore targeting utilizzando movimento robotico con un riferimento specifico oggetto11,17,18 e più clinicamente rilevante rispetto al metodo basato su singolo focale ablazione di spot in un fantasma omogeneo10. Questo metodo può essere utilizzato nella valutazione dell'accuratezza targeting dei sistemi phased array USgHIFU. Può essere utilizzato anche per altri sistemi di USgHIFU auto-incentrato HIFU trasduttori.
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Protocollo
1. fabbricazione e progettazione marker
- Progettare un modello quadrato utilizzando software di progettazione assistita da elaboratore. Impostare ogni lato come bastoni con lunghezze di 40 mm e spessori da 2 mm. luogo una sfera solida con un diametro di 10 mm ad ogni angolo del quadrato modello.
- Utilizzare resina fotosensibile di acrilonitrile-butadiene-stirene come il materiale per la stampa.
- Inviare il file di modello 3D di un produttore per la fabbricazione.
2. preparazione phantom
- Allegare un cilindro di plastica con (un diametro di 8 cm) e un'altezza di 3 cm per un battiscopa acrilico con gel di silice per rendere un fantasma porta a temperatura ambiente. Lasciate riposare per 1 h.
- Affettare il muscolo bovino fresco in una forma quadrata (30 mm x 30 mm, con uno spessore di 10 mm) e ventilare per 2 h per far evaporare l'umidità.
- Versare l'acqua deionizzata e degassato (115 mL) in un becher, aggiungere in 13 g di acrilammide e mescolare fino a scioglimento. Aggiungere 0,24 g di bis-acrilammide e mescolare fino a scioglimento. Quindi, aggiungere 0,2 mL di N, N, N', N'-tetrametiletilendiammina e mescolare in modo uniforme.
Nota: Mettere su una maschera e guanti di gomma. - Preparare 5 mL di acqua deionizzata e degassato in un altro bicchiere, aggiungere 0,3 g di persolfato di ammonio e mescolare per sciogliere.
Attenzione: Acrilamide, bis-acrilammide, N, N, N', N'-tetrametiletilendiammina e persolfato dell'ammonio sono tossici. Prestare attenzione ed evitare il contatto fisico. - Successivamente versare 40% delle soluzioni da punti 2.3 e 2.4 in titolare del fantasma e mescolare per 5 s. Lasciate il composto riposare per 20 min a solidificare.
- Posizionare il modello quadrato 3D-stampato sulla superficie del phantom solidificato e mettere il muscolo bovino affettato al centro del modello. Versare il resto della soluzione dal passaggio 2.3 in titolare del fantasma. Spostare il muscolo bovino avanti e indietro per rimuovere l'aria tra l'interfaccia del fantasma e la fetta.
- Versare il resto della soluzione preparata nel passaggio 2.4 nel porta-fantasma e mescolare per 5 s.
- Regolare con precisione la posizione del muscolo bovino affettato al centro del fantasma lungo la direzione trasversa. Lasciate riposare per 20 min a solidificare il fantasma.
- Rimuovere il gel di silice tra la plastica cilindrica e il battiscopa acrilico, con un cacciavite.
- Staccare lentamente il battiscopa acrilico dalla plastica cilindrica.
3. installazione del sistema USgHIFU
- Avviare il sistema di USgHIFU clinico.
- Accendere il modulo di trattamento dell'acqua e impostare la velocità di circolazione dell'acqua a 80 giri/min.
- Riempire un serbatoio cilindrico acrilico con (un diametro di 30 cm) e un'altezza di 13 cm con acqua degassato a temperatura ambiente (22-25 ° C).
- Collocare il supporto fantasma in acqua degassato e fissare saldamente il supporto.
- Spostare il serbatoio d'acqua cilindrico sul letto di trattamento. Sollevare il letto di trattamento e spostare verso il basso l'unità terapeutica in acqua degassato.
4. noi-Guida di targeting
- Spostare l'unità terapeutica lentamente fino e giù per assicurarsi che la profondità del piano di trattamento si trova presso l'interfaccia superiore del muscolo bovino affettato e phantom trasparenti nell'immagine US.
- Ruotare la sonda imaging statunitense a 0° e il serbatoio cilindrico per rendere l'asse di rotazione (noto anche come asse imaging) passano attraverso il punto centrale dei due bastoni paralleli nell'immagine US.
- Ruotare la sonda imaging a 90° e spostare il serbatoio cilindrico per rendere l'asse di rotazione passa attraverso il punto centrale dei due bastoni paralleli nell'immagine US.
- Ricostruire l'immagine di US sul piano di trattamento presso la profondità del fuoco geometrico.
- Verifica se le quattro sfere sono mostrate chiaramente nell'immagine ricostruita di Stati Uniti e se la destinazione è situata al centro del modello quadrato.
Nota: Il centro del bersaglio è predeterminato al centro dell'immagine ricostruita. La palla è determinata da un cerchio con un diametro di 10 mm, il cui valore medio grigio è più alto in un 15 x 15 mm quadrati. Il centro del quadrato modello è determinato dalla diagonale delle quattro sfere nell'immagine ricostruita. - Spostare il serbatoio dell'acqua secondo le posizioni relative tra l'obiettivo e i modello quadrato e ripetere i passaggi 4.4 e 4.5.
- Sollevare l'unità terapeutica e mettere il muscolo suina con uno spessore di circa 30 mm sopra il fantasma. Quindi, spostare verso il basso l'unità terapeutica fino a quando la profondità del fuoco geometrico è 3 mm sotto la superficie superiore del muscolo bovino affettato.
Nota: La correzione di focale di 3 mm lungo il percorso del raggio è stimata in base allo spessore del muscolo suina basato sulla formula empirica da un precedente studio19.
5. sonicazione HIFU
- Selezionare i seguenti parametri di sonicazione: durata di impulso (400 ms), ciclo di dovere (80%), acustica (400 W) di alimentazione e raffreddamento tempo tra la sonicazione dei successivi punti focali (30 s).
- Impostare il tempo di esposizione per i punti focali nella destinazione.
- Ripetere la procedura per tre obiettivi esagonali regolari concentrici con rispettive diagonali di 5,4 mm, 9 mm e 12,6 mm. tempi di esposizione Set di 2.0 s, 2.5 s e 3.0 s per i punti focali situati presso l'esagono interno, intermedia ed esterna, rispettivamente e 2.0 s per l'UFC al posto al centro geometrico del phased array.
- Avviare la sonicazione e mettere un piede sul pedale del piede per sonicazione HIFU.
- Osservare il cambiamento del echogenicity nell'immagine US fino a quando i sonicazioni sono stati completati.
6. valutare l'accuratezza del targeting del sistema phased-array USgHIFU
- Recuperare il titolare fantasma e premere delicatamente il fantasma di tirarla fuori.
- Dividere il fantasma lungo il piano di trattamento usando un coltello.
- Analizzare il piano di trattamento del fantasma che contiene il muscolo bovino affettato.
- Elaborare l'immagine acquisita utilizzando software matematico ed estrarre i limiti della destinazione e della lesione.
- Calcolare la distanza intercenter dc e la massima sovraelongazione di destinazione limite db.
Nota: dc è la distanza fra i centri del bersaglio e la sua lesione rispettivi. d b è il massimo sovraelongazioni distanza tra il limite della lesione e l'obiettivo rispettivo. - Calcolare il rapporto delle aree di lesione dentro e fuori il bersaglio per l'area di destinazione come ηio = (SA ∩ SP) / SP e ηO = (SA - SA ∩ SP) / SP, rispettivamente.
Nota: SP indica l'area di destinazione, SA rappresenta l'area di lesione.
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Risultati
Abbiamo fatto fantasmi dedicato per valutare l'accuratezza del targeting di un sistema di phased-array USgHIFU clinico con gli obiettivi di tre diverse dimensioni. Figura 1 Visualizza l'immagine di US ad angoli di 0 ° e 90 °. Le interfacce sono chiare, e i bastoni del modello quadrato sono luminosi nelle immagini US. Nella figura 2 viene illustrato l'immagine ricostruita US nel piano di trattamento e i punti focali dell'obiettivo...
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Discussione
Componenti robotiche sono state utilizzate per sistemi di USgHIFU extracorporea. Per valutare l'accuratezza del targeting di tali sistemi, riferimento marcatori11,12,18, tessuto in vitro17, modelli di tumore-mimico e termosensibile fantasmi sono stati utilizzati da soli o in combinazione 10,20. Confrontato con i protocolli in quegli studi, questo ...
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Dichiarazioni
Xiang Ji è un consulente pagato per Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd. Gli altri autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato in parte dalla National Natural Science Foundation of China (81402522), Shanghai Key Technology R & D programma (17441907400) da scienza e tecnologia della Commissione della municipalità di Shanghai e Shanghai Jiao Tong University Fondo di ricerca di ingegneria medica (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd. è anche riconosciuto per fornire il sistema di USgHIFU. Gli autori ringraziano Wenzhen Zhu e Junhui Dong per la preparazione di fantasma e la loro assistenza negli esperimenti.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Battiscopa in acrilico | |||
| LAO NIAO STORES | su misura | ||
| persolfato di ammonio | Yatai United Chemical Co., Ltd (Wuxi, Cina) | 2017-03-01 | |
| Becher | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Bis-acrilammide | Amresco | M0172 | |
| Muscolo bovino | Mercato | ||
| tagliere | JIACHI | JC-ZB40 | |
| Plastica cilindrica supporto fantasma | QIYINPAI | personalizzato | |
| Acqua | realizzata dal sistema USgHIFU | ||
| Bilancia elettrica | YINGHENG | 11119453359 | |
| Asta di vetro | negozio di strumenti | ||
| SHIBAZI | SL1210-C | ||
| Maschera | Medicom | 2498 | |
| N,N,N',N' – Tetrametiletilendiammina | Zhanyun Chemical Co., Ltd (Shanghai, Cina) | ||
| Guanto di gomma | AMMEX | YZB / MAL 0587-2018 | |
| Scanner | Fuji Xerox | DocuPrint M268dw | |
| Cacciavite | Stanley | T6 | |
| Gel di silice | GE | 381 | |
| Modello quadrato | QIYINPAI | personalizzato | |
| Cucchiai in acciaio inox Negozio | strumenti chimici della Cina orientale | ||
| Ventosa | di strumenti chimici della Cina orientale | ||
| dei muscoli suini | |||
| Sistema USgHIFU | Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd. | SUA-I |
Riferimenti
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