Tracking con un ricevitore di ultrasuono in fibra ottica a punta d'ago ad ultrasuoni tridimensionale
21 agosto 2018
Visualizzazione accurata ed efficiente dei dispositivi medici invasivi è estremamente importante in molte procedure minimamente invasive ultrasuono-guida. Qui, viene presentato un metodo per localizzare la posizione spaziale di una punta dell'ago rispetto alla sonda di ultrasuono di imaging.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande cliniche chiave sul tracciamento dell'ago a ultrasuoni, anche quando l'ago si trova al di fuori del piano di imaging. Il vantaggio principale di questa tecnica è che aiuta a eliminare le complicazioni e le lesioni che possono derivare da punzoni ad ago mal tracciati. A dimostrare la procedura con me sarà Sunish Mathews, un ricercatore associato presso l'UCL.
Inizia selezionando un idrofono a ultrasuoni in fibra ottica costituito da una fibra ottica monomodale con una cavità ottica Fabry-Perot all'estremità distale. Utilizzando un bisturi, rimuovere parzialmente la guaina da 900 micrometri lungo la lunghezza dell'idrofono in fibra ottica vicino alla sua estremità distale per esporre lo strato tampone, fino a quando l'idrofono non può entrare nella cannula dell'ago. Quindi, fissare un ago medico orizzontalmente a un tavolino di traslazione orizzontale manuale e utilizzare uno stereomicroscopio per visualizzare la punta dell'ago con l'accesso ottico del microscopio allineato orizzontalmente e perpendicolare all'ago, ruotando l'ago attorno al proprio asse secondo necessità, fino a quando non è possibile osservare lo smusso.
Con l'estremità distale dell'ago in vista, inserire il ricevitore a ultrasuoni in fibra ottica attraverso la cannula di un adattatore Tuohy-Borst Sidearm e successivamente attraverso il connettore dell'esca dell'ago fino a quando la regione di rilevamento dell'idrofono è appena prossimale alla superficie smussata dell'ago. Fissare l'idrofono alla fase di traslazione con nastro di poliimmide per evitare il movimento del dispositivo all'interno dell'ago. Fissare verticalmente una pipetta da 20 microlitri al tavolino di traslazione verticale con il puntale rivolto verso il basso e utilizzare sia il tavolino di traslazione orizzontale che quello verticale per posizionare il puntale della micropipetta fino a quando non è adiacente all'idrofono in fibra ottica e circa 0,5 millimetri prossimalmente alla regione di rilevamento all'estremità distale.
Posizionare una goccia di adesivo ottico all'estremità prossimale della micropipetta e regolare l'ago in modo da consentire un percorso diretto dalla punta della micropipetta al ricevitore a ultrasuoni in fibra ottica. Quindi utilizzare una siringa da 10 millilitri per iniettare lentamente l'adesivo dall'estremità distale della micropipetta nel ricevitore a ultrasuoni in fibra ottica, facendo attenzione a evitare di applicare l'adesivo sulla regione di rilevamento o di occludere la cannula, e illuminare la punta dell'ago con luce ultravioletta, fino a quando l'adesivo ottico non è indurito. Per integrare l'idrofono nel sistema di imaging, collegare l'idrofono alla console ottica e una sonda ecografica personalizzata alla console ecografica.
Per confermare che l'idrofono è pronto per l'uso clinico, selezionare la modalità di funzionamento sulla sonda per ecografia e aggiungere il gel per ultrasuoni alla sonda. Quindi, aggiungere acqua a un fantoccio ecografico fetale per imitare il liquido amniotico e selezionare l'imaging in modalità B sulla sonda. Identificare il liquido amniotico nel fantoccio come bersaglio di inserimento.
Quindi, inserire l'ago verso il target di inserimento utilizzando l'interruttore sulla sonda personalizzata per alternare continuamente tra le modalità operative di imaging e di tracciamento. In questo esperimento rappresentativo, un ago è stato inserito nella cavità uterina e la punta è stata tracciata lungo una traiettoria che ha raggiunto una distanza fuori dal piano di 15 millimetri e una profondità di 38 millimetri. La codifica Golay ha migliorato il rapporto segnale/rumore, con un aumento di 7,5 volte rispetto all'eccitazione bipolare convenzionale.
Le posizioni della punta dell'ago tracciate in 3D sono state quindi sovrapposte all'immagine ecografica 2D, utilizzando croci con larghezze indicative delle distanze fuori dal piano e colori indicativi del piano di imaging. Il tracciamento ecografico è una tecnica che consente all'infermiere pratico in molti campi clinici di localizzare con precisione i dispositivi medici all'interno del corpo, rispetto al piano di imaging ecografico. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione dei passaggi chiave coinvolti nell'integrazione dell'idrofono in fibra ottica in un ago clinico per consentire il tracciamento a ultrasuoni.
Una sonda ecografica compatta con elementi trasduttori adiacenti all'array di imaging principale e un'interfaccia utente intuitiva sono utili per mantenere la compatibilità con il flusso di lavoro clinico.
Panoramica
Questo articolo presenta un metodo per localizzare con precisione la posizione spaziale della punta di un ago rispetto a una sonda di imaging ecografico, elemento fondamentale per procedure mini-invasive guidate da ecografia. La tecnica mira a migliorare il tracciamento dell'ago, anche quando questo si trova al di fuori del piano di imaging, riducendo così le complicazioni associate a inserimenti di ago mal tracciati.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Imaging mediante ultrasuoni
- Procedure mini-invasive
- Tracciamento di dispositivi medici
Sfondo
- Una visualizzazione accurata dei dispositivi medici invasivi è essenziale in ambito clinico.
- Il tracciamento dell'ago mediante ultrasuoni può prevenire complicazioni durante le procedure.
- I metodi esistenti possono avere difficoltà nel tracciare gli aghi al di fuori del piano di imaging.
- Tecniche di tracciamento migliorate possono aumentare la sicurezza del paziente e l'esito delle procedure.
Scopo dello studio
- Sviluppare un metodo per la localizzazione precisa della punta dell'ago mediante ultrasuoni.
- Dimostrare l'integrazione di un idrofono a fibra ottica in un ago clinico.
- Migliorare il rapporto segnale-rumore nell'imaging ecografico delle posizioni dell'ago.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di un idrofono a ultrasuoni a fibra ottica per l'integrazione con un ago medico.
- Utilizzo di un microscopio stereoscopico per visualizzare la punta dell'ago.
- Iniezione di adesivo ottico per fissare l'idrofono all'interno dell'ago.
- Utilizzo dell'imaging in modo B per tracciare l'inserimento dell'ago in un modello fantoccio.
Risultati principali
- Il metodo ha permesso il tracciamento della punta di un ago con una distanza fuori dal piano di 15 mm.
- Il rapporto segnale-rumore è migliorato di 7,5 volte utilizzando la codifica Golay.
- Le posizioni tridimensionali della punta dell'ago sono state sovrapposte con precisione alle immagini ecografiche bidimensionali.
- La tecnica ha dimostrato applicabilità pratica in contesti clinici.
Conclusioni
- L'integrazione di un idrofono a fibra ottica migliora il tracciamento ecografico degli aghi.
- Questo metodo può ridurre significativamente le complicanze durante procedure mini-invasive.
- Applicazioni future potrebbero estendersi a diversi ambiti clinici che richiedono una localizzazione precisa dei dispositivi.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Esecutiva
La localizzazione affidabile del dispositivo durante interventi guidati da ultrasuoni è fondamentale per ridurre al minimo il rischio procedurale e garantire la sicurezza dei tessuti nella ricerca traslazionale e preclinica. Il tracciamento tridimensionale dell'estremità dell'ago mediante ultrasuoni con un ricevitore a fibra ottica affronta la sfida della visualizzazione del dispositivo fuori dal piano, sostenendo un'elevata affidabilità predittiva in punti critici dei flussi di lavoro abilitati dal dispositivo. Questa capacità aumenta il valore del portafoglio riducendo l'ambiguità biologica e favorendo un posizionamento del dispositivo robusto e riproducibile in modelli rilevanti per la malattia.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Prima Fase della Scoperta e Validazione del Target
- Permette un posizionamento preciso del dispositivo per studi basati su ipotesi in modelli di tessuto.
- Riduce l'ambiguità meccanicistica confermando l'accuratezza spaziale degli interventi.
- Supporta la validazione funzionale di strategie di somministrazione o campionamento abilitate dal dispositivo.
Sviluppo di screening e saggi
- Facilita la preparazione di sistemi biologici validati per analisi successive.
- Migliora la riproducibilità e la standardizzazione delle procedure guidate da dispositivi.
- Consente la valutazione quantitativa della localizzazione del dispositivo ai fini della prontezza per lo screening.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea il tracciamento del dispositivo con modalità di imaging clinicamente rilevanti per garantire continuità traslazionale.
- Permette un avanzamento modulato sul rischio di approcci terapeutici o diagnostici basati su dispositivi.
- Fornisce una previsione de-risking per interventi in modelli preclinici che richiedono precisione spaziale.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica consentendo un posizionamento e un monitoraggio precisi del dispositivo sia in contesti nel piano che fuori dal piano, sostenendo l'identificazione dei composti promettenti e la ricerca traslazionale.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi garantendo l'accuratezza del dispositivo nei sistemi modello.
- Screening: Fornisce output quantitativi e riproducibili per la localizzazione del dispositivo nello sviluppo dei saggi.
- Analisi: Offre letture spaziali e sovrapposizioni per l'analisi comparativa delle traiettorie del dispositivo.
- Ricerca traslazionale: Mantiene la coerenza con gli standard di imaging clinico per la validazione preclinica.
- Riutilizzo aziendale: Offre una capacità di tracciamento riutilizzabile e adattabile a flussi di lavoro eterogenei abilitati da dispositivi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce il rischio di effetti fuori bersaglio negli studi basati su dispositivi.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità delle procedure guidate da ultrasuoni.
- Valore strategico: Migliora la qualità delle decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale riducendo l'incertezza procedurale.
- Impatto sul portafoglio: Consente una priorizzazione adeguata al rischio dei programmi abilitati da dispositivi e dei modelli traslazionali.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'integrazione di dispositivi in fibra ottica e nell'imaging mediante ultrasuoni.
- Necessita dell'accesso a sonde ecografiche personalizzate e a console di imaging compatibili.
- Richiede una standardizzazione congiunta tra i team per le procedure di preparazione e tracciamento dei dispositivi.
- Adattabile a diversi sistemi modello, tenendo conto delle differenze anatomiche e procedurali.
- Dipende dalla capacità di mantenere la compatibilità con il flusso di lavoro clinico e di ridurre al minimo la complessità dell'interfaccia utente.
