초음파 위상 어레이 시스템에 초점을 맞춘 초점면에 타겟팅 정확도 초음파 유도 높은 강도 대 한 평가

요약

이 연구는 고 강도 집중 된 초음파 초음파 기반 위상 어레이 시스템의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는 프로토콜을 설명 합니다.

초록

위상 배열 점점 기존의 체 외 초음파 유도 장내 (USgHIFU) 시스템에서 고 강도 집중 된 초음파 (장내) 변환기로 사용 하 고 있습니다. 이러한 시스템에서 장내 트랜스듀서는 미국 이미징 프로브 장착 회전 수 중앙 구멍 모양에 일반적으로 구형. 치료의 평면에 이미지 프로브 회전 동안 이미지 시퀀스를 통해 개축 될 수 있다. 따라서, 치료 계획 복원된 이미지를 만들 수 있습니다. 이러한 시스템은 소를 사용 하 여 메서드의 프로토콜의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 근육과 팬텀 마커 포함 설명 되어 있습니다. 팬텀에 평방 수 지 모델의 모서리에 4 개의 단단한 공 복원 이미지에서 참조 마커 역할을 합니다. 그것의 센터와 사각형 모델의 센터 복원된 이미지에서 그들의 상대적인 위치에 따라 일치 수 있도록 목표를 이동 해야 합니다. 약 30 mm의 두께 가진 돼지 근육 임상 설정에서 빔 경로 모방 하기 위해 팬텀 위에 배치 됩니다. 쥡니다, 후 팬텀에서 치료 비행기 검색 하 고 관련 된 병 변의 경계 스캔 한 이미지에서 추출 됩니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다. 이 메서드는 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 임상으로 관련 된 빔 경로에 단일 초점 보다는 오히려 여러 초점 명소의 구성 된 대상의 타겟팅 정확도 평가 수 없습니다 하지만 그것은 또한 전 임상 평가에 사용 될 수 또는 위상 어레이 또는 자동 초점 장내 변환기로 구성 된 USgHIFU 시스템의 정기적인 유지 보수.

서론

위상 배열 점점 설계 및 장내 시스템^{1,2,3,,45,,67}에 장착. USgHIFU 위상 어레이 시스템, 미국 이미징 프로브는 일반적으로 구형 장내 변환기^1,2,8중앙 구멍에 장착 됩니다. 프로브는 3 차원 공간⁹에 지정 하 고 이미지 재건을 위해 회전. 정확한 타겟팅 하는 것이 안전 및 장내 치료의 효능에 대 한 필요 합니다. 그러나, 정확도 표적으로 하기의 평가 대 한 연구의 대부분 자기 공명 유도 장내 시스템이 나 USgHIFU는 자동 초점된 장내 변환기^10,11, 를 사용 하 여 구성에 대 한 수행 되었습니다. ^{12 , 13 , 14 , 15 , 16}. 아래 설명 된 메서드 USgHIFU 위상 배열 시스템용 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는.

임상으로 관련 된 빔 경로 따라 소 근육/마커-임베디드 팬텀 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가에 사용 됩니다. 모서리에 4 개의 공으로 평방 모델 조작 이며 투명 한 팬텀으로 소 근육을 함께에서 포함. 일반 육각 치료 평면에 재구성 된 미국 이미지에서 확인 된 4 개의 공의 센터의 위치에 따라 대상으로 선택 됩니다. 장내 sonications 후 팬텀의 치료 비행기 검사 되 고 4 개의 볼을의 위치 뿐만 아니라, 병 변 경계 스캔 한 이미지에서 확인할 수 있습니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다.

방법은 특정 참조 개체^11,,1718 와 로봇 움직임을 사용 하 여 대상 오류의 측정 보다 간단 하 고 방법에 비해 더 많은 임상 관련 단일 초점에 따라 균질 팬텀¹⁰자리 제거. 이 메서드는 USgHIFU 위상 배열 시스템의 타겟팅 정확도의 평가에 사용할 수 있습니다. 그것은 또한 자동 초점된 장내 트랜스듀서와 다른 USgHIFU 시스템 사용할 수 있습니다.

프로토콜

1. 마커 설계 및 제조

1. 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용 하 여 사각형 모델 디자인. 40 m m의 길이와 두께의 2. 장소 사각형 모델의 각 모서리에 10 m m 직경을 가진 단단한 공 막대기로 양쪽을 설정 합니다.
2. 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 감광 성 수 지를 사용 하 여 인쇄에 대 한 자료로.
3. 제조에 대 한 제조 업체에 3D 모델 파일을 보냅니다.

2. 팬텀 준비

1. 실 온에서 팬텀 홀더를 만들기 위해 실리 카 젤과 아크릴 베이스 보드를 3cm의 높이 (8 cm의 직경)와 플라스틱 실린더를 연결 합니다. 1 시간 동안 앉아 보자.
2. 사각형 모양 (30 x 30 m m, 두께 10 m m)으로 신선한 소 근육을 슬라이스 하 고 수 분 증발을 2 시간 동안 그것을 환기.
3. 비 커에 degassed 및 이온 물 (115 mL)를 따르십시오, 아크릴의 13 g에 추가 하 고 해산 때까지 휘저어. 두번째-아크릴의 0.24 g을 추가 하 고 해산 때까지 휘저어. 다음, 추가 0.2 mL N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine 일정 하 게 약동 하십시오.
   참고: 마스크와 고무 장갑에 넣어.
4. 다른 비 커에 degassed 및 이온 물 5 mL를 준비, 암모늄 persulfate의 0.3 g을 추가 하 고 해산 저 어.
   주의: 아크릴, 두번째-아크릴 아 미드, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine, 및 암모늄 persulfate 독성이 있다. 세심 한 관심을 지불 하 고 신체 접촉을 피하십시오.
5. 연속 팬텀 홀더에 2.3 및 2.4 단계에서 솔루션의 40%를 부 어 및 5에 대 한 저 어 s. 혼합물이 강화 하기 위해 20 분 동안 앉아 보자.
6. 응고 팬텀의 표면에 3D 인쇄 평방 모델을 놓고 모델 가운데 썬된 소 근육을 넣어. 팬텀 홀더에 2.3 단계에서 솔루션의 나머지를 붓는 다. 앞뒤로 팬텀의 인터페이스와 조각 사이의 공기를 제거 하 소 근육을 이동 합니다.
7. 부 어 준비 솔루션의 나머지 2.4 팬텀 홀더를 5 저 s.
8. 가로 방향 따라 팬텀의 센터를 썰어 소 근육의 위치를 미세 조정할. 팬텀을 강화 하기 위해 20 분 동안 앉아 보자.
9. 원통형 플라스틱 및 아크릴 베이스 드라이버를 사용 하 여 사이 실리 카 젤을 제거 합니다.
10. 천천히 원통형 플라스틱에서 아크릴 베이스 보드를 분리 합니다.

3입니다. USgHIFU 시스템의 설치

1. 임상 USgHIFU 시스템을 시작 합니다.
2. 분당 80 발에서 물 순환의 속도 설정 및 물 처리 모듈을 켭니다.
3. 실 온 (22-25 ° C)에서 degassed 물으로는 아크릴 원통형 물탱크를 (30 cm의 직경)와 13 cm의 높이 채우십시오.
4. Degassed 물으로 팬텀 홀더를 놓고 단단히 홀더를 수정 합니다.
5. 치료 침대 위에 원통형 탱크를 이동 합니다. 치료 침대 들어올리고 degassed 물으로 치료 단위 아래로 이동 합니다.

4. 미국 기반을 대상으로

1. 천천히 최대 치료 단위를 이동 하 고 치료 면의 깊이 썬된 소 근육과 미국 이미지에 투명 한 팬텀의 상단 인터페이스에 위치 되도록 아래로.
2. 미국 이미징 프로브 0 °를 회전 하 고 회전 축 (이미징 축 라고도 함) 미국 이미지에서 두 개의 병렬 막대기의 중간 지점을 통과 하도록 원통형 탱크를 이동 합니다.
3. 이미징 프로브 90 °를 회전 하 고 회전 축 미국 이미지에서 두 개의 병렬 막대기의 중간 지점을 통과 하도록 원통형 탱크를 이동.
4. 기하학적 초점의 깊이에서 치료 비행기에 미국 이미지를 재구성 합니다.
5. 4 공 재건된 미국 이미지와 여부는 대상 사각형 모델의 중심에 명확 하 게 표시 됩니다 확인 하십시오.
   참고: 대상의 중심은 복원된 이미지의 중심에 정해진. 볼의 평균 회색 값은 15 m m x 15 m m 평방 최고 10 m m 직경을 가진 원형에 의해 결정 됩니다. 사각형 모델의 센터 복원된 이미지의 4 개의 볼의 대각선에 의해 결정 됩니다.
6. 대상과 4.4-4.5 스퀘어 모델 및 반복 단계 간의 상대적 위치에 따라 물 탱크를 이동 합니다.
7. 치료 장치 고 팬텀 위에 약 30 m m의 두께와 돼지 근육을 넣어. 그런 다음, 기하학적 초점의 깊이 3mm 슬라이스 소 근육의 상부 표면 아래까지 치료 단위 아래로 이동 합니다.
   참고: 빔 경로 따라 3 m m 초점 교정은 이전 연구¹⁹에서 실험 공식에 따라 돼지 근육의 두께 따라 추정 됩니다.

5. 장내 쥡니다

1. 다음 쥡니다 매개 변수 선택: 펄스 기간 (400 ms), 듀티 사이클 (80%), 음향 (400 W) 전원, 그리고 연속 초점 명소 쥡니다 사이의 시간 냉각 (30 s).
2. 대상에 초점 명소에 대 한 노출 시간을 설정 합니다.
   1. 2.0의 5.4 m m, 9mm, 및 12.6 m m. 설정된 노출 시간의 각각 대각선으로 3 개의 동심 일반 육각 대상에 대 한 절차를 반복 s, 2.5, 및 3.0 각각, 안쪽, 중간, 그리고 외부 육각형에 있는 초점 명소 및 2.0 s는 foc에 대 한 s 위상 배열의 기하학적 중심에 알 자리.
3. 쥡니다 시작 하 고 장내 쥡니다 위한 발 페달에 발을 넣어.
4. Sonications는 완료 될 때까지 echogenicity 미국 이미지에서의 변화를 관찰 합니다.

6. USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도의 평가

1. 팬텀 홀더를 가져올 하 고 원활 하 게 그것을 꺼내 팬텀을 누릅니다.
2. 칼을 사용 하 여 치료 평면 팬텀을 분할.
3. 썬된 소 근육을 포함 하는 팬텀의 치료 비행기를 검사 합니다.
4. 수학 소프트웨어를 사용 하 여 스캔 한 이미지를 처리 하 고 대상 및 병 변의 경계를 추출.
5. Intercenter 거리 d_c 와 대상 경계 d_b의 최대한 overshooting을 계산 합니다.
   참고: d_c 대상의 센터 및 그것의 각각 병 변 사이의 거리입니다. d _b 병 변의 경계와 각각 목표 사이 거리를 overshooting 최대 이다.
6. 병 변 내부와 외부 η_나 대상 영역에 대상 분야의 비율을 계산 = (S_A ∩ S_P) / S_P 와 η_O = (S_A - S_A ∩ S_P) / S_P, 각각.
   참고: S_P 대상 지역, S_A 병 변 영역을 나타냅니다.

결과

우리 유령을 전용 세 가지 다른 크기의 목표와 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가 했다. 그림 1 0 °와 90 °의 각도에서 미국의 이미지를 표시합니다. 인터페이스는 명확 하 고 사각형 모델의 막대기는 미국 이미지에 밝은. 그림 2 에서는 치료 비행기와 가장 큰 대상의 초점 명소에 재건된 미국 이미지를 보여 줍니다. 4 공의 센터는 가장 높은 평균된 회색 값과 동일한 크기의 파란색 원으로 결정 했다. 그림 3 팬텀 치료 평면과 추출된 경계 대상 및 병 변의 스캔 한 이미지를 보여준다.

우리는 d_c, d_b, <...

토론

로봇 부품 체 외 USgHIFU 시스템에 대 한 사용 되었습니다. 참조 마커^11,,1218, 이러한 시스템의 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 생체 외에서 조직¹⁷, 종양 모방 모델, 및 온도 민감한 유령 사용 되었습니다 하거나 ^10,20. 그 연구에서 프로토콜에 비해,이 방법은 더 임상 관련 이며 쉽게 계량 초점면에서 대상 오류. 이기종, 투명 한 팬텀을 참조 마커를 결합 하 여이 방법은 유 방 종양 절제술²¹겨냥 하는 USgHIFU 시스템의 타겟팅 정확도 평가 하기 위한 또 다른 연구에서 수정 되었습니다. 우리는 우리의 USgHIFU 위상 어레이 시스템에 이전 연구

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
아크릴아미드	Amresco	D403-2
아크릴 베이스보드	LAO NIAO STORES	맞춤형
아크릴 원통형 물 탱크를 저장합니다.	LAO NIAO STORES	맞춤형
과황산 암모늄	Yatai United Chemical Co., Ltd (중국 우시)	2017-03-01
비커	동부 중국 화학 시약 기기 상점
비스 아크릴 아미드	Amresco	M0172
소 근육	시장
도마	JIACHI	JC-ZB40
원통형 플라스틱  팬텀 홀더	QIYINPAI	사용자 정의
USgHIFU 시스템으로 만든	탈기 탈이온수
전기 저울	YINGHENG	11119453359
유리 막대	중국 동부 화학 시약 기기 저장소
나이프	SHIBAZI	SL1210-C
마스크	Medicom	2498
N,N,N',N' – Tetramethylethylenediamine	Zhanyun Chemical Co., Ltd (Shanghai, China)
고무 장갑	AMMEX	YZB/MAL 0587-2018
스캐너	Fuji Xerox	DocuPrint M268dw
스크루 드라이버	Stanley	T6
실리카겔	GE	381
스퀘어 모델	QIYINPAI	사용자 정의
스테인레스 스틸 숟가락	중국 동부 화학 시약 기기 상점
빨판 중국	동부 화학 시약 기기 상점
돼지 근육	시장
USgHIFU 시스템	Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd.	수아-아이

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