Artykuł metodologiczny

Trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego

13.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57207

⸱

21 sierpnia 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Wellcome/EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences, University College London, 2Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, University College London, 3Department of Anaesthesia, University College Hospital, 4St Bartholomew's Hospital and Queen Mary University of London, 5Institute for Women's Health, University College London, 6Centre for Medical Imaging Computing, University College London, 7GePaSud, University of French Polynesia, 8Department of Development and Regeneration, KU Leuven (Katholieke Universiteit), 9NIHR University College London Hospitals Biomedical Research Centre

W tym artykule

Podsumowanie

Dokładna i efektywna wizualizacja inwazyjnych urządzeń medycznych jest niezwykle ważna w wielu minimalnie inwazyjnych procedurach pod kontrolą USG. W tym miejscu przedstawiono metodę lokalizacji położenia przestrzennego końcówki igły względem sondy do obrazowania ultrasonograficznego.

Streszczenie

Ultradźwięki są często używane do przeprowadzania procedur minimalnie inwazyjnych, ale wizualizacja urządzeń medycznych jest często wyzwaniem przy tej metodzie obrazowania. W przypadku utraty wizualizacji urządzenie medyczne może spowodować uraz krytycznych struktur tkankowych. W tym miejscu przedstawiono metodę śledzenia końcówki igły podczas zabiegów pod kontrolą obrazu ultrasonograficznego. Metoda ta polega na użyciu światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego, który jest umieszczany w kaniuli igły medycznej w celu komunikowania się ultradźwiękowo z zewnętrzną sondą ultradźwiękową. Ta niestandardowa sonda składa się z centralnego układu elementów przetwornika i układów elementów bocznych. Oprócz konwencjonalnego dwuwymiarowego (2D) obrazowania ultrasonograficznego w trybie B zapewnianego przez matrycę centralną, trójwymiarowe (3D) śledzenie końcówek igieł jest zapewniane przez matryce boczne. W przypadku obrazowania ultrasonograficznego w trybie B wykonywana jest standardowa sekwencja nadawczo-odbiorcza z elektronicznym kształtowaniem wiązki. W przypadku śledzenia ultradźwiękowego, kodowane przez Golaya transmisje ultradźwiękowe z 4 bocznych matryc są odbierane przez czujnik hydrofonu, a następnie odbierane sygnały są dekodowane w celu zidentyfikowania położenia przestrzennego końcówki igły względem sondy obrazowania ultrasonograficznego. W ramach wstępnej walidacji tej metody przeprowadzono wkłucia pary igła/hydrofon w klinicznie realistycznych kontekstach. Ta nowatorska metoda obrazowania/śledzenia ultrasonograficznego jest kompatybilna z obecnym przepływem pracy klinicznej i zapewnia niezawodne śledzenie urządzenia podczas wprowadzania igły w płaszczyźnie i poza nią.

Wprowadzenie

Dokładna i efektywna lokalizacja inwazyjnych urządzeń medycznych jest wysoce pożądana w wielu minimalnie inwazyjnych procedurach pod kontrolą USG. Procedury te są spotykane w kontekstach klinicznych, takich jak znieczulenie regionalne i interwencyjne leczenie bólu1, onkologia interwencyjna < klasa sup = "xref">2 i medycyna płodu3. Wizualizacja końcówki urządzenia medycznego może być trudna w przypadku obrazowania ultrasonograficznego. Podczas wprowadzania w płaszczyźnie igły często mają słabą widoczność, gdy kąty wprowadzania są strome. Co więcej, podczas wprowadzania poza płaszczyzną trzon igły może zostać błędnie zinterpretowany jako końcówka igły. Gdy końcówka igły nie jest widoczna ultradźwiękowo, może powodować komplikacje poprzez uszkodzenie krytycznych struktur tkankowych.

Dostępnych jest wiele metod lokalizacji urządzeń medycznych podczas obrazowania ultrasonograficznego, ale wysoce pożądana jest niezawodna metoda, która jest kompatybilna z obecnym przepływem pracy klinicznej. Powierzchnie echogeniczne mogą być używane do poprawy widoczności podczas wstawiania w płaszczyźnie pod ostrym kątem4. Elektromagnetyczne systemy śledzenia mogą być używane podczas wstawiania poza płaszczyzną, ale zakłócenia pola elektromagnetycznego mogą poważnie pogorszyć ich dokładność. Obrazowanie ultrasonograficzne 3D może poprawić widoczność urządzeń medycznych w niektórych procedurach kardiologicznych i płodowych, gdy są one otoczone płynami5. Jednak obrazowanie ultrasonograficzne 3D nie jest szeroko stosowane do prowadzenia igły, częściowo ze względu na złożoność związaną z interpretacją obrazu.

Śledzenie ultradźwiękowe to metoda, która wykazała ogromny potencjał poprawy widoczności urządzeń medycznych6,7,8,9,10,11,12,13,14. Dzięki śledzeniu ultradźwiękowemu urządzenie medyczne ma wbudowany czujnik lub nadajnik ultradźwiękowy, który aktywnie komunikuje się z zewnętrzną sondą do obrazowania ultrasonograficznego. Pozycję urządzenia medycznego można zidentyfikować na podstawie zmierzonego czasu przelotu ultradźwięków między wbudowanym czujnikiem/nadajnikiem ultradźwiękowym a różnymi elementami przetwornika sondy. Do tej pory śledzenie ultradźwiękowe ograniczało się do śledzenia w płaszczyźnie, co znacznie ograniczyło jego zastosowanie kliniczne.

Tutaj znajduje się demonstracja tego, jak można przeprowadzić ultradźwiękowe śledzenie 3D za pomocą niestandardowej sondy do obrazowania ultradźwiękowego i hydrofonu światłowodowego umieszczonego w kaniuli igły (Rysunek 1). Ta niestandardowa sonda, która została zaprojektowana przez autorów i wyprodukowana zewnętrznie, składa się z centralnego układu elementów przetwornika i czterech układów bocznych. Centralna matryca służy do obrazowania ultrasonograficznego 2D; boczne matryce do śledzenia końcówek igieł 3D w połączeniu ze światłowodowym odbiornikiem ultradźwiękowym. Pokazano, w jaki sposób światłowodowy odbiornik ultrasonograficzny może być umieszczony i przymocowany w kaniuli igłowej, jak można zmierzyć dokładność śledzenia systemu na stole oraz jak można przeprowadzić walidację kliniczną.

Protokół

1. Sprzęt systemowy

  1. Kliniczna niestandardowa sonda do obrazowania ultrasonograficznego
    1. Utwórz szkic projektu układu elementów przetwornika w sondzie niestandardowej, która zawiera układy centralne i boczne. Prześlij projekt do producenta tej sondy.
    2. Korzystając z informacji zwrotnych od producenta, stwórz szczegółowy projekt niestandardowej sondy, który zawiera udoskonalenia charakterystyki częstotliwościowej i geometrii przetwornika (Rysunek 2).
      UWAGA: Zazwyczaj producent niestandardowej sondy może zaprojektować systemy elektroniczne, obudowę sondy i złącze sondy w celu zapewnienia kompatybilności z określonym typem systemu obrazowania ultrasonograficznego. Producent może również dołączyć przełącznik trybu pracy (sprzętowy) w celu określenia, który zestaw 128 elementów został zaadresowany przez system obrazowania ultrasonograficznego. W trybie obrazowania adresowany jest układ centralny; W trybie śledzenia adresowane są tablice boczne.
  2. Igła śledząca
    1. Wybierz hydrofon ultradźwiękowy światłowodowy, który składa się ze światłowodu jednomodowego z wgłębieniem Fabry'ego-Pérota na dystalnym końcu (średnica zewnętrzna (OD): 150 μm).
      UWAGA: Hydrofony, które składają się ze światłowodu jednomodowego z wnęką Fabry'ego-Pérota na dystalnym końcu (OD: 150 μm), są dostępne na rynku. Światłowody często stosowane w telekomunikacji mają warstwę okładzinową (OD: 125 μm), warstwę buforową (OD: 250 μm) i płaszcz (OD: 900 μm).
    2. Za pomocą skalpela częściowo zdjąć płaszcz 900 mikrometrów wzdłuż długości hydrofonu światłowodowego, blisko jego dystalnego końca, aby odsłonić warstwę buforową do momentu, gdy hydrofon zmieści się w kaniuli igłowej.
      UWAGA: Aby zapewnić wytrzymałość mechaniczną, warto zachować ochronną warstwę buforową/płaszcz na odcinku światłowodowego, który jest bliższy złączu Luer. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z delikatną częścią włókna po zdjęciu kurtki, zanim zostanie ona zabezpieczona przez kaniulę igłową.
    3. Przymocuj igłę medyczną poziomo do ręcznego poziomego etapu translacji i wizualizuj końcówkę igły za pomocą mikroskopu stereoskopowego, z osią optyczną mikroskopu ustawioną poziomo i prostopadle do igły. W razie potrzeby obrócić igłę wokół własnej osi, tak aby powierzchnia skosu igły była widoczna pod mikroskopem.
    4. Trzymając dystalny koniec igły w polu widzenia mikroskopu, włóż światłowodowy odbiornik ultradźwiękowy przez kaniulę adaptera Tuohy-Borst Sidearm, a następnie przez złącze Luer igły, aż obszar wykrywania hydrofonu znajdzie się tuż obok bliższej powierzchni skosu igły. Na tym etapie adapter broni bocznej nie powinien być podłączony do igły. Przymocuj hydrofon do etapu translacji (dobrze sprawdza się taśma poliimidowa), aby uniknąć jego przesuwania się w obrębie igły.
    5. Przymocuj hydrofon do etapu translacji za pomocą taśmy poliimidowej, aby uniknąć przesuwania się urządzenia w igle.
    6. Przymocuj pionowo pipetę o pojemności 20 mikrolitrów do pionowego stolika translacyjnego końcówką skierowaną w dół i użyj zarówno poziomych, jak i pionowych stopni translacyjnych, aby ustawić końcówkę mikropipety tak, aby przylegała do hydrofonu światłowodowego i około 0,5 mm proksymalnie do obszaru wykrywania na dystalnym końcu.
    7. Umieść kroplę kleju optycznego na bliższym końcu mikropipety i wyreguluj igłę tak, aby umożliwić bezpośrednią drogę od końcówki mikropipety do światłowodowego odbiornika ultrasonograficznego.
    8. Następnie za pomocą strzykawki o pojemności 10 ml wywrzeć nacisk na bliższy koniec mikropipety, aby stopniowo dozować klej z dystalu do światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego, uważając, aby uniknąć nakładania kleju na obszar wykrywania lub zasłaniania kaniuli, i oświetlaj końcówkę igły światłem ultrafioletowym, aż do utwardzenia kleju optycznego.

2. Integracja systemów

  1. Podłącz hydrofon do konsoli optycznej.
    UWAGA: Konsole optyczne, które dostarczają analogowy sygnał napięciowy proporcjonalny do odbieranego ciśnienia, są dostępne na rynku.
  2. Podłącz niestandardową sondę do obrazowania ultrasonograficznego do konsoli ultrasonograficznej.
  3. Wykonuj przeplatane akwizycje obrazów ultrasonograficznych w trybie B i kodowanych impulsów ultradźwiękowych do śledzenia10,14. W celu akwizycji obrazu ultrasonograficznego w trybie B należy wykonać sekwencje nadawczo-odbiorcze echa impulsowego z centralnymi elementami matrycy. Użyj przełącznika sprzętowego, aby kontrolować, czy uzyskuje się dostęp do bocznych elementów tablicy, czy do centralnych elementów tablicy.
  4. Digitalizacja sygnałów hydrofonu i sygnałów czasowych zgodnie z rozpoczęciem transmisji ultradźwiękowych jednocześnie za pomocą karty akwizycji danych (DAQ).
  5. Przetwarzaj i wyświetlaj sygnały uzyskane z sekwencji nadawczo-odbiorczych impuls-echo, aby uzyskać obrazy ultrasonograficzne w trybie B. Dodatkowo przetwarzaj i wyświetlaj sygnały hydrofonu, aby zlokalizować światłowodowy odbiornik ultradźwiękowy względem niestandardowej sondy. W tym ostatnim zadaniu algorytmy są opisane przez Xia i wsp. 12,14
  6. Nałóż lokalizacje końcówek igieł na obrazy ultrasonograficzne w trybie B. Aby wyświetlić informacje o śledzeniu 3D na obrazie ultrasonograficznym 2D, położenie końcówki igły (współrzędne boczne i głębokości) może być wskazane za pomocą krzyżyka; odległość poza płaszczyzną i bok płaszczyzny obrazowania, odpowiednio z rozmiarem i kolorem tego krzyża.

3. Walidacja przedkliniczna

  1. Wybierz tryb pracy za pomocą przełącznika na sondzie do obrazowania ultrasonograficznego.
  2. Dodaj żel ultrasonograficzny do niestandardowej sondy do obrazowania ultrasonograficznego.
  3. Przygotuj fantom USG płodu, dodając wodę, aby naśladować płyn owodniowy.
  4. Korzystając z obrazowania ultrasonograficznego w trybie B, zidentyfikuj płyn owodniowy w fantomie jako cel insercji.
    UWAGA: Cel wstawiania będzie zależał od kontekstu; Może obejmować określony obszar tkanki do diagnozy lub terapii podczas procedury klinicznej lub wyznaczone miejsce w fantomie obrazowania, aby naśladować obszar tkanki.
  5. Wbić igłę w kierunku miejsca wkłucia. Podczas wkładania przełączaj się między trybami pracy (obrazowanie i śledzenie) w sposób ciągły za pomocą przełącznika na sondzie niestandardowej.

Wyniki

Eksperyment na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z przepisami brytyjskiego Ministerstwa Spraw Wewnętrznych (UK Home Office) oraz Wytycznymi dotyczącymi stosowania ustawy o procedurach naukowych na zwierzętach (Animals (Scientific Procedures) Act) z 1986 roku. Owca była utrzymywana zgodnie z wytycznymi UK Home Office dotyczącymi dobrostanu zwierząt; eksperymenty przeprowadzono na podstawie licencji projektowej Home Office nr 70/7408 zatytułowanej „Prenatal therapy with stem cells and gene transfer”. Zgoda etyczna na eksperymenty na owcach została udzielona przez University College London w Wielkiej Brytanii oraz Rady ds. Etyki Dobrostanu Zwierząt (Animal Welfare Ethics Review Boards) w Royal Veterinary College.

Po uzyskaniu zgody komisji etycznej, do przedklinicznej walidacji in vivo wykorzystano ciężarną owcę. Po 2 tygodniowym stosowaniu dopochwowych czopków z progesteronem, owce poddano synchronizacji rui w celu indukcji owulacji, zgodnie z opisem Davida et al.34 W 130. dniu ciąży jedna ciężarna owca została poddana nocnemu głodzeniu wraz z towarzyszącą jej ciężarną owcą. Następnie owca została poddana znieczuleniu ogólnemu wywołanemu dożylnie tiopentalem sodowym w dawce 20 mg kg-1, a utrzymywanemu za pomocą 2-2,5% izofluranu w tlenie po intubacji i podłączeniu do respiratora. Poprawność intubacji potwierdzono poprzez obustronne osłuchiwanie płuc. Znieczulenie potwierdzono poprzez ocenę odruchu rogówkowego. Saturację tlenem monitorowano w sposób ciągły za pomocą pulsoksymetru umieszczonego na języku lub uchu. Owcę ułożono na plecach w pozycji półleżącej i wprowadzono zgłębnik nosowo-żołądkowy, aby ułatwić odprowadzenie treści żołądkowej. W celu utrzymania wilgotności oczu zastosowano lubrykant okulistyczny. Po wystrzyżeniu runa brzuch owcy dwukrotnie przemyto środkiem dezynfekującym do skóry. Na brzuch nałożono sterylny żel sprzęgający, a za pomocą badania ultrasonograficznego potwierdzono wiek ciąży owcy34 oraz oceniono położenie płodu. Po zakończeniu zabiegu zwierzę uśmiercono w sposób humanitarny poprzez podanie przedawkowania tiopentalu sodowego (40 mg kg-1 dożylnie).

Wykonawca (A.L.D.) zidentyfikował pępowinę jako cel. Igłę wprowadzono do jamy macicy, a jej końcówkę śledzono wzdłuż trajektorii, która osiągnęła odległość poza płaszczyznę obrazowania wynoszącą 15 mm oraz głębokość 38 mm (Rysunek 3). Kodowanie Golaya poprawiło stosunek sygnału do szumu (SNR), zwiększając go 7,5-krotnie w porównaniu do konwencjonalnego wzbudzenia bipolarnego (Rysunek 3B). Śledzone w 3D pozycje końcówki igły nałożono na 2D obraz ultrasonograficzny w postaci krzyżyków, których szerokość wskazywała odległość poza płaszczyznę obrazowania, a kolory odnosiły się do obrazowania (krok 2.6) (Rysunek 3C).

figure-results-1
Rysunek 1: Przegląd systemu. Głowica do obrazowania/śledzenia ultradźwiękowego (US) umożliwia zarówno obrazowanie US 2D, jak i trójwymiarowe śledzenie igły. Jest ona sterowana przez skaner US, który zapewnia kontrolę nad transmisjami elementów śledzących. Przełącznik umożliwia elektroniczny wybór elementów przetwornika w celu przełączania między dwoma trybami pracy: obrazowaniem za pomocą macierzy centralnej i śledzeniem za pomocą macierzy bocznych. Odbiornik ultradźwiękowy w postaci hydrofonu światłowodowego (FOH), umieszczony w świetle igły 20G, odbiera transmisje z macierzy bocznych. T/R: nadawanie/odbiór; LT: wyzwalacz linii; FT: wyzwalacz klatki; PC: komputer osobisty; DAQ: karta akwizycji danych. Rysunek i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rycina 2: Układ elementów przetwornika niestandardowej sondy do obrazowania ultradźwiękowego. Centralna macierz składająca się ze 128 elementów oraz soczewka akustyczna umożliwiają obrazowanie US. Macierze boczne, posiadające 32 elementy w rzędzie i łącznie 128 elementów, umożliwiają trójwymiarowe śledzenie igły. Rycina i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

figure-results-3
Rycina 3: Wprowadzanie igły z trójwymiarowym śledzeniem in vivo. (A) Śledzone pozycje końcówki igły (okręgi: P1-P6) uzyskane podczas wprowadzenia do jamy macicy u ciężarnej owcy. (B) Stosunki sygnału do szumu (SNR) sygnałów śledzenia (płaszczyzna obrazowania: X = 0). (C) Nałożenie 3 śledzonych pozycji na dwuwymiarowy obraz US uzyskany za pomocą centralnej macierzy. Długość każdego krzyżyka od końca do końca odpowiadała odległości poza płaszczyzną obrazowania; kolor (czerwony/żółty) odpowiadał stronie płaszczyzny obrazowania. Kluczowe cechy anatomiczne przedstawiono za pomocą obrysów (po prawej). S: skóra; PF: tkanka tłuszczowa podskórna; UW: ściana macicy; AF: płyn owodniowy; UC: pępowina; FA: brzuch płodu. Rycina i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Dyskusja

Tutaj pokazujemy, w jaki sposób można przeprowadzić śledzenie ultradźwiękowe 3D za pomocą niestandardowej sondy do obrazowania ultradźwiękowego i hydrofonu światłowodowego zintegrowanego z igłą. Z klinicznego punktu widzenia atrakcyjność kilku aspektów niestandardowej sondy opracowanej w tym badaniu jest atrakcyjnych. Jego kompaktowy rozmiar doskonale nadaje się do stosowania w małych przestrzeniach, takich jak pachy, gdzie manewrowanie nieporęcznymi sondami do obrazowania 3D jest wyzwaniem. Jednym z ograniczeń implementacji przedstawionego tutaj śledzenia ultradźwiękowego 3D jest to, że ręczne przełączanie było wymagane do przełączania między trybami obrazowania i śledzenia. W przyszłych wdrożeniach to przełączanie może odbywać się bezpośrednio przez system obrazowania ultrasonograficznego.

Hydrofon światłowodowy doskonale nadaje się do ultradźwiękowego śledzenia igieł. Jego wysoki stopień miniaturyzacji i elastyczność pozwalają na jego integrację z urządzeniami medycznymi o małych wymiarach bocznych. Jego szerokie pasmo częstotliwości16 pozwala na kompatybilność z różnymi klinicznymi sondami ultradźwiękowymi. Dodatkowo, jego dookólność16 pozwala na śledzenie igieł, które są wprowadzane pod różnymi kątami. Wreszcie, jego odporność na zakłócenia powodowane przez pola elektromagnetyczne i przedmioty metalowe sprawia, że jest bardziej odpowiedni do warunków klinicznych w przeciwieństwie do śledzenia EM. Aby osiągnąć większą czułość detekcji ultradźwiękowej, w przyszłości można zastosować płasko-wklęsłą jamę Fabry'ego-Pérota17. Ostatecznie śledzenie ultradźwiękowe można połączyć z innymi modalnościami w pojedynczym światłowodzie, takimi jak spektroskopia odbicia 18,19,20,21,22,23, spektroskopia Ramana 24, optyczna tomografia koherentna25,26 i obrazowanie fotoakustyczne 27,28,29,30,31,32,33.

Śledzenie ultradźwiękowe ma ograniczenia, które są wspólne z obrazowaniem ultradźwiękowym. Po pierwsze, niejednorodność tkanek będzie miała negatywny wpływ na śledzenie ultradźwiękowe; Przestrzenne różnice w prędkości dźwięku tkanki zmniejszą dokładność śledzenia, jak wykazano w symulacjach numerycznych w poprzednim badaniu14. Po drugie, struktury anatomiczne, które silnie odbijają fale ultradźwiękowe, takie jak struktury kostne lub jamy powietrzne, prawdopodobnie nie są kompatybilne ze śledzeniem ultradźwiękowym. W przyszłych badaniach pozycja końcówki igły uzyskana za pomocą innych metod obrazowania, takich jak rotacyjna tomografia rentgenowska 3D z ramieniem C, może być wykorzystana do oceny dokładności śledzenia ultradźwiękowego 3D w heterogenicznych tkankach in vivo.

Pomimo ostatnich postępów w obrazowaniu ultrasonograficznym, precyzyjne śledzenie i skuteczna manipulacja urządzeniami medycznymi pod kierunkiem tej metody pozostaje wyzwaniem, nawet dla ekspertów praktyków. Aktywna komunikacja między zewnętrznymi sondami ultradźwiękowymi a urządzeniami medycznymi, jak pokazano tutaj, może poprawić bezpieczeństwo i wydajność procedur. Ulepszenia te mogą znacznie ułatwić przyjęcie obrazowania ultrasonograficznego zamiast fluoroskopii rentgenowskiej w kilku kontekstach klinicznych, takich jak insercje kręgosłupa w celu interwencyjnego leczenia bólu. System opracowany w tym badaniu umożliwia śledzenie ultradźwiękowe 3D i obrazowanie ultrasonograficzne 2D za pomocą kompaktowej sondy ultradźwiękowej. Może to udoskonalić minimalnie inwazyjne procedury pod kontrolą ultradźwięków, zapewniając precyzyjną lokalizację końcówki igły w ramach obecnego przepływu pracy klinicznej.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie występują konflikty interesów.

Podziękowania

Ta praca została wsparta nagrodą Innovative Engineering for Health przyznaną przez Wellcome Trust (No. WT101957) oraz Rada ds. Badań Naukowych w Naukach Inżynieryjnych i Fizycznych (EPSRC) (nr NS/A000027/1), nagrodą Wellcome/EPSRC Centre [203145Z/16/Z & NS/A000050/1], grantem Starting Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (grant nr 1). ERC-2012-STG, propozycja 310970 MOPHIM) oraz przez pierwszą dotację EPSRC (nr PE/J010952/1). A.L.D. jest wspierany przez Kompleksowe Centrum Badań Biomedycznych UCL/UCLH NIHR. Autorzy są wdzięczni pracownikom Królewskiego Kolegium Weterynaryjnego za cenną pomoc w eksperymentach in vivo.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
System obrazowania ultrasonograficznegoBK ultrasonograf (ultrasonix)SonixMDP
Niestandardowa sonda ultradźwiękowaVermon
Igła rdzeniowa Terumo20 gauge
Hydrofon światłowodowyPrecyzyjna akustyka
Narzędzie do zdejmowania izolacji światłowodowej Mikroskop stereoskopowy ThorlabsFTS4
 Mikrosystemy Leica Z16APO
Adapter do broni bocznej Tuohy-Borst Pipeta CookMedical PTBYC-RA
   Eppendorf100 ml
 Eppendorf20 &mikro; L
Ultrafioletowy klej optyczny Norland ProductsNOA81
StrzykawkaTerumo  10 ml
Źródło światła ultrafioletowego Norland ProductsOpticure 4 Light Gun Karta
nabycia danych National InstrumentsUSB-5132
Ramię przegubowe CIVCO811-002
Tiopental sodowy Novartis Zdrowie Zwierząt w Wielkiej Brytanii Thiovet
IsofluraneMerial Animal HealthIsoflurane-Vet
Lubrykant do oczuAllergan, Marlow, Wielka BrytaniaLacri-Lube
Lubrykant do skóryAdams Healthcare, Garforth, Wielka BrytaniaHibitan 2%
Końcówka do mikropipet

Bibliografia

  1. Chin, K., Perlas, A., Chan, V., Brull, R. Needle visualization in ultrasound-guided regional anesthesia: challenges and solutions. Reg. Anesth. Pain Med. 33 (6), 532-544 (2008).
  2. Sridhar, A. N., et al. Image-guided robotic interventions for prostate cancer. Nat. Rev. Urol. 10, 452-462 (2013).
  3. Daffos, F., Capella-Pavlovsky, M., Forestier, F. Fetal blood sampling during pregnancy with use of a needle guided by ultrasound: A study of 606 consecutive cases. Am. J. Obstet. Gynecol. 153 (6), 655-660 (1985).
  4. Hebard, S., Graham, H. Echogenic technology can improve needle visibility during ultrasound-guided regional anesthesia. Reg. Anesth. Pain Med. 36 (2), 185-189 (2011).
  5. Abayazid, M., Vrooijink, G. J., Patil, S., Alterovitz, R., Misra, S. Experimental evaluation of ultrasound-guided 3D needle steering in biological tissue. Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 9 (6), 931-939 (2014).
  6. Nikolov, S. I., Jorgen, A. J. Precision of needle tip localization using a receiver in the needle. IEEE Int Ultrason Symp. , (2008).
  7. Mung, J., Vignon, F., Jain, A. A non-disruptive technology for robust 3D tool tracking for ultrasound-guided interventions. MICCAI 2011. , 153-160 (2011).
  8. Guo, X., Tavakoli, B., Kang, H. J., Kang, J. U., Etienne-Cummings, R., Boctor, E. M. Photoacoustic active ultrasound element for catheter tracking. Proc. SPIE. 8943, 89435M(2014).
  9. Xia, W., et al. In-plane ultrasonic needle tracking using a fiber-optic hydrophone. Med. Phys. 42 (10), 5983-5991 (2015).
  10. Xia, W., et al. Coded excitation ultrasonic needle tracking: An in vivo study. Med. Phys. 43 (7), 4065-4073 (2016).
  11. Xia, W., et al. Interventional photoacoustic imaging of the human placenta with ultrasonic tracking for minimally invasive fetal surgeries. MICCAI 2015. , 371-378 (2015).
  12. Xia, W., et al. 3D Ultrasonic Needle Tracking with a 1.5D Transducer Array for Guidance of Fetal Interventions. MICCAI 2016. , 353-361 (2016).
  13. Xia, W., et al. Fiber optic photoacoustic probe with ultrasonic tracking for guiding minimally invasive procedures. Proc. SPIE. 9539 95390K. 9539, 95390K(2015).
  14. Xia, W., et al. Looking beyond the imaging plane: 3D needle tracking with a linear array ultrasound probe. Sci. Rep. 7, 3674-3682 (2017).
  15. Xia, W., et al. Ultrasonic Needle Tracking with a Fibre-Optic Ultrasound Transmitter for Guidance of Minimally Invasive Fetal Surgery. MICCAI 2017. , 637-645 (2017).
  16. Morris, P., Hurrell, A., Shaw, A., Zhang, E., Beard, P. C. A Fabry-Pérot fiber-optic ultrasonic hydrophone for the simultaneous measurement of temperature and acoustic pressure. J. Acoust. Soc. Am. 125 (6), 3611-3622 (2009).
  17. Zhang, E. Z., Beard, P. C. Characteristics of optimized fiber-optic ultrasound receivers for minimally invasive photoacoustic detection. Proc. SPIE. 9323, 932311(2015).
  18. Desjardins, A. E., et al. Epidural needle with embedded optical fibers for spectroscopic differentiation of tissue: ex vivo feasibility study. Biomed. Opt. Exp. 2 (6), 1452-1461 (2011).
  19. Desjardins, A. E., et al. Needle stylet with integrated optical fibers for spectroscopic contrast during peripheral nerve blocks. J. Biomed. Opt. 16 (7), 077004(2011).
  20. Rathmell, J. P., et al. Identification of the Epidural Space with Optical Spectroscopy: An In Vivo Swine Study. Anesthesiology. 113 (6), 1406-1418 (2010).
  21. Balthasar, A., et al. Optical Detection of Vascular Penetration during Nerve Blocks: An in vivo Human. Reg. Anesth. Pain Man. 37 (1), 3-7 (2012).
  22. Brynolf, M., et al. Optical Detection of the Brachial Plexus for Peripheral Nerve Blocks: An in vivo Swine Study. Reg. Anesth. Pain Man. 36 (4), 350-357 (2011).
  23. Soto-Astorga, R. P., West, S. J., Putnis, S., Hebden, J. C., Desjardins, A. E. Epidural catheter with integrated light guides for spectroscopic tissue characterization. Biomed. Opt. Express. 4 (11), 2619-2628 (2013).
  24. Anderson, T. A. Raman Spectroscopy Differentiates Each Tissue From the Skin to the Spinal Cord: A Novel Method for Epidural Needle Placement? Anesthesiology. 125 (4), 793-804 (2016).
  25. Xie, Y., Bonin, T., Löffler, S., Hüttmann, G., Tronnier, V., Hofmann, U. G. Coronal in vivo forward-imaging of rat brain morphology with an ultra-small optical coherence tomography fiber probe. Phys. Med. & Biol. 58 (3), 555-568 (2013).
  26. Xie, Y., Harsan, L. A., Bienert, T., Kirch, R. D., Von Elverfeldt, D., Hofmann, U. G. Qualitative and quantitative evaluation of in vivo SD-OCT measurement of rat brain. Biomed. Opt. Express. 8 (2), 593-607 (2017).
  27. Xia, W., et al. Performance characteristics of an interventional multispectral photoacoustic imaging system for guiding minimally invasive procedures. J. Biomed. Opt. 20 (8), 086005(2015).
  28. Mari, J. -M., Xia, W., West, S. J., Desjardins, A. E. Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical ultrasound probe for discriminating nerves and tendons: an ex vivo pilot study. J. Biomed. Opt. 20 (11), 110503(2015).
  29. Xia, W., et al. An interventional multispectral photoacoustic imaging platform for the guidance of minimally invasive procedures. Proc. SPIE. 9539, 95390D(2015).
  30. Xia, W., West, S. J., Nikitichev, D. I., Ourselin, S., Beard, P. C., Desjardins, A. E. Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical linear array ultrasound probe for guiding nerve blocks. Proc. SPIE. 9708, 97080C1-97080C6 (2016).
  31. Gandhi, N., Allard, M., Kim, S., Kazanzides, P., Bell, M. A. L. Photoacoustic-based approach to surgical guidance performed with and without a da Vinci robot. J. Biomed. Opt. 22 (12), 121606(2017).
  32. Bell, M. A. L., Kuo, N. P., Song, D. Y., Kang, J. U., Boctor, E. M. In vivo visualization of prostate brachytherapy seeds with photoacoustic imaging. J. Biomed. Opt. 19 (12), 126011(2017).
  33. Piras, D., Grijsen, C., Schütte, P., Steenbergen, W., Manohar, S. Photoacoustic needle: minimally invasive guidance to biopsy. J. Biomed. Opt. 18 (7), 070502(2013).
  34. David, A. L., et al. Clinically applicable procedure for gene delivery to fetal gut by ultrasound-guided gastric injection: toward prenatal prevention of early-onset intestinal diseases. Hum. Gene Ther. 17 (7), 767-779 (2006).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Tr jwymiarowe ledzenie ig yprocedury pod kontrol USGtransmisje z kodowaniem Golayaniestandardowa g owica do obrazowania ultrad wi kowegolokalizacja czubka ig yledzenie poza p aszczyzn obrazowaniawalidacja na fantomie ultrad wi kowymintegracja z klejem optycznymkompatybilno z klinicznym przep ywem pracy

Powiązane artykuły