Name: Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 1 s
Description: Poznaj protokół oceny nowych sond ultradźwiękowych CMUT do obrazowania mózgu przy użyciu preparatu in vitro z mózgu wołowego. Ta metoda umożliwia porównanie obrazów ultrasonograficznych z rezonansem magnetycznym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została częściowo wsparta przez rządy krajowe i Unię Europejską poprzez projekt ENIAC JU DeNeCoR na podstawie umowy o grant numer 324257. Autorzy pragną podziękować prof. Giovanniemu Magenesowi, prof. Piero Tortoli i dr Giosuè Caliano za ich cenne wsparcie, nadzór i wnikliwe komentarze, które umożliwiły tę pracę. Jesteśmy również wdzięczni prof. Egidio D'Angelo i jego grupie (BCC Lab.), a także Fondazione Istituto Neurologico C. Mondino za dostarczenie oprzyrządowania do śledzenia ruchu i rezonansu magnetycznego, a także Giancarlo Germaniemu za pozyskanie rezonansu magnetycznego. Na koniec chcielibyśmy podziękować dr Nicoletcie Caramii, dr Alessandro Dallai i Pani Barbarze Mauti za ich cenne wsparcie techniczne oraz Panu Walterowi Volpi za dostarczenie mózgu bydlęcego.

<ol><li>Matrone, G., Savoia, A. S., Terenzi, M., Caliano, G., Quaglia, F., Magenes, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Volumetric+CMUT-Based+Ultrasound+Imaging+System+Simulator+With+Integrated+Reception+and+%C2%B5-Beamforming+Electronics+Models%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">A Volumetric CMUT-Based Ultrasound Imaging System Simulator With Integrated Reception and µ-Beamforming Electronics Models.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61 (5), 792-804 (2014).</li>
<li>Pappalardo, M., Caliano, G., Savoia, A. S., Caronti, A. <a target="_blank" href="http://www.springer.com/us/book/9780387765389">Micromachined ultrasonic transducers. Piezoelectric and Acoustic Materials for Transducer Applications</a>. , Springer. 453-478 (2008).</li>
<li>Oralkan, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capacitive+micromachined+ultrasonic+transducers%3A+Next-generation+arrays+for+acoustic+imaging%3F%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">Capacitive micromachined ultrasonic transducers: Next-generation arrays for acoustic imaging?</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 49 (11), 1596-1610 (2002).</li>
<li>Savoia, A., Caliano, G., Pappalardo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+CMUT+probe+for+medical+ultrasonography%3A+From+microfabrication+to+system+integration%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">A CMUT probe for medical ultrasonography: From microfabrication to system integration.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59 (6), 1127-1138 (2012).</li>
<li>ENIAC JU project DeNeCoR website. , 
 <a target="_blank" href="http://www.denecor.info">http://www.denecor.info</a> (2017).</li>
<li>Ramalli, A., Boni, E., Savoia, A. S., Tortoli, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density-tapered+spiral+arrays+for+ultrasound+3-D+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">Density-tapered spiral arrays for ultrasound 3-D imaging.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 62 (8), 1580-1588 (2015).</li>
<li>Lazebnik, R. S., Lancaster, T. L., Breen, M. S., Lewin, J. S., Wilson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volume+registration+using+needle+paths+and+point+landmarks+for+evaluation+of+interventional+MRI+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">Volume registration using needle paths and point landmarks for evaluation of interventional MRI treatments.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 22 (5), 653-660 (2003).</li>
<li>Dawe, R. J., Bennett, D. A., Schneider, J. A., Vasireddi, S. K., Arfanakis, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+MRI+of+human+brain+hemispheres%3A+T2+relaxation+times+during+formaldehyde+fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Postmortem MRI of human brain hemispheres: T2 relaxation times during formaldehyde fixation.</a> Magn. Reson. Med. 61 (4), 810-818 (2009).</li>
<li>Chen, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+anthropomorphic+polyvinyl+alcohol+brain+phantom+based+on+Colin27+for+use+in+multimodal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Mag.+Res.+Phys%22%5BJournal%5D)">An anthropomorphic polyvinyl alcohol brain phantom based on Colin27 for use in multimodal imaging.</a> Mag. Res. Phys. 39 (1), 554-561 (2012).</li>
<li>Farrer, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+evaluation+of+tissue-mimicking+gelatin+phantoms+for+use+with+MRgFUS%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Ther.+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Characterization and evaluation of tissue-mimicking gelatin phantoms for use with MRgFUS.</a> J. Ther. Ultrasound. 3 (9), (2015).</li>
<li>Choe, A. S., Gao, Y., Li, X., Compton, K. B., Stepniewska, I., Anderson, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+image+registration+between+MRI+and+light+microscopy+in+the+ex+vivo+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Accuracy of image registration between MRI and light microscopy in the ex vivo brain.</a> Magn. Reson. Imaging. 29 (5), 683-692 (2011).</li>
<li>PVA brain phantom images website. , 
 <a target="_blank" href="http://pvabrain.inria.fr">http://pvabrain.inria.fr</a> (2017).</li>
<li>Gobbi, D. G., Comeau, R. M., Peters, T. M. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/221402079_Ultrasound_Probe_Tracking_for_Real-Time_UltrasoundMRI_Overlay_and_Visualization_of_Brain_Shift">Ultrasound probe tracking for real-time ultrasound/MRI overlay and visualization of brain shift.</a> Int. Conf. Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv (MICCAI) n. 920, 927(1999).</li>
<li>Ternifi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+measurements+of+brain+tissue+pulsatility+correlate+with+the+volume+of+MRI+white-matter+hyperintensity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow.+Metab%22%5BJournal%5D)">Ultrasound measurements of brain tissue pulsatility correlate with the volume of MRI white-matter hyperintensity.</a> J. Cereb. Blood Flow. Metab. 34 (6), 942-944 (2014).</li>
<li>Unsgaard, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronavigation+by+Intraoperative+Three-dimensional+Ultrasound%3A+Initial+Experience+during+Brain+Tumor+Resection%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Neuronavigation by Intraoperative Three-dimensional Ultrasound: Initial Experience during Brain Tumor Resection.</a> Neurosurgery. 50 (4), 804-812 (2002).</li>
<li>Pfefferbaum, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li>
<li>Schulz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+strain+fields+in+human+brain+resulting+from+formalin+fixation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional strain fields in human brain resulting from formalin fixation.</a> J. Neurosci. Meth. 202 (1), 17-27 (2011).</li>
<li>Ahrens, J., Geveci, B., Law, C. ParaView: An End-User Tool for Large Data Visualization. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAhrens%2C+J+%22Visualization+Handbook%22">Visualization Handbook</a>. , Elsevier. (2005).</li>
<li>Cloutier, G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15259645">A multimodality vascular imaging phantom with fiducial markers visible in DSA, CTA, MRA, and ultrasound.</a> Med. Phys. 31 (6), 1424-1433 (2004).</li>
<li>Boni, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reconfigurable+and+programmable+FPGA-based+system+for+nonstandard+ultrasound+methods%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">A reconfigurable and programmable FPGA-based system for nonstandard ultrasound methods.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59 (7), 1378-1385 (2012).</li>
<li>Bagolini, A. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/25/1/015012/meta">PECVD low stress silicon nitride analysis and optimization for the fabrication of CMUT devices.</a> J. Micromech. Microeng. 25 (1), (2015).</li>
<li>Savoia, A. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/5935836/">Design and fabrication of a cMUT probe for ultrasound imaging of fingerprints.</a> Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. , 1877-1880 (2010).</li>
<li>Fenster, A., Downey, D. B. <a target="_blank" href="http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.bioeng.2.1.457">Three-dimensional ultrasound imaging.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 2, 457-475 (2000).</li>
<li>Matrone, G., Ramalli, A., Savoia, A. S., Tortoli, P., Magenes, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Frame-Rate%2C+High+Resolution+Ultrasound+Imaging+with+Multi-Line+Transmission+and+Filtered-Delay+Multiply+And+Sum+Beamforming%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">High Frame-Rate, High Resolution Ultrasound Imaging with Multi-Line Transmission and Filtered-Delay Multiply And Sum Beamforming.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 36 (2), 478-486 (2017).</li>
<li>Matrone, G., Savoia, A. S., Caliano, G., Magenes, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Depth-of-field+enhancement+in+Filtered-Delay+Multiply+and+Sum+beamformed+images+using+Synthetic+Aperture+Focusing%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics%22%5BJournal%5D)">Depth-of-field enhancement in Filtered-Delay Multiply and Sum beamformed images using Synthetic Aperture Focusing.</a> Ultrasonics. 75, 216-225 (2017).</li>
<li>Boni, E., Cellai, A., Ramalli, A., Tortoli, P. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6562417/">A high performance board for acquisition of 64-channel ultrasound RF data.</a> Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. , 2067-2070 (2012).</li>
<li>Matrone, G., Savoia, A. S., Caliano, G., Magenes, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Delay+Multiply+and+Sum+beamforming+algorithm+in+medical+ultrasound+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">The Delay Multiply and Sum beamforming algorithm in medical ultrasound imaging.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 34, 940-949 (2015).</li>
<li>Savoia, A. S. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6932241/">Improved lateral resolution and contrast in ultrasound imaging using a sidelobe masking technique.</a> Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. , 1682-1685 (2014).</li>
<li>Gyöngy, G., Makra, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+a+convolution-+based+ultrasound+image+formation+model+using+a+planar+arrangement+of+micrometer-scale+scatterers%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of a convolution- based ultrasound image formation model using a planar arrangement of micrometer-scale scatterers.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 62 (6), 1211-1219 (2015).</li>
<li>Shapoori, K., Sadler, J., Wydra, A., Malyarenko, E. V., Sinclair, A. N., Maev, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Ultrasonic-Adaptive+Beamforming+Method+and+Its+Application+for+Trans-skull+Imaging+of+Certain+Types+of+Head+Injuries%3B+Part+I%3A+Transmission+Mode%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">An Ultrasonic-Adaptive Beamforming Method and Its Application for Trans-skull Imaging of Certain Types of Head Injuries; Part I: Transmission Mode.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 62 (5), 1253-1264 (2015).</li>
<li>Salles, S., Liebgott, H., Basset, O., Cachard, C., Vray, D., Lavarello, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+evaluation+of+spectral-based+quantitative+ultrasound+imaging+using+plane+wave+compounding%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">Experimental evaluation of spectral-based quantitative ultrasound imaging using plane wave compounding.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61 (11), 1824-1834 (2014).</li>
<li>Alessandrini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+New+Technique+for+the+Estimation+of+Cardiac+Motion+in+Echocardiography+Based+on+Transverse+Oscillations%3A+A+Preliminary+Evaluation+In+Silico+and+a+Feasibility+Demonstration+In+Vivo%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">A New Technique for the Estimation of Cardiac Motion in Echocardiography Based on Transverse Oscillations: A Preliminary Evaluation In Silico and a Feasibility Demonstration In Vivo.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 33 (5), 1148-1162 (2014).</li>
<li>Ramalli, A., Basset, O., Cachard, C., Boni, E., Tortoli, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain-based+strain+estimation+and+high-frame-rate+imaging+for+quasi-static+elastography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Ultrason.+Ferroelectr.+Freq.+Control%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain-based strain estimation and high-frame-rate imaging for quasi-static elastography.</a> IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59 (4), 817-824 (2012).</li>
<li>NDI Polaris Vicra optical tracking system website. , 
 <a target="_blank" href="http://www.ndigital.com/medical/polaris-family">http://www.ndigital.com/medical/polaris-family</a> (2017).</li>
<li>Markley, F. L., Cheng, Y., Crassidis, J. L., Oshman, Y. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.28949">Averaging quaternions.</a> J. Guid. Cont. Dyn. 30 (4), 1193-1197 (2007).</li>
<li>Dorst, L., Fontijne, D., Mann, S. <a target="_blank" href="https://www.elsevier.com/books/geometric-algebra-for-computer-science-revised-edition/dorst/978-0-12-374942-0">Geometric Algebra for Computer Science. An Object-oriented Approach to Geometry</a>. , A Volume in the Morgan Kaufmann Series in Computer Graphics (2007).</li>
<li>Horn, B. K. P. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/josaa/abstract.cfm?uri=josaa-4-4-629">Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions.</a> J. Opt. Soc. Am. A. 4 (4), 629-642 (1987).</li>
</ol>

Autorzy deklarują, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

W literaturze przedmiotu zamieszczono kilka prac opisujących techniki, które są podobne lub pokrewne do prezentowanego protokołu. Techniki te opierają się również na wykorzystaniu realistycznych celów, w tym nieruchomych mózgów zwierząt lub zwłok, ale są one przeznaczone głównie do testowania różnego rodzaju metod rejestracji cyfrowej.
Opisany tutaj protokół ma jednak konkretny cel testowania sond amerykańskich w różnych konfiguracjach we wczesnych stadiach rozwoju i w związku z tym spełnia po...

<table><tbody><tr><td>ULA-OP</td><td>Uniwersytet we Florencji</td><td>N/A</td><td>System badawczy do obrazowania ultrasonograficznego</td></tr><tr><td>Sonda piezeoelektryczna do obrazowania 3D</td><td>Esaote s.p.a.</td><td>9600195000</td><td>Mechanicznie omiatana sonda ultradźwiękowa 3D, model BL-433</td></tr><tr><td>Liniowa sonda piezoelektryczna</td><td>Esaote s.p.a.</td><td>122001100</td><td>Ultradźwiękowa sonda liniowa, model LA-533</td></tr><tr><td>Sonda CMUT</td><td>University Roma Tre</td><td>N/A</td><td>Ultradźwiękowa sonda liniowa oparta na technologii CMUT</td></tr><tr><td>Skaner MAGNETOM Skyra 3T</td><td>MR Siemens Healthcare</td><td>N/A</td><td>Skaner MR</td>Cewka</tr><tr><td></td><td>głowicy Siemens Healthcare</td><td>N/A</td><td>32-kanałowa cewka głowicy do obrazowania MR</td></tr><tr><td>NDI Polaris Vicra</td><td>NDI Medical</td><td>8700335001</td><td>Optyczny system śledzenia ruchu</td></tr><tr><td>Narzędzie wskaźnikowe</td><td>NDI Medical</td><td>8700340</td><td>Pasywne narzędzie wskaźnikowe z 4 znacznikami odblaskowymi Narzędzie</td></tr><tr><td>wyposażone w zacisk</td><td>NDI Medical</td><td>8700399</td><td>Sztywny korpus z 4 znacznikami odblaskowymi i zaciskiem do podłączenia do uchwytu sondy amerykańskiej</td></tr><tr><td>Mózg bydlęcy</td><td>NIE</td><td>DOTYCZY</td><td>Nie dotyczy Mózg dorosłego bydła, od dostawców żywności</td></tr><tr><td>Roztwór formaliny</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>10% buforowany roztwór formaliny do fiksacji mózgu bydła - UWAGA, formalina jest toksyczną substancją chemiczną i należy obchodzić się z nią ostrożnie; mogą również obowiązywać szczególne przepisy (patrz na przykład US OSHA Standard 1910.1048 App A)</td></tr><tr><td>Plastikowy pojemnik na części anatomiczne</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Cylindryczny pojemnik z pokrywką</td></tr><tr><td>Szklane</td><td>kule N/A</td><td>N/A Kule</td> ze <td>szkła</td></tr> <tr><td>krzemiennego o średnicy 3 mmAgar</td><td>N/A</td><td>N/D</td><td>30 g, do przygotowania fantomowego</td></tr><tr><td>Gliceryna</td><td>AEFFE Farmaceutici</td><td>A908005248</td><td>100 g, do przygotowania fantomowego</td></tr><tr><td>Woda destylowana</td><td>Solbat Gaysol</td><td>8027391000015</td><td>870 g, do przygotowania fantomowego</td></tr><tr><td>Zlewka</td><td>N/A</td><td>N/D</td><td>Zlewka stosowana do rozcieńczania gliceryny i agaru w wodzie destylowanej</td></tr><tr><td>Lysoform</td><td>Lever</td><td>8000680500014</td><td>Do konserwacji fantomów agaru użyto chlorku benzalkoniowego i roztworu wodnego</td></tr><tr><td>Polistyrenowa głowa manekina</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Model polyyestirene, który został wycięty i wykorzystany do zaprojektowania konfiguracji wzorów kul</td></tr><tr><td>Zielony barwnik do znakowania tkanek do histologii</td><td>NIE DOTYCZY</td><td>NIE DOTYCZY</td><td>Kolor używany do oznaczania pozycji szklanych kulek na powierzchni mózgu bydlęcego</td></tr><tr><td>Szkliwo żółte</td><td>Nie dotyczy</td><td>Nie dotyczy</td><td>Emalia używana do barwienia szklanych kulek wszczepionych do fantomu agarowego</td></tr><tr><td>Zbiornik na wodę</td><td>N/A</td><td>N/D</td><td>50x50x30 cm zbiornik z tworzywa sztucznego wypełniony odgazowaną wodą do wysokości 15 cm&nbsp;</td></tr><tr><td>Ramię mechaniczne</td><td>Esaote s.p.a.</td><td>Nie dotyczy</td><td>Ramię mechaniczne zaciśnięte na krawędzi zbiornika na wodę i służące do utrzymywania sondy w ustalonych pozycjach</td></tr><tr><td>Płyta z żywicy syntetycznej</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Płytka używana jako podpora do pozycjonowania mózgu bydlęcego w zbiorniku na wodę</td></tr><tr><td>Nici do szycia</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Segmenty nici do szycia służące do unieruchamiania mózgu na płycie żywicznej</td></tr><tr><td>Taśma klejąca</td><td>NIE</td><td>DOTYCZY NIE</td> <td>DOTYCZYTaśma klejąca służąca do mocowania końców nici do szycia na płycie żywicznej</td></tr><tr><td>Plastikowy pojemnik na żywność</td><td>NIE DOTYCZY</td><td></td><td>Nie dotyczy Szczelny pojemnik na żywność używany do fantomu agaru</td></tr><tr><td>Notebook</td><td>Lenovo</td><td>Z50-70</td><td>Lenovo&nbsp; Z50-70, Intel(R) Core i7-4510U @ 2,0 GHz,</td></tr><tr><td>stacja robocza</td><td>Dell Inc.</td> z 8 GB pamięci RAM<td>Procesor T5810</td><td>Intel(R) Xeon(R) E3-1240v3 @ 3,40 GHz, 16 GB RAM</td></tr><tr><td>Matlab</td> Narzędzie programowe <td>MathWorks</td><td>R2013a</td><td>, używane do obliczeń transformacji przestrzeni i rekonstrukcji 3D z płaszczyzn obrazu</td></tr><tr><td>Paraview</td><td>Kitware Inc.</td><td>v. 4.4.1</td><td>Oprogramowanie Open-source do przetwarzania i wizualizacji obrazów 3D</td></tr><tr><td>NDI Toolbox - ToolTracker Utility</td><td>NDI Medical</td><td>v. 4.007.007</td><td>Oprogramowanie do wizualizacji i śledzenia pozycji znaczników w objętości pomiarowej NDI Polaris Vicra</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do rejestracji danych C++</td><td>NDI Medical</td><td>v. 4.007.007</td><td>Oprogramowanie do rejestracji pozycji znacznika w pliku tekstowym</td></tr><tr><td>dziennika Oprogramowanie ULA-OP&nbsp;</td><td>Uniwersytet we Florencji</td><td>N/A Oprogramowanie</td><td>do wyświetlania i sterowania systemem ULA-OP w czasie rzeczywistym</td></tr></tbody></table>

eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii cmut w zastosowaniu do obrazowania mózgu

An Experimental Protocol for Assessing the Performance of New Ultrasound Probes Based on CMUT Technology in Application to Brain Imaging

Możliwość przeprowadzenia wczesnej i powtarzalnej oceny wydajności obrazowania jest fundamentalna w procesie projektowania i rozwoju nowych sond ultradźwiękowych (US). W szczególności bardziej realistyczna analiza z celami obrazowania specyficznymi dla aplikacji może być niezwykle cenna dla oceny oczekiwanej wydajności sond amerykańskich w ich potencjalnym klinicznym obszarze zastosowań.
Eksperymentalny protokół przedstawiony w tej pracy został celowo zaprojektowany, aby zapewnić specyficzną dla aplikacji procedurę oceny dla nowo opracowanych prototypów sond amerykańskich opartych na technologii pojemnościowego mikroobrabianego przetwornika ultradźwiękowego (CMUT) w odniesieniu do obrazowania mózgu.
Protokół łączy użycie mózgu bydlęcego utrwalonego w formalinie jako celu obrazowania, co zapewnia zarówno realizm, jak i powtarzalność opisanych procedur, a także technik neuronawigacji zapożyczonych z neurochirurgii. Amerykańska sonda jest w rzeczywistości podłączona do systemu śledzenia ruchu, który pozyskuje dane o pozycji i umożliwia superpozycję obrazów amerykańskich w celu odniesienia się do obrazów mózgu z rezonansu magnetycznego (MR). Daje to ekspertom możliwość przeprowadzenia wizualnej oceny jakościowej wydajności obrazowania sondy amerykańskiej i porównania zakupów dokonanych za pomocą różnych sond. Co więcej, protokół opiera się na wykorzystaniu kompletnego i otwartego systemu badawczo-rozwojowego do pozyskiwania obrazów w USA, tj. skanera Ultrasound Advanced Open Platform (ULA-OP).
Rękopis szczegółowo opisuje instrumenty i procedury związane z protokołem, w szczególności do kalibracji, pozyskiwania obrazów i rejestracji obrazów US i MR. Uzyskane wyniki dowodzą skuteczności całego przedstawionego protokołu, który jest całkowicie otwarty (w granicach zastosowanego oprzyrządowania), powtarzalny i obejmuje cały zestaw czynności związanych z akwizycją i przetwarzaniem obrazów amerykańskich.

Głównym wynikiem uzyskanym za pomocą opisanego protokołu jest eksperymentalna walidacja skutecznej i powtarzalnej procedury oceny możliwości obrazowania 2D i 3D prototypów głowic US opartych na technologii CMUT, w kontekście ich przyszłego zastosowania w obrazowaniu mózgu. Po wykonaniu wszystkich kroków opisanego protokołu ekspert może zastosować funkcje oprogramowania do wizualizacji (np. plastrowanie o dowolnej orientacji, ekstrakcja podzbioru, interpolacja objętościowa, it...

Rozwój nowych sond ultradźwiękowych (US) opartych na technologii pojemnościowego mikroobrabianego przetwornika ultradźwiękowego (CMUT) wymaga wczesnej realistycznej oceny możliwości obrazowania. Opisujemy powtarzalny protokół eksperymentalny do pozyskiwania obrazów w USA i porównywania ich z obrazami rezonansu magnetycznego, wykorzystując mózg bydlęcy ex vivo jako cel obrazowania.

Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu

The possibility to perform an early and repeatable assessment of imaging performance is fundamental in the design and development process of new ...

Obecnie powstaje nowa rodzina sond ultradźwiękowych opartych na przetwornikach MEMS. Komponenty CMUT są zbudowane na krzemie i mają znaczny potencjał w zakresie pracy szerokopasmowej, dobrej sprawności cieplnej i niskich kosztów wytwarzania. Ten film opisuje solidny i powtarzalny eksperyment dotyczący protokołu dostępu do możliwości sond ultradźwiękowych CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu na wczesnych etapach prototypowania i rozwoju.Pojemnościowe przetworniki ultradźwiękowe wykonane mikromaszyną lub w skrócie CMUT to mikrofabrykowane układy maleńkich, elektrostatycznych siłowników, z których każdy działa jako dwuprzetwornik ultradźwiękowy. Mówiąc bardziej szczegółowo, w każdym ogniwie CMUT wzbudzenie elektryczne wytwarza siłę dynamiczną, która następnie wykorzystuje drgania mechaniczne ruchomej płytki. Powstałe w ten sposób fale akustyczne rozchodzą się w ośrodku.Efekt jest odwrócony podczas odbioru. Fale akustyczne generowane przez rozpraszanie tkanek powodują drgania ruchomej płytki, które zmieniają pojemność komórki CMUT. W ten sposób powstaje sygnał elektryczny, który jest dalej wzmacniany i przesyłany do systemu ultradźwiękowego.Jest to liniowa sonda CMUT używana w eksperymentach pokazanych w tym filmie. Głowica sondy po lewej stronie zawiera matrycę CMUT pokrytą soczewką akustyczną. Zdjęcie po prawej stronie przedstawia zapakowaną głowicę sondy wraz z wielokanałowym, który łączy ją z systemem ultrasonograficznym.To jest przegląd protokołu, który zostanie pokazany. Na wstępnym etapie projektowania definiowana jest strategia pozycjonowania charakterystycznych szklanych kul i przygotowywany jest Agar Phantom do kalibracji. W zestawie do przygotowywania próbek mózg bydlęcy jest przygotowywany poprzez włożenie szklanych kulek w określonych pozycjach i utrwalenie ich w formalinie.Następnie przygotowany mózg bydlęcy jest przekazywany do skanu MR w celu uzyskania obrazów 3D. Jakościowe pozy są następnie definiowane na obrazach MR 3D z pomocą ekspertów. Stworzenie środowiska eksperymentalnego wymaga umieszczenia pasywnych znaczników śledzących w sondzie ultradźwiękowej oraz połączenia skanera ULOB z systemem śledzenia ruchu.Następnie wymagane są dwa zestawy kalibracyjne, jeden do zaciśniętych znaczników na sondzie ultradźwiękowej, a drugi do konwersji pozycji śledzenia ruchu na pozycje na docelowym obrazie 3D MR. Akwizycja obrazów ultrasonograficznych będzie wykonywana przy użyciu naszego narzędzia do wizualizacji w czasie rzeczywistym w celu dopasowania predefiniowanych, jakościowych póz. W ostatnim etapie przetwarzania końcowego obrazy ultrasonograficzne są rejestrowane na docelowym obrazie MR 3D.Ruchome obrazy z wolnej ręki są również rekonstruowane w objętości 3D. Operacja wstępna do ćwiczenia kalibracyjnego, która zostanie pokazana później, polega na użyciu fantomu wykonanego z galaretki argala z osadzonymi w niej wzorami szklanych kulek. Aby zapewnić maksymalny realizm i wiarygodność protokołu oceny, jako cele obrazowania wybrano mózgi bydlęce uzyskane ze standardowego łańcucha dostaw żywności.Próbki przygotowywano poprzez włożenie szklanych kulek w określonych wcześniej pozycjach. Próbki zanurzono następnie w roztworze formalidowym i przechowywano w ten sposób przez co najmniej trzy tygodnie, aż do całkowitego utrwalenia. Następnie wykonano wiele skanów rezonansu magnetycznego mózgu bydła przy użyciu różnych sekwencji oczekiwania.Jak widać, szklane kule są dobrze widoczne na obrazach MR. Powtarzalność pozyskiwania obrazów ultrasonograficznych jest wymuszona przez zdefiniowanie 12 wirtualnych póz. Każda z tych predefiniowanych pozycji wskazuje na obszar mózgu bydlęcy, który jest bogaty w cechy morfologiczne i niejednorodność tkanek.Specjalna procedura oprogramowania zapewnia wizualną informację zwrotną w czasie rzeczywistym na temat aktualnej pozycji i orientacji sondy ultradźwiękowej na podstawie danych z systemu śledzenia ruchu. Jest to kompletny i zintegrowany system ultrasonograficzny. Na ramieniu mechanicznym sonda CMUT podłączona do systemu ULA-OP, który wykorzystuje komputer podłączony przez USB do sterowania, programowania i wizualizacji.Sonda ultradźwiękowa używana w tym protokole musi być przymocowana do układu znaczników odblaskowych, tak aby jej położenie i orientacja mogły być rejestrowane przez system śledzenia ruchu. Fantom jest zanurzony w zbiorniku na wodę w polu widzenia czujnika położenia na podczerwień, który rejestruje pozycję i orientację znamionowego wzoru znaczników odblaskowych i przesyła je przez USB do komputera domowego. Położenie każdej szklanej kuli jest rejestrowane za pomocą narzędzia wskazującego.Nagrywanie jest sterowane przez operatora. Celem kalibracji jest znalezienie geometrycznej transformacji od wewnętrznej ramki obrazu sondy do układu odniesienia znaczników odblaskowych przy użyciu pozycji szklanych kulek wyodrębnionych z obrazów ultrasonograficznych. Gdy kule staną się widoczne na obrazach ultrasonograficznych, ramię mechaniczne zostaje zablokowane i obraz jest pozyskiwany.Obrazy ultrasonograficzne do kalibracji są następnie importowane do narzędzia do wizualizacji, w którym pozycje kul są oznaczane ręcznie i zapisywane w pliku. Transformacja geometryczna jest następnie obliczana automatycznie poprzez porównanie wszystkich tych pozycji z odpowiadającymi im pozycjami zarejestrowanymi przez system śledzenia ruchu. W celu umiejscowienia obrazów ultrasonograficznych, co jest celem protokołu, po całkowitym umyciu mózg bydlęcy jest najpierw unieruchamiany na plastikowej płytce, a następnie zanurzany w zbiorniku na wodę w polu widzenia systemu śledzenia ruchu.Pozycje wszystkich szklanych kulek osadzonych w mózgu bydlęcym są ręcznie rejestrowane za pomocą systemu śledzenia ruchu i narzędzia wskazującego. Wszystkie uzyskane w ten sposób pozycje są zapisywane w pliku dziennika. Celem drugiego ćwiczenia kalibracyjnego jest znalezienie transformacji geometrycznej z przestrzeni fizycznej systemu śledzenia ruchu do powierzchni każdego obrazu MR.Ten obraz pokazuje wszystkie zarejestrowane pozycje wskaźnika wewnątrz fazy 3D jednego obrazu MR. Tutaj widzimy, jak procedura wizualnego sprzężenia zwrotnego jest inicjowana po kalibracji. 12 predefiniowanych wirtualnych póz jest widocznych dla operatora w widoku 3D.W tym przypadku czerwony stożek odpowiada sondzie ultradźwiękowej trzymanej w ręku przez operatora. Pozycja sondy jest rejestrowana przez system śledzenia ruchu i przekształcana w czasie rzeczywistym w celu zapewnienia wizualnej informacji zwrotnej. W tym przypadku system ULOB rejestruje obrazy na dwóch częstotliwościach jednocześnie.Gdy krawędź zostanie uznana za zadowalającą, obraz ultrasonograficzny jest zamrażany i zapisywany na dysku. Inną metodą akwizycji jest odręczne przesuwanie sondy ultradźwiękowej, podczas gdy system ULOB jest zaprogramowany do wykonywania szybkich, powtarzających się akwizycji w sekwencji. W ten sposób całe podobjętości mózgu bydlęcego mogą być pokryte za każdym razem.Rezultatem jest sekwencja wycinków, z których każdy jest obrazem ultrasonograficznym bmod, który jest zapisywany na dysku jako całości. Każda sekwencja jest przeznaczona do obróbki końcowej. Gdy każdy wycinek jest powiązany z chwilowym położeniem i orientacją zapewnioną przez system śledzenia ruchu i połączony w celu utworzenia trójwymiarowego obrazu odpowiadającej mu objętości cząstkowej.Ogólnie rzecz biorąc, celem przetwarzania końcowego obrazu w tym protokole jest umożliwienie porównawczej analizy wizualnej obrazów ultrasonograficznych z obrazami MR po specjalnej rejestracji. Tutaj widzimy zestaw danych 12 obrazów odpowiadających predefiniowanym pozom połączonym w rekonstrukcji 3D po rejestracji przestrzennej. Za pomocą oprogramowania do wizualizacji każdy obraz ultrasonograficzny odpowiadający predefiniowanej pozie można zobaczyć w superpozycji do odpowiedniego wycinka trójwymiarowego obrazu MR i ocenić czystość zawartości obrazu.W tej końcowej animacji możemy zobaczyć wyniki trójwymiarowej rekonstrukcji całych sekwencji pokrojonych obrazów uzyskanych jednym przeciągnięciem w trybie odręcznym. Poza kilkoma artefaktami rekonstrukcyjnymi, jakość tych obrazów daje jasne wyobrażenie o poziomie wydajności, jaki można osiągnąć dzięki technologii i zastosowaniu do obrazowania mózgu. Głównym rezultatem osiągniętym za pomocą opisanych eksperymentów jest udowodnienie skuteczności protokołu do oceny wydajności obrazowania sondy CMUT oraz na zintegrowanym systemie narzędzi sprzętowych i programowych dla każdego wykonania.Ponadto uzyskano kompletne zestawy danych zarejestrowanych obrazów ultrasonograficznych i MR, które można wykorzystać do wspierania dalszego statusu w automatycznej analizie obrazu. Podsumowując, protokół eksperymentalny przedstawiony w tym filmie jest skuteczną i powtarzalną metodą oceny możliwości obrazowych innowacyjnych sond ultradźwiękowych CMUT. W jego realizacji fundamentalne okazało się połączenie otwartych narzędzi sprzętowych i programowych.Porównawcza analiza wzrokowa ultrasonografii i rezonansu magnetycznego, na którą pozwala ta metoda, może być dodatkowo ulepszona poprzez integrację bardziej wyrafinowanych technik oprogramowania.

an-experimental-protocol-for-assessing-performance-new-ultrasound

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Poniżej przedstawiamy szczegółowy opis eksperymentalnego protokołu obrazowania z nowo opracowanym ręcznym systemem optoakustycznym (fotoakustycznym) do trójwymiarowego obrazowania funkcjonalnego i molekularnego w czasie rzeczywistym. Wykazana wysoka wydajność i wszechstronność mogą zdefiniować nowe obszary zastosowań technologii optoakustycznej w badaniach przedklinicznych i praktyce klinicznej.

Uniwersalna ręczna trójwymiarowa sonda do obrazowania optoakustycznego do angiografii tkanek głębokich i funkcjonalnych badań przedklinicznych w czasie rzeczywistym

Obecna praca opisuje nowy protokół do wykonywania nieinwazyjnych ultradźwięków o wysokiej częstotliwości i obrazowania fotoakustycznego na mózgu szczura, aby efektywnie wizualizować głębokie obszary podkorowe i ich wzorce naczyniowe poprzez kierowanie sygnałów na otwór czaszki naturalnie występujący na zwierzęcej czaszce.

Nieinwazyjne miąższowe, naczyniowe i metaboliczne ultrasonografie wysokiej częstotliwości i fotoakustyczne obrazowanie głębokiego mózgu szczura

Ultrasonografia czaszki (CUS) jest cennym narzędziem do obrazowania mózgu u krytycznie chorych noworodków. Ten film przedstawia kompleksowe podejście do CUS u noworodków (dopplerowskich) zarówno do celów klinicznych, jak i badawczych, w tym demonstrację techniki przy łóżku pacjenta.

Najnowocześniejsze obrazowanie ultrasonograficzne czaszki u noworodków

Ten protokół opisuje procedury chirurgiczne i techniczne, które umożliwiają w czasie rzeczywistym wielofotonowe obrazowanie fluorescencyjne mózgu gryzonia podczas skoncentrowanych ultradźwięków i zabiegów mikropęcherzykowych w celu zwiększenia przepuszczalności bariery krew-mózg.

Mikroskopia wielofotonowa w czasie rzeczywistym w celu wizualizacji skoncentrowanych ultradźwięków i zabiegów mikropęcherzyków w celu zwiększenia przepuszczalności bariery krew-mózg

Ten protokół opisuje kwantyfikację wolumetrycznych zmian hemodynamicznych mózgu w mózgu myszy za pomocą funkcjonalnych ultradźwięków (fUS). Procedury dla mapy aktywacji funkcjonalnej 3D po stymulacji sensorycznej, a także łączności funkcjonalnej w stanie spoczynku są przedstawione jako przykłady ilustracyjne u myszy znieczulonych i obudzonych.

Aktywacja 3D całego mózgu i mapowanie łączności funkcjonalnej u myszy przy użyciu przezczaszkowego funkcjonalnego obrazowania ultrasonograficznego

Przezczaszkowa stymulacja ultradźwiękowa (TUS) to nowa nieinwazyjna technika neuromodulacji, która wymaga starannego planowania symulacji akustycznych i termicznych. Metodologia opisuje proces przetwarzania obrazów i symulacji ultradźwiękowej w celu zapewnienia wydajnego, przyjaznego dla użytkownika i usprawnionego planowania eksperymentów na ludziach.

Pipeline do planowania i wykonywania eksperymentów z przezczaszkową neuromodulacją ultrasonograficzną u ludzi

Przezczaszkowe ultrasonografie to niezbędne narzędzie do monitorowania pacjentów z różnymi schorzeniami neurologicznymi. Chociaż jest powszechnie stosowany w sposób protokolarny w badaniach konsultacyjnych, mózg został pominięty w wielu protokołach wykorzystujących ultrasonografię przyłóżkową (PoCUS). W niniejszym badaniu zaproponowano protokół akwizycji obrazu PoCUS.

Punkt opieki nad pacjentem Przezczaszkowe, oznaczone kolorami dupleksowe ultrasonografie tętnicy środkowej mózgu

Ultrasonograficzna mikroskopia lokalizacyjna (ULM) to niedawno opracowana technika, która pozwala na niespotykany dotąd poziom rozdzielczości obrazowania mikronaczyń in vivo. W niniejszej pracy szczegółowo opisujemy, jak uzyskać superrozdzielcze obrazy mikronaczyniowej mikronaczyniowej mózgu u gryzoni, wykorzystując standaryzowaną funkcjonalną platformę ultradźwiękową zaprojektowaną do badań przedklinicznych.

Mikroskopia lokalizacyjna ultrasonograficzna do superrozdzielczego mapowania mikronaczynia mózgu gryzoni

Przezczaszkowa ultrastymulacja (TUS) to obiecująca, nieinwazyjna technika zdolna do stymulacji ludzkiego mózgu na dowolnej głębokości, oferując nowe możliwości terapeutyczne w leczeniu różnych schorzeń neurologicznych. Protokół ten zapewnia ustandaryzowane, a jednocześnie elastyczne ramy empiryczne do stosowania TUS u neurotypowych dorosłych oraz pacjentów z chorobami neurologicznymi, takimi jak udar.

Protokół metodologiczny i rozważania dotyczące przezczaszkowej stymulacji ultradźwiękowej w eksploracyjnych badaniach klinicznych na ludziach

Opisano metodę montażu adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów w komorze mikroskopowej do badań migracji żywych komórek. Zaprojektowane środowisko łączy powierzchnie przeciwporostowe i ścieżki adhezyjne z gradientami roztworu, a tym samym pozwala określić względne znaczenie wskazówek naprowadzających.

Tworzenie adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów do obrazowania migracji komórek za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej

Poznaj protokół oceny nowych sond ultradźwiękowych CMUT do obrazowania mózgu przy użyciu preparatu in vitro z mózgu wołowego. Ta metoda umożliwia porównanie obrazów ultrasonograficznych z rezonansem magnetycznym.

Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu (Wideo) | JoVE Journal

Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu

Przeglądaj więcej filmów