Trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego
21 sierpnia 2018
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.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania kliniczne dotyczące ultradźwiękowego śledzenia igły, nawet jeśli igła znajduje się poza płaszczyzną obrazowania. Główną zaletą tej techniki jest to, że pomaga wyeliminować powikłania i urazy, które mogą wynikać ze źle śledzonych igieł. Procedurę zademonstruje mi Sunish Mathews, pracownik naukowy na UCL.
Zacznij od wyboru hydrofonu ultradźwiękowego światłowodowego składającego się ze światłowodu jednomodowego z wnęką optyczną Fabry-Perota na dystalnym końcu. Za pomocą skalpela częściowo usuń płaszcz o grubości 900 mikrometrów wzdłuż długości hydrofonu światłowodowego w pobliżu jego dystalnego końca, aby odsłonić warstwę buforową, aż hydrofon zmieści się w kaniuli igły. Następnie przymocuj igłę medyczną poziomo do ręcznego poziomego etapu translacji i użyj mikroskopu stereoskopowego, aby uwidocznić końcówkę igły z dostępem optycznym mikroskopu ustawionym poziomo i prostopadle do igły, obracając igłę wokół jej osi w razie potrzeby, aż będzie można zaobserwować skos
.Mając w zasięgu wzroku dystalny koniec igły, włóż światłowodowy odbiornik ultradźwiękowy przez kaniulę adaptera Tuohy-Borst Sidearm, a następnie przez złącze przynęty igły, aż obszar wykrywania hydrofonu znajdzie się tuż obok powierzchni skosu igły. Przymocuj hydrofon do etapu translacji za pomocą taśmy poliimidowej, aby uniknąć przesuwania się urządzenia w igle. Przymocuj pionowo pipetę o pojemności 20 mikrolitrów do pionowego stolika translacyjnego końcówką skierowaną w dół i użyj zarówno poziomych, jak i pionowych etapów translacji, aby ustawić końcówkę mikropipety tak, aby przylegała do hydrofonu światłowodowego i około 0,5 milimetra proksymalnie do obszaru wykrywania na dystalnym końcu.
Umieść kroplę kleju optycznego na bliższym końcu mikropipety i wyreguluj igłę, aby umożliwić bezpośrednią drogę od końcówki mikropipety do światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego. Następnie za pomocą 10-mililitrowej strzykawki powoli wstrzyknij klej z dystalnego końca mikropipety 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. Aby zintegrować hydrofon z systemem obrazowania, podłącz hydrofon do konsoli optycznej, a niestandardową sondę do obrazowania ultrasonograficznego do konsoli ultrasonograficznej.
Aby potwierdzić, że hydrofon jest gotowy do użytku klinicznego, wybierz tryb pracy sondy do obrazowania ultrasonograficznego i dodaj żel ultradźwiękowy do sondy. Następnie dodaj wodę do fantomu ultrasonograficznego płodu, aby naśladować płyn owodniowy, i wybierz obrazowanie w trybie B na sondzie. Zidentyfikuj płyn owodniowy w fantomie jako cel insercji.
Następnie wbij igłę w kierunku celu wprowadzenia za pomocą przełącznika na sondzie niestandardowej, aby w sposób ciągły przełączać się między trybami obrazowania i śledzenia. W tym reprezentatywnym eksperymencie igła została wprowadzona do jamy macicy, a końcówka była śledzona wzdłuż trajektorii, która osiągnęła odległość poza płaszczyzną 15 milimetrów i głębokość 38 milimetrów. Kodowanie Golaya poprawiło stosunek sygnału do szumu, z 7,5-krotnym wzrostem w stosunku do konwencjonalnego wzbudzenia bipolarnego.
Śledzone w 3D pozycje końcówek igieł zostały następnie nałożone na obraz ultrasonograficzny 2D, przy użyciu krzyżyków o szerokościach wskazujących odległości poza płaszczyzną i kolorach wskazujących płaszczyznę obrazowania. Śledzenie ultrasonograficzne to technika, która pozwala praktycznej pielęgniarce w wielu dziedzinach klinicznych na dokładne zlokalizowanie urządzeń medycznych w ciele w stosunku do planu obrazowania ultrasonograficznego. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć kluczowe kroki związane z integracją hydrofonu światłowodowego z igłą kliniczną, aby umożliwić śledzenie ultradźwiękowe.
Kompaktowa sonda ultrasonograficzna z elementami przetwornika przylegającymi do głównej matrycy obrazowania oraz intuicyjny interfejs użytkownika są przydatne do utrzymania kompatybilności z klinicznym przepływem pracy.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia metodę dokładnej lokalizacji przestrzennej końcówki igły względem głowicy ultradźwiękowej, co ma kluczowe znaczenie dla małoinwazyjnych procedur wykonywanych pod kontrolą USG. Technika ta ma na celu usprawnienie śledzenia igły, nawet gdy znajduje się ona poza płaszczyzną obrazowania, co pozwala na ograniczenie powikłań związanych z nieprecyzyjnym wprowadzaniem igły.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Obrazowanie ultradźwiękowe
- Procedury małoinwazyjne
- Śledzenie urządzeń medycznych
Wstęp
- Dokładna wizualizacja inwazyjnych urządzeń medycznych jest kluczowa w warunkach klinicznych.
- Śledzenie igły za pomocą ultradźwięków może zapobiec powikłaniom podczas zabiegów.
- Istniejące metody mogą mieć trudności ze śledzeniem igieł znajdujących się poza płaszczyzną obrazowania.
- Udoskonalone techniki śledzenia mogą zwiększyć bezpieczeństwo pacjentów oraz poprawić wyniki procedur.
Cel badania
- Opracowanie metody precyzyjnej lokalizacji końcówki igły przy użyciu ultradźwięków.
- Zaprezentowanie integracji światłowodowego hydrofonu z igłą kliniczną.
- Poprawa stosunku sygnału do szumu w obrazowaniu ultradźwiękowym pozycji igły.
Zastosowane metody
- Przygotowanie światłowodowego hydrofonu ultradźwiękowego do integracji z igłą medyczną.
- Wykorzystanie mikroskopu stereoskopowego do wizualizacji czubka igły.
- Wtryskiwanie kleju optycznego w celu unieruchomienia hydrofonu wewnątrz igły.
- Zastosowanie obrazowania w trybie B do śledzenia wprowadzania igły w modelu fantomowym.
Główne wyniki
- Metoda ta umożliwiła śledzenie czubka igły przy odległości poza płaszczyzną wynoszącej 15 mm.
- Stosunek sygnału do szumu poprawił się 7,5-krotnie dzięki zastosowaniu kodowania Golaya.
- Pozycje 3D czubka igły zostały precyzyjnie nałożone na 2D obrazy ultrasonograficzne.
- Technika ta wykazała praktyczną przydatność w warunkach klinicznych.
Wnioski
- Integracja hydrofonu światłowodowego usprawnia śledzenie igieł za pomocą ultradźwięków.
- Metoda ta może znacząco ograniczyć liczbę powikłań podczas procedur małoinwazyjnych.
- Przyszłe zastosowania mogą objąć różne dziedziny kliniczne wymagające precyzyjnej lokalizacji urządzeń.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niezawodna lokalizacja urządzenia podczas interwencji pod kontrolą ultradźwięków jest kluczowa dla minimalizacji ryzyka proceduralnego i zapewnienia bezpieczeństwa tkanek w badaniach translacyjnych i przedklinicznych. Trójwymiarowe śledzenie końcówki igły za pomocą odbiornika światłowodowego pozwala rozwiązać problem wizualizacji urządzenia poza płaszczyzną obrazowania, zwiększając pewność prognostyczną w kluczowych punktach zwrotnych w procesach z wykorzystaniem urządzeń. Możliwość ta zwiększa wartość portfela badań poprzez redukcję niejednoznaczności biologicznej oraz wspieranie stabilnego i powtarzalnego rozmieszczania urządzeń w modelach istotnych dla danej jednostki chorobowej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia precyzyjne umieszczenie urządzenia w badaniach opartych na hipotezach w modelach tkankowych.
- Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną poprzez potwierdzenie dokładności przestrzennej interwencji.
- Wspiera walidację funkcjonalną strategii dostarczania lub pobierania próbek za pomocą urządzenia.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ułatwia przygotowanie walidowanych systemów biologicznych do dalszych analiz.
- Poprawia powtarzalność i standaryzację procedur sterowanych przez urządzenie.
- Umożliwia ilościową ocenę lokalizacji urządzenia pod kątem gotowości do przesiewania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica śledzenie urządzenia z klinicznie istotnymi modalnościami obrazowania w celu zapewnienia ciągłości translacyjnej.
- Wspiera dostosowany do ryzyka rozwój terapeutycznych lub diagnostycznych podejść z wykorzystaniem urządzeń.
- Zapewnia predykcyjne ograniczanie ryzyka dla interwencji w modelach przedklinicznych wymagających precyzji przestrzennej.
Integracja rurociągu i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces od odkrycia do badań przedklinicznych, umożliwiając precyzyjne rozmieszczenie i śledzenie urządzenia zarówno w płaszczyźnie obrazowania, jak i poza nią, co wspiera identyfikację wiodących związków oraz badania translacyjne.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez zapewnienie dokładności urządzenia w systemach modelowych.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wyniki niezbędne do lokalizacji urządzenia podczas opracowywania testów.
- Analityka: Dostarcza odczyty przestrzenne i nakładki do analizy porównawczej trajektorii urządzeń.
- Badania translacyjne: Zachowuje spójność ze standardami obrazowania klinicznego w celu walidacji przedklinicznej.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje możliwość wielokrotnego wykorzystania funkcji śledzenia, którą można dostosować do różnorodnych przepływów pracy z wykorzystaniem urządzeń.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza ryzyko efektów pozacelowych w badaniach z wykorzystaniem urządzeń.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność procedur prowadzonych pod kontrolą USG.
- Wartość strategiczna: Poprawia jakość decyzji typu go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez minimalizację niepewności proceduralnej.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację programów opartych na urządzeniach i modeli translacyjnych z uwzględnieniem ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w integracji urządzeń światłowodowych oraz obrazowania ultradźwiękowego.
- Wymaga dostępu do specjalistycznych głowic ultradźwiękowych i kompatybilnych konsol obrazujących.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie protokołów przygotowania i monitorowania urządzeń.
- Możliwość dostosowania do różnych modeli systemowych z uwzględnieniem różnic anatomicznych i proceduralnych.
- Zależność od zachowania kompatybilności z klinicznym przebiegiem pracy oraz minimalizacji złożoności interfejsu użytkownika.
