Name: Trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-21T13:30:00.000+00:00
Duration: 4 min 33 s
Description: Poznaj metodę trójwymiarowego śledzenia końcówki igły za pomocą światłowodowego hydrofonu ultradźwiękowego. Technika ta umożliwia precyzyjną lokalizację igły poza płaszczyzną obrazowania, poprawiając stosunek sygnału do szumu 7,5-krotnie i zwiększając bezpieczeństwo zabiegów minimalnie inwazyjnych.

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 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.

1. Sprzęt systemowy
<ol>
	<li>Kliniczna niestandardowa sonda do obrazowania ultrasonograficznego
	<ol>
		<li>Utwórz szkic projektu układu elementów przetwornika w sondzie niestandardowej, która zawiera układy centralne i boczne. Prześlij projekt do producenta tej sondy.</li>
		<li>Korzystając z informacji zwrotnych od producenta, stwórz szczegółowy projekt niestandardowej sondy, który zawiera udoskonalenia charakterystyki częstotliwościowej i geometrii przetwornika (<silna klasa="xfig">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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Igła śledząca
	<ol>
		<li>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).</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Przymocuj hydrofon do etapu translacji za pomocą taśmy poliimidowej, aby uniknąć przesuwania się urządzenia w igle.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Umieść kroplę kleju optycznego na bliższym końcu mikropipety i wyreguluj igłę tak, aby umożliwić bezpośrednią drogę od końcówki mikropipety do światłowodowego odbiornika ultrasonograficznego.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Integracja systemów
<ol>
	<li>Podłącz hydrofon do konsoli optycznej. 
	UWAGA: Konsole optyczne, które dostarczają analogowy sygnał napięciowy proporcjonalny do odbieranego ciśnienia, są dostępne na rynku.</li>
	<li>Podłącz niestandardową sondę do obrazowania ultrasonograficznego do konsoli ultrasonograficznej.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Digitalizacja sygnałów hydrofonu i sygnałów czasowych zgodnie z rozpoczęciem transmisji ultradźwiękowych jednocześnie za pomocą karty akwizycji danych (DAQ).</li>
	<li>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</li>
	<li>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.</li>
</ol>
3. Walidacja przedkliniczna
<ol>
	<li>Wybierz tryb pracy za pomocą przełącznika na sondzie do obrazowania ultrasonograficznego.</li>
	<li>Dodaj żel ultrasonograficzny do niestandardowej sondy do obrazowania ultrasonograficznego.</li>
	<li>Przygotuj fantom USG płodu, dodając wodę, aby naśladować płyn owodniowy.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>

<ol><li>Chin, K., Perlas, A., Chan, V., Brull, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Needle+visualization+in+ultrasound-guided+regional+anesthesia%3A+challenges+and+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Reg.+Anesth.+Pain+Med%22%5BJournal%5D)">Needle visualization in ultrasound-guided regional anesthesia: challenges and solutions.</a> Reg. Anesth. Pain Med. 33 (6), 532-544 (2008).</li>
<li>Sridhar, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-guided+robotic+interventions+for+prostate+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Urol%22%5BJournal%5D)">Image-guided robotic interventions for prostate cancer.</a> Nat. Rev. Urol. 10, 452-462 (2013).</li>
<li>Daffos, F., Capella-Pavlovsky, M., Forestier, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fetal+blood+sampling+during+pregnancy+with+use+of+a+needle+guided+by+ultrasound%3A+A+study+of+606+consecutive+cases%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Obstet.+Gynecol%22%5BJournal%5D)">Fetal blood sampling during pregnancy with use of a needle guided by ultrasound: A study of 606 consecutive cases.</a> Am. J. Obstet. Gynecol. 153 (6), 655-660 (1985).</li>
<li>Hebard, S., Graham, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Echogenic+technology+can+improve+needle+visibility+during+ultrasound-guided+regional+anesthesia%5BTitle%5D)+AND+%22Reg.+Anesth.+Pain+Med%22%5BJournal%5D)">Echogenic technology can improve needle visibility during ultrasound-guided regional anesthesia.</a> Reg. Anesth. Pain Med. 36 (2), 185-189 (2011).</li>
<li>Abayazid, M., Vrooijink, G. J., Patil, S., Alterovitz, R., Misra, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+evaluation+of+ultrasound-guided+3D+needle+steering+in+biological+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Comput.+Assist.+Radiol.+Surg%22%5BJournal%5D)">Experimental evaluation of ultrasound-guided 3D needle steering in biological tissue.</a> Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 9 (6), 931-939 (2014).</li>
<li>Nikolov, S. I., Jorgen, A. J. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/4803442/">Precision of needle tip localization using a receiver in the needle.</a> IEEE Int Ultrason Symp. , (2008).</li>
<li>Mung, J., Vignon, F., Jain, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+non-disruptive+technology+for+robust+3D+tool+tracking+for+ultrasound-guided+interventions%5BTitle%5D)+AND+%22MICCAI+2011%22%5BJournal%5D)">A non-disruptive technology for robust 3D tool tracking for ultrasound-guided interventions.</a> MICCAI 2011. , 153-160 (2011).</li>
<li>Guo, X., Tavakoli, B., Kang, H. J., Kang, J. U., Etienne-Cummings, R., Boctor, E. M. <a target="_blank" href="https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/8943/1/Photoacoustic-active-ultrasound-element-for-catheter-tracking/10.1117/12.2041625.short?SSO=1">Photoacoustic active ultrasound element for catheter tracking.</a> Proc. SPIE. 8943, 89435M(2014).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-plane+ultrasonic+needle+tracking+using+a+fiber-optic+hydrophone%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">In-plane ultrasonic needle tracking using a fiber-optic hydrophone.</a> Med. Phys. 42 (10), 5983-5991 (2015).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coded+excitation+ultrasonic+needle+tracking%3A+An+in+vivo+study%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">Coded excitation ultrasonic needle tracking: An in vivo study.</a> Med. Phys. 43 (7), 4065-4073 (2016).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventional+photoacoustic+imaging+of+the+human+placenta+with+ultrasonic+tracking+for+minimally+invasive+fetal+surgeries%5BTitle%5D)+AND+%22MICCAI+2015%22%5BJournal%5D)">Interventional photoacoustic imaging of the human placenta with ultrasonic tracking for minimally invasive fetal surgeries.</a> MICCAI 2015. , 371-378 (2015).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Ultrasonic+Needle+Tracking+with+a+1.5D+Transducer+Array+for+Guidance+of+Fetal+Interventions%5BTitle%5D)+AND+%22MICCAI+2016%22%5BJournal%5D)">3D Ultrasonic Needle Tracking with a 1.5D Transducer Array for Guidance of Fetal Interventions.</a> MICCAI 2016. , 353-361 (2016).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ECBO-2015-95390K">Fiber optic photoacoustic probe with ultrasonic tracking for guiding minimally invasive procedures.</a> Proc. SPIE. 9539 95390K. 9539, 95390K(2015).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Looking+beyond+the+imaging+plane%3A+3D+needle+tracking+with+a+linear+array+ultrasound+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Looking beyond the imaging plane: 3D needle tracking with a linear array ultrasound probe.</a> Sci. Rep. 7, 3674-3682 (2017).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+Needle+Tracking+with+a+Fibre-Optic+Ultrasound+Transmitter+for+Guidance+of+Minimally+Invasive+Fetal+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22MICCAI+2017%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic Needle Tracking with a Fibre-Optic Ultrasound Transmitter for Guidance of Minimally Invasive Fetal Surgery.</a> MICCAI 2017. , 637-645 (2017).</li>
<li>Morris, P., Hurrell, A., Shaw, A., Zhang, E., Beard, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Fabry-P%C3%A9rot+fiber-optic+ultrasonic+hydrophone+for+the+simultaneous+measurement+of+temperature+and+acoustic+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">A Fabry-Pérot fiber-optic ultrasonic hydrophone for the simultaneous measurement of temperature and acoustic pressure.</a> J. Acoust. Soc. Am. 125 (6), 3611-3622 (2009).</li>
<li>Zhang, E. Z., Beard, P. C. <a target="_blank" href="https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/9323/932311/Characteristics-of-optimized-fibre-optic-ultrasound-receivers-for-minimally-invasive/10.1117/12.2081904.short">Characteristics of optimized fiber-optic ultrasound receivers for minimally invasive photoacoustic detection.</a> Proc. SPIE. 9323, 932311(2015).</li>
<li>Desjardins, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidural+needle+with+embedded+optical+fibers+for+spectroscopic+differentiation+of+tissue%3A+ex+vivo+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Exp%22%5BJournal%5D)">Epidural needle with embedded optical fibers for spectroscopic differentiation of tissue: ex vivo feasibility study.</a> Biomed. Opt. Exp. 2 (6), 1452-1461 (2011).</li>
<li>Desjardins, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Needle+stylet+with+integrated+optical+fibers+for+spectroscopic+contrast+during+peripheral+nerve+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Needle stylet with integrated optical fibers for spectroscopic contrast during peripheral nerve blocks.</a> J. Biomed. Opt. 16 (7), 077004(2011).</li>
<li>Rathmell, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+the+Epidural+Space+with+Optical+Spectroscopy%3A+An+In+Vivo+Swine+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%22%5BJournal%5D)">Identification of the Epidural Space with Optical Spectroscopy: An In Vivo Swine Study.</a> Anesthesiology. 113 (6), 1406-1418 (2010).</li>
<li>Balthasar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Detection+of+Vascular+Penetration+during+Nerve+Blocks%3A+An+in+vivo+Human%5BTitle%5D)+AND+%22Reg.+Anesth.+Pain+Man%22%5BJournal%5D)">Optical Detection of Vascular Penetration during Nerve Blocks: An in vivo Human.</a> Reg. Anesth. Pain Man. 37 (1), 3-7 (2012).</li>
<li>Brynolf, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Detection+of+the+Brachial+Plexus+for+Peripheral+Nerve+Blocks%3A+An+in+vivo+Swine+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Reg.+Anesth.+Pain+Man%22%5BJournal%5D)">Optical Detection of the Brachial Plexus for Peripheral Nerve Blocks: An in vivo Swine Study.</a> Reg. Anesth. Pain Man. 36 (4), 350-357 (2011).</li>
<li>Soto-Astorga, R. P., West, S. J., Putnis, S., Hebden, J. C., Desjardins, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidural+catheter+with+integrated+light+guides+for+spectroscopic+tissue+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Epidural catheter with integrated light guides for spectroscopic tissue characterization.</a> Biomed. Opt. Express. 4 (11), 2619-2628 (2013).</li>
<li>Anderson, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+Spectroscopy+Differentiates+Each+Tissue+From+the+Skin+to+the+Spinal+Cord%3A+A+Novel+Method+for+Epidural+Needle+Placement%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%22%5BJournal%5D)">Raman Spectroscopy Differentiates Each Tissue From the Skin to the Spinal Cord: A Novel Method for Epidural Needle Placement?</a> Anesthesiology. 125 (4), 793-804 (2016).</li>
<li>Xie, Y., Bonin, T., Löffler, S., Hüttmann, G., Tronnier, V., Hofmann, U. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronal+in+vivo+forward-imaging+of+rat+brain+morphology+with+an+ultra-small+optical+coherence+tomography+fiber+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+%26+Biol%22%5BJournal%5D)">Coronal in vivo forward-imaging of rat brain morphology with an ultra-small optical coherence tomography fiber probe.</a> Phys. Med. & Biol. 58 (3), 555-568 (2013).</li>
<li>Xie, Y., Harsan, L. A., Bienert, T., Kirch, R. D., Von Elverfeldt, D., Hofmann, U. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Qualitative+and+quantitative+evaluation+of+in+vivo+SD-OCT+measurement+of+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Qualitative and quantitative evaluation of in vivo SD-OCT measurement of rat brain.</a> Biomed. Opt. Express. 8 (2), 593-607 (2017).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+characteristics+of+an+interventional+multispectral+photoacoustic+imaging+system+for+guiding+minimally+invasive+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Performance characteristics of an interventional multispectral photoacoustic imaging system for guiding minimally invasive procedures.</a> J. Biomed. Opt. 20 (8), 086005(2015).</li>
<li>Mari, J. -M., Xia, W., West, S. J., Desjardins, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventional+multispectral+photoacoustic+imaging+with+a+clinical+ultrasound+probe+for+discriminating+nerves+and+tendons%3A+an+ex+vivo+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical ultrasound probe for discriminating nerves and tendons: an ex vivo pilot study.</a> J. Biomed. Opt. 20 (11), 110503(2015).</li>
<li>Xia, W., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ECBO-2015-95390D">An interventional multispectral photoacoustic imaging platform for the guidance of minimally invasive procedures.</a> Proc. SPIE. 9539, 95390D(2015).</li>
<li>Xia, W., West, S. J., Nikitichev, D. I., Ourselin, S., Beard, P. C., Desjardins, A. E. <a target="_blank" href="https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/9708/1/Interventional-multispectral-photoacoustic-imaging-with-a-clinical-linear-array-ultrasound/10.1117/12.2209047.short">Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical linear array ultrasound probe for guiding nerve blocks.</a> Proc. SPIE. 9708, 97080C1-97080C6 (2016).</li>
<li>Gandhi, N., Allard, M., Kim, S., Kazanzides, P., Bell, M. A. L. <a target="_blank" href="https://neurophotonics.spiedigitallibrary.org/journals/Journal-of-Biomedical-Optics/volume-22/issue-12/121606/Photoacoustic-based-approach-to-surgical-guidance-performed-with-and-without/10.1117/1.JBO.22.12.121606.full">Photoacoustic-based approach to surgical guidance performed with and without a da Vinci robot.</a> J. Biomed. Opt. 22 (12), 121606(2017).</li>
<li>Bell, M. A. L., Kuo, N. P., Song, D. Y., Kang, J. U., Boctor, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+visualization+of+prostate+brachytherapy+seeds+with+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">In vivo visualization of prostate brachytherapy seeds with photoacoustic imaging.</a> J. Biomed. Opt. 19 (12), 126011(2017).</li>
<li>Piras, D., Grijsen, C., Schütte, P., Steenbergen, W., Manohar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+needle%3A+minimally+invasive+guidance+to+biopsy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic needle: minimally invasive guidance to biopsy.</a> J. Biomed. Opt. 18 (7), 070502(2013).</li>
<li>David, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinically+applicable+procedure+for+gene+delivery+to+fetal+gut+by+ultrasound-guided+gastric+injection%3A+toward+prenatal+prevention+of+early-onset+intestinal+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Hum.+Gene+Ther%22%5BJournal%5D)">Clinically applicable procedure for gene delivery to fetal gut by ultrasound-guided gastric injection: toward prenatal prevention of early-onset intestinal diseases.</a> Hum. Gene Ther. 17 (7), 767-779 (2006).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie występują konflikty interesów.

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.

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 (<silna klasa="xfig">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.

<table><tbody><tr><td>System obrazowania ultrasonograficznego</td><td>BK ultrasonograf (ultrasonix)</td><td>SonixMDP</td><td></td></tr><tr><td>Niestandardowa sonda ultradźwiękowa</td><td>Vermon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Igła rdzeniowa&nbsp;</td><td>Terumo</td><td></td><td>20 gauge</td></tr><tr><td>Hydrofon światłowodowy</td><td>Precyzyjna akustyka</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Narzędzie do zdejmowania izolacji światłowodowej&nbsp;</td><td>Mikroskop stereoskopowy Thorlabs</td><td>FTS4</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Mikrosystemy Leica&nbsp;</td><td>Z16APO</td><td></td></tr><tr><td>Adapter do broni bocznej Tuohy-Borst&nbsp;</td><td>Pipeta Cook</td><td>Medical PTBYC-RA</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; &nbsp;</td>Końcówka do mikropipet <td>Eppendorf</td><td></td><td>100 ml</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td></td><td>20 &mikro; L</td></tr><tr><td>Ultrafioletowy klej optyczny&nbsp;</td><td>Norland Products</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Strzykawka</td><td>Terumo</td><td></td><td>&nbsp; 10 ml</td></tr><tr><td>Źródło światła ultrafioletowego&nbsp;</td><td>Norland Products</td><td>Opticure 4 Light Gun Karta</td><td></td></tr><tr><td>nabycia danych&nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>USB-5132</td><td></td></tr><tr><td>Ramię przegubowe&nbsp;</td><td>CIVCO</td><td>811-002</td><td></td></tr><tr><td>Tiopental sodowy&nbsp;</td><td>Novartis Zdrowie Zwierząt w Wielkiej Brytanii&nbsp;</td><td></td><td>Thiovet</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Merial Animal Health</td><td></td><td>Isoflurane-Vet</td></tr><tr><td>Lubrykant do oczu</td><td>Allergan, Marlow, Wielka Brytania</td><td></td><td>Lacri-Lube</td></tr><tr><td>Lubrykant do skóry</td><td>Adams Healthcare, Garforth, Wielka Brytania</td><td></td><td>Hibitan 2%</td></tr></tbody></table>

trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

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.

Eksperyment na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z przepisami brytyjskiego Ministerstwa Spraw Wewnętrznych (Home Office) oraz wytycznymi dotyczącymi ustawy o przeprowadzaniu procedur naukowych na zwierzętach (Animals (Scientific Procedures) Act z 1986 r.). Owce utrzymywano zgodnie z wytycznymi 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 z udziałem owiec została wydana przez University College London w Wielkiej Brytanii oraz komisje ds. etyki dobrostanu zwierząt (Animal Welfare Ethics Review Boards) Royal Veterinary College.
Po uzyskaniu zgody komisji etycznej, do przedklinicznej walidacji in vivo wykorzystano ciężarną owcę. Po 2 tygodniach stosowania dopochwowych czopków z progesteronem, owce poddano zapłodnieniu w określonym czasie w celu wywołania owulacji, zgodnie z opisem Davida et al.34 W 130. dniu ciąży jedną ciężarną owcę pozostawiono bez pokarmu przez noc wraz z towarzyszącą jej ciężarną owcą. Następnie owca została poddana znieczuleniu ogólnemu wywołanemu dożylnie tiopentalem sodowym w dawce 20 mg kg-1, a stan znieczulenia podtrzymywano za pomocą 2-2,5% izofluranu w tlenie po intubacji i podłączeniu do respiratora. Prawidłowość intubacji potwierdzono poprzez obustronne osłuchiwanie płuc. Znieczulenie potwierdzono poprzez ocenę odruchu rogówkowego. Saturację tlenu mierzono 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 usuwanie treści żołądkowej. Do oczu zastosowano lubrykant okularny w celu utrzymania ich wilgotności. Po strzyżeniu runa brzuch owcy dwukrotnie przemyto środkiem do dezynfekcji skóry. Na brzuch nałożono sterylny żel sprzęgający, a badanie ultrasonograficzne wykorzystano do potwierdzenia wieku ciąży owcy34 oraz oceny ułożenia płodu. Po zakończeniu zabiegu zwierzę zostało humanitarnie uśmiercone poprzez podanie przedawkowanej dawki tiopentalu sodowego (40 mg kg-1 dożylnie).
Specjalista (A.L.D.) zidentyfikował pępowinę jako cel. Igłę wprowadzono do jamy macicy, a jej końcówkę śledzono wzdłuż trajektorii, która osiągnęła odległość poza płaszczyzną obrazowania wynoszącą 15 mm oraz głębokość 38 mm (Rysunek 3). Kodowanie Golaya poprawiło stosunek sygnału do szumu (SNR), zwiększając go 7,5-krotnie w stosunku do konwencjonalnego wzbudzenia bipolarnego (Rysunek 3B). Pozycje końcówki igły śledzone w 3D nałożono na 2D obraz ultrasonograficzny za pomocą krzyżyków, których szerokość wskazywała odległość poza płaszczyznę obrazowania, a kolory odnosiły się do obrazowania (krok 2.6) (Rysunek 3C).
<img alt="Schemat obrazowania ultradźwiękowego z sensorem FOH, igłą, głowicą US oraz konfiguracją połączenia PC/DAQ." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57207/57207fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Przegląd systemu. Głowica do obrazowania/śledzenia ultradźwiękowego (US) umożliwia zarówno obrazowanie US 2D, jak i śledzenie igły w 3D. Jest ona sterowana przez skaner US, który zapewnia kontrolę nad transmisjami elementów śledzących. Przełącznik umożliwia elektroniczny wybór elementów przetwornika w celu przełączania się 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. Niniejsza rycina i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57207/57207fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat konfiguracji głowicy ultradźwiękowej z elementami obrazowania, śledzenia i soczewką akustyczną." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57207/57207fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Układ elementów przetwornika w niestandardowej głowicy do obrazowania ultradźwiękowego. Centralna macierz z 128 elementami i soczewka akustyczna umożliwiają obrazowanie US. Macierze boczne, z 32 elementami w rzędzie i łącznie 128 elementami, umożliwiają trójwymiarowe śledzenie igły. Rycina i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57207/57207fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat głowicy ultradźwiękowej i igły; wykres SNR dla śledzenia X-Z; obrazowanie USG z etykietami anatomicznymi." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57207/57207fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Wprowadzanie igły z wykorzystaniem śledzenia 3D in vivo. (A) Pozycje śledzonego czubka igły (okręgi: P1-P6) uzyskane podczas wprowadzania do jamy macicy u ciężkiej owcy. (B) Stosunki sygnału do szumu (SNR) sygnałów śledzących (płaszczyzna obrazowania: X = 0). (C) Nałożenie 3 z wysledzonych pozycji na 2D obraz USG, który został pozyskany za pomocą centralnej macierzy. Długość od końca do końca każdego krzyżyka odpowiadała odległości poza płaszczyzną; kolor (czerwony/żółty) odpowiadał stronie płaszczyzny obrazowania. Kluczowe cechy anatomiczne są przedstawione za pomocą konturów (po prawej). S: skóra; PF: tkanka tłuszczowa podskórna; UW: ściana macicy; AF: płyn owodniowy; UC: pępek; FA: brzuch płodu. Niniejsza rycina i podpis zostały powielone za zgodą Xia, W. et al.14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57207/57207fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

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.

Trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

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.

three-dimensional-ultrasonic-needle-tip-tracking-with-fiber-optic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej (OR-PAM) to rozwijająca się technologia umożliwiająca obrazowanie kontrastów absorpcji optycznej in vivo z rozdzielczością i czułością na poziomie komórkowym. W niniejszym materiale przedstawiamy instrukcję wizualną dotyczącą protokołów eksperymentalnych OR-PAM, obejmującą konfigurację systemu, jego kalibrację, typowe procedury eksperymentalne in vivo oraz schematy obrazowania funkcjonalnego.

Trójwymiarowa mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej

Optyczne wykrywanie ultradźwięków jest niepraktyczne w wielu scenariuszach obrazowania, ponieważ często wymaga stabilnych warunków środowiskowych. Demonstrujemy technikę optyczną wykrywania ultradźwięków w niestabilnych środowiskach z miniaturyzacją i poziomami czułości odpowiednimi dla obrazowania optoakustycznego w restrykcyjnych scenariuszach, np. w zastosowaniach wewnątrznaczyniowych.

Szerokopasmowy detektor optyczny ultradźwięków do zastosowań w obrazowaniu medycznym

W tym protokole wideo śledzimy - z dużą prędkością i w trzech wymiarach - fluorescencyjnie znakowane lizosomy w żywych komórkach, używając metody śledzenia orbitalnego w zmodyfikowanym mikroskopie dwufotonowym.

Śledzenie orbitalne 3D w zmodyfikowanym mikroskopie dwufotonowym: zastosowanie do śledzenia pęcherzyków wewnątrzkomórkowych

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

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

Kliniczny ręczny system obrazowania fotoakustycznego zostanie zademonstrowany do nieinwazyjnego obrazowania małych zwierząt w czasie rzeczywistym.

Ręczny kliniczny system obrazowania fotoakustycznego do nieinwazyjnego obrazowania małych zwierząt w czasie rzeczywistym

Ten protokół szczegółowo opisuje budowę i działanie mikroskopu 3D do śledzenia pojedynczych cząstek w czasie rzeczywistym, zdolnego do śledzenia nanoskalowych sond fluorescencyjnych przy wysokich prędkościach dyfuzyjnych i niskich szybkościach zliczania fotonów.

Protokół do śledzenia pojedynczych cząstek 3D w czasie rzeczywistym

To badanie opisuje protokół do oceny dokładności celowania w płaszczyźnie ogniskowej ultradźwiękowego systemu phased-array o wysokiej intensywności pod kontrolą ultradźwięków.

Ocena dokładności celowania w płaszczyźnie ogniskowej dla sterowanego ultradźwiękami systemu Phased-array o wysokiej intensywności

Ta eksperymentalna metoda opisuje rozwiązanie do analizy kinematycznej manipulacji akupunkturą za pomocą technologii trójwymiarowego śledzenia ruchów palców.

Trójwymiarowe śledzenie ruchów palców podczas igłowania: rozwiązanie do analizy kinematycznej manipulacji akupunkturą

Protokół obejmuje produkcję przetworników, raportowanie parametrów, zabieg chirurgiczny i rejestrację sygnału dla całego operacyjnego przepływu pracy jednoczesnej skoncentrowanej neuromodulacji ultradźwiękowej i rejestracji fotometrii światłowodowej u myszy o swobodnym ruchu.

Jednoczesna zogniskowana neuromodulacja ultradźwiękowa i zapis fotometrii światłowodowej w myszy swobodnej

Poznaj metodę trójwymiarowego śledzenia końcówki igły za pomocą światłowodowego hydrofonu ultradźwiękowego. Technika ta umożliwia precyzyjną lokalizację igły poza płaszczyzną obrazowania, poprawiając stosunek sygnału do szumu 7,5-krotnie i zwiększając bezpieczeństwo zabiegów minimalnie inwazyjnych.

Trójwymiarowe ultradźwiękowe śledzenie końcówki igły za pomocą światłowodowego odbiornika ultradźwiękowego

Przeglądaj więcej filmów