O desenvolvimento de novas sondas de ultra-som (US), baseado na tecnologia capacitiva microusinado transdutor ultra-sônico (CMUT) requer uma avaliação realista antecipada dos recursos de imagem. Descreveremos um protocolo experimental repetível para aquisição de imagens de US e comparação com imagens de ressonância magnética, usando um cérebro bovino ex vivo como um alvo de imagem.
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Artigo de método
Um protocolo Experimental para avaliar o desempenho de novas sondas de ultrassom baseado na tecnologia CMUT na aplicação de imagens do cérebro
Neste artigo
Resumo
Resumo
A possibilidade de realizar uma avaliação precoce e repetível do desempenho de imagem é fundamental no design e processo de desenvolvimento de novo ultra-som (US) sondas. Particularmente, uma análise mais realista com alvos de imagens específicas do aplicativo pode ser extremamente valiosa para avaliar o desempenho esperado de sondas dos EUA em seu campo clínico potencial de aplicação.
O protocolo experimental apresentado neste trabalho foi propositadamente concebido para fornecer um processo de avaliação de específicas do aplicativo para recém-desenvolvido nos sonda protótipos baseados na tecnologia capacitiva microusinado transdutor ultra-sônico (CMUT) em relação a imagens do cérebro.
O protocolo combina o uso de um cérebro bovino fixado em formalina como o destino da imagem latente, o que garante tanto realismo e repetibilidade dos procedimentos descritos e das técnicas de neuronavigation emprestadas de neurocirurgia. A sonda dos EUA na verdade está ligada a um sistema que adquire os dados de posição e permite a superposição de imagens dos Estados Unidos para fazer referência a imagens de ressonância magnética (RM) do cérebro de rastreamento de movimento. Isto fornece um meio para peritos humanos para realizar uma avaliação qualitativa visual da sonda E.U. desempenho de imagem e comparar as aquisições feitas com diferentes sondas. Além disso, o protocolo baseia-se na utilização de um sistema completo e aberto de pesquisa e desenvolvimento para aquisição de imagens dos Estados Unidos, ou seja, o scanner de ultrassom avançado abre plataforma (ULA-OP).
O manuscrito descreve detalhadamente os instrumentos e procedimentos envolvidos no protocolo, em particular para a calibração, aquisição de imagens e registro de imagens dos EUA e senhor. Os resultados obtidos provam a eficácia do protocolo geral apresentado, que é inteiramente aberto (dentro dos limites da instrumentação envolvido), repetíveis e abrange todo o conjunto de atividades de aquisição e processamento para imagens dos EUA.
Introdução
O mercado crescente para scanners de pequeno e portátil ultra-som (US) está levando ao desenvolvimento de novas sondas ecográficos em que parte do condicionamento de sinal e beamforming eletrônica está integrada no punho da sonda, especialmente para geração de imagens 3D/4D 1. tecnologias emergentes, particularmente adequadas para atingir este elevado nível de integração incluem microusinado Transdutores Ultrassônicos (MUTs)2, uma classe de transdutores de Micro Electro-Mechanical System (MEMS), fabricadas em silicone. Em particular, MUTs capacitivo (CMUTs) finalmente chegaram a uma maturidade tecnológica que os torna um....
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Protocolo
todos os espécimes biológicos mostrados neste vídeo foram adquiridos através da cadeia alimentar padrão. Estes espécimes foram tratados em conformidade com os regulamentos de segurança e ética das instituições envolvidas.
Nota: O diagrama na Figura 4 resume as 8 principais etapas do presente protocolo. Fases 1 a 4 envolvem atividades iniciais, a efectuar pelo menos uma vez antes do início da aquisição de imagens de US e estágios de processamento. Estes estágios iniciais são as seguintes: 1. Projeto preliminar de instalação do experimental e um fantasma de ágar (para ser utilizado em procedimentos de calibraç....
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Resultados
O principal resultado alcançado através do protocolo descrito é a validação experimental de um procedimento de avaliação eficazes e repetíveis para o 2D e 3D capacidades de imagem de nós sonda protótipos baseados na tecnologia CMUT, na aplicação em potencial ao cérebro imagem latente. Depois de implementar todas as etapas do protocolo descrito, um perito pode então aplicar as funções de software de visualização (por exemplo, cortar a orientação livre extração de subconjunto, inte.......
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Discussão
Vários trabalhos foram apresentados na literatura descrevendo técnicas que são semelhantes ou relacionados ao protocolo apresentado. Estas técnicas baseiam-se também sobre o uso de metas realistas, incluindo animal fixo ou cérebros de cadáveres, mas eles são principalmente concebidos para testes dos métodos de registo digital de vários tipos.
O protocolo descrito aqui, no entanto, tem a finalidade específica de testes dos EUA sondas em configurações diferentes nos estágios iniciais de desenvol.......
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Divulgações
Os autores declaram que têm sem interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelos governos nacionais e da União Europeia, através do projeto de ENIAC JU DeNeCoR sob o número 324257 do contrato de concessão. Os autores gostaria de agradecer a Prof Giovanni Magenes, Prof Piero Tortoli e Dr. Giosuè Caliano pelo precioso apoio, supervisão e observações perspicazes que tornou este trabalho possível. Agradecemos também a Prof Egidio D'Angelo e seu grupo (Lab. BCC), juntamente com a Fondazione Istituto Neurologico C. Mondino, por fornecer o rastreamento de movimento e instrumentação do senhor e Giancarlo Germani senhor aquisições. Finalmente, gostaríamos de agradecer ao Dr. Nicoletta Caramia, Dr. Alessandro Dal....
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| ULA-OP | Universidade de Florença | N/A | Sistema de pesquisa de imagens de ultrassom |
| Sonda piezeoelétrica de imagens 3D | Esaote s.p.a. | 9600195000 | Sonda de ultrassom 3D varrida mecanicamente, modelo BL-433 |
| Sonda piezoelétrica de matriz linear | Esaote s.p.a. | 122001100 | Sonda de matriz linear ultrassônica, modelo LA-533 |
| Sonda CMUT | University Roma Tre | N/A | Sonda de matriz linear ultrassônica baseada na tecnologia CMUT |
| Scanner MAGNETOM Skyra 3T MR | Scanner Siemens Healthcare | N/A | MR |
| Bobina de cabeça | Healthcare | N/A | Bobina de cabeça de 32 canais para imagem de ressonância magnética |
| NDI Polaris Vicra | NDI Medical | 8700335001 | Sistema óptico de rastreamento de movimento |
| Ferramenta de ponteiro | NDI Medical | 8700340 | Ferramenta de ponteiro passivo com 4 marcadores refletores |
| Ferramenta equipada com braçadeira | NDI Medical | 8700399 | Corpo rígido com 4 marcadores refletores e uma braçadeira a ser conectada ao cabo da sonda dos EUA |
| Cérebro bovino | N/A | N/A | Cérebro de um bovino adulto, de fornecedores de alimentos |
| Solução de formalina | N/A | N/A | solução de formalina tamponada a 10% para fixação de cérebro bovino - CUIDADO, a formalina é uma substância química tóxica e deve ser manuseada com cuidado; regulamentos específicos também podem ser aplicados (ver, por exemplo, US OSHA Standard 1910.1048 App A) |
| Recipiente de plástico para peças anatômicas | N/A | N/A | Recipiente de plástico cilíndrico com tampa |
| Esferas de vidro | N/A | N/A Esferas | de vidro de sílex |
| de 3 mm de diâmetroÁgar | N/A | N/A | 30 g, para preparação fantasma |
| Glicerina | AEFFE Farmaceutici | A908005248 | 100 g, para preparação fantasma |
| Água destilada | Solbat Gaysol | 8027391000015 | 870 g, para preparação fantasma |
| Copo | N/A | N/A | Copo utilizado para a diluição de glicerina e ágar em água destilada |
| Lysoform | Lever | 8000680500014 | Um cloreto de benzalcônio e solução aquosa foi usado para a preservação do fantasma de ágar |
| Cabeça de manequim de poliestireno | N / A | N / A | Modelo de poliestireno que foi cortado e usado para projetar a configuração dos padrões das esferas |
| Corante de marcação de tecido verde para histologia | N / A | N / A | Cor usada para marcar as posições das esferas de vidro na superfície do cérebro bovino |
| Esmalte amarelo | N / A | N/A | Esmalte usado para colorir as esferas de vidro implantadas no fantasma de ágar |
| Tanque de água | N/A | N/A Tanque | de plástico de 50x50x30 cm cheio de água desgaseificada até 15 cm de altura |
| Braço mecânico | Esaote s.p.a. | N/A | Braço mecânico fixado à borda do tanque de água e usado para segurar a sonda em posições fixas |
| Placa de resina sintética | N/A | N/A | Placa usada como suporte para o posicionamento do cérebro bovino no tanque |
| de água Linhas de costura | N/A | N/A | Segmentos de linha de costura usados para imobilizar o cérebro na placa de resina |
| Fita adesiva | N/A | N/A | Fita adesiva usada para fixar as extremidades da linha de costura na placa de resina |
| Recipiente de plástico para alimentos | N/A | N/A | Recipiente de alimentos selado usado para o fantasma de ágar |
| Notebook | Lenovo | Z50-70 | Lenovo Z50-70, Intel(R) Core i7-4510U @ 2,0 GHz, estação de trabalho de 8 GB de RAM |
| Dell Inc. | T5810 | Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1240v3 @ 3,40 GHz, 16 GB de RAM | |
| Matlab | A ferramenta de software MathWorks | R2013a | , usada para computação de transformação espacial e reconstrução 3D a partir de planos de imagem |
| Paraview | Kitware Inc. | v. 4.4.1 | Software de código aberto para processamento e visualização de imagens |
| 3D NDI Toolbox - ToolTracker Utility | NDI Medical | v. 4.007.007 | Software para visualização e rastreamento da posição do marcador no NDI Polaris Vicra volume de medição |
| C++ software de registro de dados | NDI Medical | v. 4.007.007 | Software para registro da posição do marcador em um arquivo de log |
| de texto Software ULA-OP | Universidade de Florença | N/A | Software para visualização e controlo em tempo real do sistema ULA-OP |
Referências
- Matrone, G., Savoia, A. S., Terenzi, M., Caliano, G., Quaglia, F., Magenes, G. A Volumetric CMUT-Based Ultrasound Imaging System Simulator With Integrated Reception and µ-Beamforming Electronics Models. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61 (5), 792-804 (2014).
- Pappalardo, M., Caliano, G., Savoia, A. S., Caronti, A.
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Reimpressões e permissões
