Agulha de ultra-som tridimensional dica de rastreamento com um receptor de ultra-som de fibra óptica
21 de agosto de 2018
Precisa e eficiente visualização dos dispositivos médicos invasivos é extremamente importante em muitos procedimentos minimamente invasivos guiados por ultra-som. Aqui, um método para localizar a posição espacial de uma ponta da agulha em relação a sonda de ultra-som de imagem é apresentado.
Esse método pode ajudar a responder a perguntas clínicas importantes sobre o rastreamento da agulha por ultrassom, mesmo quando a agulha está fora do plano de imagem. A principal vantagem dessa técnica é que ela ajuda a eliminar complicações e lesões que podem surgir de perfurações com agulha mal rastreadas. Demonstrando o procedimento comigo estará Sunish Mathews, pesquisador associado da UCL.
Comece selecionando um hidrofone de ultrassom de fibra óptica composto por uma fibra óptica monomodo com uma cavidade óptica de Fabry-Perot na extremidade distal. Usando um bisturi, remova parcialmente a capa de 900 micrômetros ao longo do comprimento do hidrofone de fibra óptica próximo à sua extremidade distal para expor a camada tampão, até que o hidrofone possa caber dentro da cânula da agulha. Em seguida, fixe uma agulha médica horizontalmente em um estágio de tradução horizontal manual e use um microscópio estéreo para visualizar a ponta da agulha com o acesso óptico do microscópio alinhado horizontalmente e perpendicular à agulha, girando a agulha em torno de seu eixo conforme necessário, até que o chanfro possa ser observado.
Com a extremidade distal da agulha à vista, insira o receptor de ultrassom de fibra óptica através da cânula de um adaptador Tuohy-Borst Sidearm e, posteriormente, através do conector de isca da agulha até que a região de detecção do hidrofone esteja apenas proximal à superfície chanfrada da agulha. Fixe o hidrofone no estágio de tradução com fita de poliimida para evitar o movimento do dispositivo dentro da agulha. Fixe verticalmente uma pipeta de 20 microlitros no estágio de translação vertical com a ponta voltada para baixo e use os estágios de translação horizontal e vertical para posicionar a ponta da micropipeta até que esteja adjacente ao hidrofone de fibra óptica e cerca de 0,5 milímetros proximal à região de detecção na extremidade distal.
Coloque uma gota de adesivo óptico na extremidade proximal da micropipeta e ajuste a agulha para permitir um caminho direto da ponta da micropipeta até o receptor de ultrassom de fibra óptica. Em seguida, use uma seringa de 10 mililitros para injetar lentamente o adesivo da extremidade distal da micropipeta no receptor de ultrassom de fibra óptica, tomando cuidado para evitar a aplicação de adesivo na região de detecção ou oclusão da cânula, e ilumine a ponta da agulha com luz ultravioleta, até que o adesivo óptico esteja curado. Para integrar o hidrofone ao sistema de imagem, conecte o hidrofone ao console óptico e uma sonda de imagem de ultrassom personalizada ao console de ultrassom.
Para confirmar que o hidrofone está pronto para uso clínico, selecione o modo de operação na sonda de imagem de ultrassom e adicione gel de ultrassom à sonda. Em seguida, adicione água a um simulador de ultrassom fetal para imitar o líquido amniótico e selecione a imagem no modo B na sonda. Identifique o líquido amniótico no simulador como alvo de inserção.
Em seguida, insira a agulha em direção ao alvo de inserção usando a chave na sonda personalizada para alternar continuamente entre os modos de operação de imagem e rastreamento. Neste experimento representativo, uma agulha foi inserida na cavidade uterina e a ponta foi rastreada ao longo de uma trajetória que atingiu uma distância fora do plano de 15 milímetros e uma profundidade de 38 milímetros. A codificação de Golay melhorou a relação sinal-ruído, com um aumento de 7,5 vezes em relação à excitação bipolar convencional.
As posições da ponta da agulha rastreadas em 3D foram então sobrepostas à imagem de ultrassom 2D, usando cruzes com larguras indicativas das distâncias fora do plano e cores indicativas do plano de imagem. O rastreamento por ultrassom é uma técnica que permite que a enfermeira prática em muitos campos clínicos localize com precisão dispositivos médicos dentro do corpo, em relação ao plano de imagem de ultrassom. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão das principais etapas envolvidas na integração do hidrofone de fibra óptica em uma agulha clínica para permitir o rastreamento ultrassônico.
Uma sonda de ultrassom compacta com elementos transdutores adjacentes à matriz de imagem principal e uma interface de usuário intuitiva são úteis para manter a compatibilidade com o fluxo de trabalho clínico.
Visão Geral
Este artigo apresenta um método para localizar com precisão a posição espacial da ponta de uma agulha em relação a uma sonda de imagem por ultrassom, o que é crucial para procedimentos mínimamente invasivos guiados por ultrassom. A técnica tem como objetivo melhorar o rastreamento da agulha, mesmo quando esta está fora do plano de imagem, reduzindo assim complicações associadas a inserções de agulha mal rastreadas.
Principais Componentes do Estudo
Área de Ciência
- Imagem por ultrassom
- Procedimentos minimamente invasivos
- Rastreamento de dispositivos médicos
Contexto
- A visualização precisa de dispositivos médicos invasivos é essencial em ambientes clínicos.
- O rastreamento de agulhas por ultrassom pode prevenir complicações durante procedimentos.
- Os métodos existentes podem ter dificuldades para rastrear agulhas fora do plano de imagem.
- Técnicas aprimoradas de rastreamento podem aumentar a segurança do paciente e os resultados dos procedimentos.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método para a localização precisa da ponta da agulha utilizando ultrassom.
- Demonstrar a integração de um hidrofone de fibra óptica em uma agulha clínica.
- Melhorar a relação sinal-ruído na imagem ultrassonográfica das posições da agulha.
Métodos Utilizados
- Preparação de um hidrofone de ultrassom com fibra óptica para integração com uma agulha médica.
- Uso de um microscópio estereoscópico para visualizar a ponta da agulha.
- Injeção de adesivo óptico para fixar o hidrofone dentro da agulha.
- Implementação de imagem em modo B para rastrear a inserção da agulha em um modelo fantasma.
Resultados Principais
- O método permitiu o rastreamento da ponta de uma agulha com uma distância fora do plano de 15 mm.
- A relação sinal-ruído melhorou em 7,5 vezes utilizando codificação Golay.
- As posições 3D da ponta da agulha foram sobrepostas com precisão às imagens ultrassonográficas 2D.
- A técnica demonstrou aplicabilidade prática em ambientes clínicos.
Conclusões
- A integração de um hidrofone de fibra óptica melhora o rastreamento por ultrassom de agulhas.
- Este método pode reduzir significativamente complicações durante procedimentos minimamente invasivos.
- Aplicações futuras podem se expandir para diversas áreas clínicas que exigem a localização precisa de dispositivos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A localização confiável de dispositivos durante intervenções guiadas por ultrassom é essencial para minimizar o risco do procedimento e garantir a segurança dos tecidos em pesquisas translacionais e pré-clínicas. O rastreamento tridimensional da ponta da agulha por ultrassom com um receptor de fibra óptica resolve o desafio da visualização de dispositivos fora do plano, oferecendo confiança preditiva em pontos críticos dos fluxos de trabalho assistidos por dispositivos. Essa capacidade aumenta o valor do portfólio ao reduzir a ambiguidade biológica e permitir o posicionamento robusto e reprodutível de dispositivos em modelos relevantes para doenças.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a colocação precisa de dispositivos para estudos baseados em hipóteses em modelos de tecidos.
- Reduz a ambiguidade mecanicista ao confirmar a precisão espacial das intervenções.
- Apoia a validação funcional de estratégias de entrega ou coleta assistidas por dispositivos.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Facilita a preparação de sistemas biológicos validados para análise subsequente.
- Melhora a reprodutibilidade e padronização de procedimentos orientados por dispositivos.
- Permite a avaliação quantitativa da localização do dispositivo para verificação de prontidão para triagem.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha o rastreamento de dispositivos com modalidades de imagem clinicamente relevantes para continuidade translacional.
- Apóia o avanço ajustado ao risco de abordagens terapêuticas ou diagnósticas habilitadas por dispositivos.
- Oferece desvio preditivo de riscos para intervenções em modelos pré-clínicos que exigem precisão espacial.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este método integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico ao permitir o posicionamento e o rastreamento precisos de dispositivos em contextos tanto no plano quanto fora do plano, apoiando a identificação de compostos promissores e a pesquisa translacional.
- Biologia de Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a clarificação de vias ao garantir a precisão do dispositivo em sistemas modelo.
- Triagem: Fornece resultados quantitativos e reprodutíveis para a localização de dispositivos no desenvolvimento de ensaios.
- Análises: Fornece leituras e sobreposições espaciais para análise comparativa de trajetórias de dispositivos.
- Pesquisa Translacional: Mantém conformidade com padrões de imagem clínica para validação pré-clínica.
- Reutilização Corporativa: Oferece uma funcionalidade de rastreamento reutilizável e adaptável a diversos fluxos de trabalho com dispositivos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz o risco de efeitos fora do alvo em estudos baseados em dispositivos.
- Valor Operacional: Aprimora a padronização, reprodutibilidade e escalabilidade de procedimentos guiados por ultrassom.
- Valor Estratégico: Melhora a qualidade das decisões de avançar ou não avançar e a eficiência do capital ao minimizar a incerteza procedural.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de programas habilitados por dispositivos e modelos translacionais.
Considerações sobre a Implementação
- Exige especialização na integração de dispositivos de fibra óptica e na imagem de ultrassom.
- Requer acesso a sondas de ultrassom personalizadas e consoles de imagem compatíveis.
- Exige padronização entre equipes para protocolos de preparação e rastreamento de dispositivos.
- Adaptável a diversos sistemas modelo, considerando diferenças anatômicas e procedimentais.
- Depende da manutenção da compatibilidade com o fluxo de trabalho clínico e da minimização da complexidade da interface do usuário.
