De ontwikkeling van nieuwe echografie (VS)-sondes gebaseerd op capacitieve Micromachined ultrasone Transducer (CMUT) technologie vereist een vroege realistische inschatting van beeldvormende mogelijkheden. We beschrijven een herhaalbare experimenteel protocol voor Amerikaanse Beeldacquisitie en vergelijking met magnetische resonantie beelden, met behulp van een ex vivo boviene hersenen als een imaging doel.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een experimenteel Protocol voor de beoordeling van de prestaties van de nieuwe Ultrasound sondes gebaseerd op CMUT technologie in toepassing op Brain Imaging
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De mogelijkheid voor het uitvoeren van een vroege en herhaalbare beoordeling van prestaties imaging is van fundamenteel belang in het ontwerp en proces van de ontwikkeling van nieuwe echografie (VS) sondes. Met name kunnen een meer realistische analyse met toepassingsspecifieke imaging doelen uiterst waardevol voor de beoordeling van de verwachte prestaties van Amerikaanse sondes in hun potentiële klinische toepassingsgebieden.
Het experimentele protocol gepresenteerd in dit werk met opzet was bedoeld om een toepassingsspecifieke beoordelingsprocedure voor nieuw ontwikkelde ons sonde van de prototypen die zijn gebaseerd op capacitieve Micromachined ultrasone Transducer (CMUT) technologie met betrekking tot beeldvorming van de hersenen.
Het protocol combineert het gebruik van een boviene hersenen in formaline vaste als doel voor de beeldvorming, waarbij zowel realisme en herhaalbaarheid van de beschreven procedures, en neuronavigation technieken ontleende neurochirurgie. De Amerikaanse sonde is in feite verbonden met een motion tracking systeem die verwerft positiegegevens en kunt de superpositie van Amerikaanse beelden om te verwijzen naar magnetische resonantie (MR) beelden van de hersenen. Dit biedt een middel om menselijke deskundigen voor het uitvoeren van een visuele kwalitatieve beoordeling van de Amerikaanse sonde imaging prestaties en acquisities die met verschillende sondes te vergelijken. Bovendien, het protocol is gebaseerd op het gebruik van een volledige en open systeem voor onderzoek en ontwikkeling voor Amerikaanse Beeldacquisitie, d.w.z. de scanner echografie Advanced Open Platform (ULA-OP).
Het manuscript beschrijft in detail de instrumenten en procedures betrokken bij het protocol, met name voor de kalibratie, de Beeldacquisitie en de registratie van VS en MIJNHEER beelden. De verkregen resultaten bewijzen de doeltreffendheid van het algemeen protocol gepresenteerd, die is volledig open (binnen de grenzen van de betrokken instrumenten), herhaalbare en omvat het geheel van activiteiten van de acquisitie en verwerking voor Amerikaanse beelden.
Inleiding
De toenemende markt voor klein en draagbaar echografie (VS)-scanners leidt tot de ontwikkeling van nieuwe echographic sondes in welk deel van het signaal-airconditioning en beamforming elektronica is geïntegreerd in het handvat van de sonde, vooral voor 3D / 4D imaging 1. nieuwe technologieën bijzonder geschikt om dit hoge niveau van integratie omvatten Micromachined ultrasoon Transducers (MUTs)2, een klasse van Micro Electro-mechanische systeem (MEMS) omvormers vervaardigd op silicium. Capacitieve MUTs (CMUTs) hebben in het bijzonder eindelijk een technologische rijpheid, dat ze een geldig alternatief voor piëzo-elektri....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
alle biologische monsters getoond in deze video zijn verkregen via de standaard voedselvoorzieningsketen. Deze exemplaren zijn behandeld overeenkomstig de ethische- en veiligheidsreglementering van de betrokken instellingen.
Opmerking: het diagram in Figuur 4 geeft een overzicht van de 8 belangrijkste fasen van dit protocol. Stappen 1 tot en met 4 betrekking hebben op initiële werkzaamheden, slechts eenmaal worden uitgevoerd vóór het begin van de Amerikaanse Beeldacquisitie en de stadia verwerking. Deze eerste fasen zijn als volgt: 1. voorlopig ontwerp van de experimentele opstelling en een phantom agar (te ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Het belangrijkste resultaat bereikt via het protocol beschreven is de experimentele validatie van een effectieve en herhaalbare beoordelingsprocedure voor de 2D en 3D grafische mogelijkheden van ons sonde prototypen die zijn gebaseerd op CMUT technologie, in de prospectieve toepassing naar hersenen Imaging. Na het uitvoeren van alle stappen beschreven protocol, een expert kunt toepassen op de visualisatie softwarefuncties (bijvoorbeeld gratis oriëntatie snijden deelverzameling ex.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Verschillende werken zijn aangebracht in de literatuur met een beschrijving van technieken die soortgelijk of in verband met het protocol gepresenteerd. Deze technieken zijn ook gebaseerd op het gebruik van realistische doelstellingen, met inbegrip van vaste dierlijke of cadaver hersenen, maar ze zijn voornamelijk ontworpen voor het testen van de digitale registratie methoden van verschillende soorten.
Het protocol beschreven hier, echter, heeft het specifieke doel van het Amerikaanse sondes i.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk is gedeeltelijk ondersteund door de nationale regeringen en de Europese Unie via het project DeNeCoR van de ENIAC JU onder grant overeenkomstnummer 324257. De auteurs wil Prof. Giovanni Magenes, Prof. Piero Tortolì en Dr. Giosuè Caliano bedanken voor hun waardevolle ondersteuning, toezicht en inzichtelijke opmerkingen die dit werk mogelijk heeft gemaakt. Wij zijn ook dankbaar aan Prof. Egidio D'Angelo en zijn groep (BCC Lab.), samen met de Fondazione Istituto Neurologico C. Mondino, voor het verstrekken van het volgen van beweging en MIJNHEER instrumentatie, en Giancarlo Germani voor MIJNHEER acquisities. Tot slot bedank we de Dr. Nicoletta Caramia, Dr. Aless....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| ULA-OP | University of Florence | N/A | Ultrasound imaging research system |
| 3D imaging piezeoelectric probe | Esaote s.p.a. | 9600195000 | Mechanically-swept 3D ultrasound probe, model BL-433 |
| Linear-array piezoelectric probe | Esaote s.p.a. | 122001100 | Ultrasound linear array probe, model LA-533 |
| CMUT probe | University Roma Tre | N/A | Ultrasound linear array probe based on CMUT technology |
| MAGNETOM Skyra 3T MR scanner | Siemens Healthcare | N/A | MR scanner |
| Head coil | Siemens Healthcare | N/A | 32-channel head coil for MR imaging |
| NDI Polaris Vicra | NDI Medical | 8700335001 | Optical motion tracking system |
| Pointer tool | NDI Medical | 8700340 | Passive pointer tool with 4 reflecting markers |
| Clamp-equipped tool | NDI Medical | 8700399 | Rigid body with 4 reflecting markers and a clamp to be connected to the US probe handle |
| Bovine brain | N/A | N/A | Brain of an adult bovine, from food suppliers |
| Formalin solution | N/A | N/A | 10% buffered formalin solution for bovine brain fixation - CAUTION, formalin is a toxic chemical substance and must be handled with care; specific regulations may also apply (see for instance US OSHA Standard 1910.1048 App A) |
| Plastic container for anatomical parts | N/A | N/A | Cilindrical plastic container with lid |
| Glass spheres | N/A | N/A | 3 mm diameter spheres of Flint glass |
| Agar | N/A | N/A | 30 g, for phantom preparation |
| Glycerine | AEFFE Farmaceutici | A908005248 | 100 g, for phantom preparation |
| Distilled water | Solbat Gaysol | 8027391000015 | 870 g, for phantom preparation |
| Beaker | N/A | N/A | Beaker used for the diluition of glycerine and agar in distilled water |
| Lysoform | Lever | 8000680500014 | A benzalkonium chloride and water solution was used for the agar phantom preservation |
| Polystyrene mannequin head | N/A | N/A | Polyestirene model which was cutted and used to design the configuration of spheres'patterns |
| Green tissue marking dye for histology | N/A | N/A | Colour used to mark the glass spheres' positions on the bovine brain surface |
| Yellow enamel | N/A | N/A | Enamel used to colour the glass spheres implanted in the agar phantom |
| Water tank | N/A | N/A | 50x50x30 cm plastic tank filled with degassed water up to a 15 cm height |
| Mechanical arm | Esaote s.p.a. | N/A | Mechanical arm clamped to the water tank border and used to held the probe in fixed positions |
| Plate of synthetic resin | N/A | N/A | Plate used as a support for the bovine brain positioning in the water tank |
| Sewing threads | N/A | N/A | Sewing thread segments used to immobilize the brain on the resin plate |
| Adhesive tape | N/A | N/A | Adhesive tape used to fix the sewing thread extremities onto the resin plate |
| Plastic food container | N/A | N/A | Sealed food container used for the agar phantom |
| Notebook | Lenovo | Z50-70 | Lenovo Z50-70, Intel(R) Core i7-4510U @ 2.0 GHz, 8 GB RAM |
| Workstation | Dell Inc. | T5810 | Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1240v3 @ 3.40 GHz, 16 GB RAM |
| Matlab | The MathWorks | R2013a | Software tool, used for space transformation computation and 3D reconstruction from image planes |
| Paraview | Kitware Inc. | v. 4.4.1 | Open-source software for 3D image processing and visualization |
| NDI Toolbox - ToolTracker Utility | NDI Medical | v. 4.007.007 | Software for marker position visualization and tracking in the NDI Polaris Vicra measurement volume |
| C++ data-logging software | NDI Medical | v. 4.007.007 | Software for marker position recording on a text log file |
| ULA-OP software | University of Florence | N/A | Software for real-time display and control of the ULA-OP system |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
