Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Tre-dimensionelle ultralyd nål Tip sporing med en Fiber-optisk ultralyd modtager

Published: August 21, 2018 doi: 10.3791/57207
Automatic Translation
1,2, 3, 2,4, 5,6, 1,2, 7, 1,2,6, 1,5,8,9, 1,2
1Wellcome/EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences, University College London, 2Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, University College London, 3Department of Anaesthesia, University College Hospital, 4St Bartholomew's Hospital and Queen Mary University of London, 5Institute for Women's Health, University College London, 6Centre for Medical Imaging Computing, University College London, 7GePaSud, University of French Polynesia, 8Department of Development and Regeneration, KU Leuven (Katholieke Universiteit), 9NIHR University College London Hospitals Biomedical Research Centre

Summary

Præcis og effektiv visualisering af invasive medicinske anordninger er ekstremt vigtig i mange ultralydsvejledt minimalt invasive procedurer. Her, præsenteres en metode til lokalisering rumlige placeringen af en nål tip i forhold til billedbehandling ultralydssonde.

Abstract

Ultralyd bruges ofte til ledende minimalt invasive procedurer, men visualisere medicinsk udstyr er ofte en udfordring med denne imaging modalitet. Når visualisering er gået tabt, kan det medicinske udstyr forårsage traumer til kritisk væv strukturer. Her, er en metode til at spore nål tip under ultralyd billede-styrede procedurer præsenteret. Denne metode indebærer anvendelse af en fiber-optisk ultralyd modtager, der er anbragt i kanylen af en medicinsk nål til at kommunikere ultralyd med eksterne ultralydssonde. Denne brugerdefinerede sonden består af en central transducer element array og side element arrays. Ud over konventionelle todimensionale (2D) B-mode ultralyd imaging fastsat af den centrale array, tilbydes tre-dimensionelle (3D) nål tip sporing af side arrays. For B-mode ultrasound imaging udføres en standard transmit-receive sekvens med elektroniske ensrettere. For ultralyd tracking, Golay-kodet ultralyd transmissioner fra 4 side arrays er modtaget af audit sensor, og efterfølgende de modtagne signaler er afkodede at identificere nål tip rumlige placering i forhold til ultralyd imaging sonden. Som en indledende validering af denne metode, blev indsætninger af nål/audit parret udført i klinisk realistiske sammenhænge. Denne roman ultrasound imaging/sporing metode er kompatible med aktuelle kliniske arbejdsproces, og det giver pålidelig enhed sporingen under i flyet og ud af flyet nål indsættelser.

Introduction

Præcis og effektiv lokalisering af invasive medicinske anordninger er meget eftertragtede i mange ultralydsvejledt minimalt invasive procedurer. Disse procedurer er stødt på i kliniske sammenhænge som regional anæstesi og interventionel pain management1, interventionel onkologi2og føtal medicin3. Visualisering af hospitalsudstyret tip kan være udfordrende med ultralyd billeddannelse. Under i plan indsættelser har nåle ofte dårlig sigtbarhed når indsættelse vinkler er stejl. Desuden under ud af flyet indsættelser, kan nål skaft mistolkes som nål-spids. Når nålen tip ikke er ultrasonically synlige, kan det medføre komplikationer ved at beskadige vigtige strukturer.

Der findes mange metoder til at lokalisere medicinsk udstyr under ultrasound imaging, men en pålidelig en, der er kompatible med aktuelle kliniske arbejdsgange er meget eftertragtede. Echogenic overflader kan bruges til at forbedre synlighed under stejl vinkel i flyet indsætninger4. Elektromagnetisk sporingssystemer kan bruges under ud af flyet indsættelser, men elektromagnetiske felt forstyrrelser kan alvorlig grad forringe deres nøjagtighed. 3D ultralyd imaging kan forbedre synligheden af medicinsk udstyr i visse hjerte- og føtal procedurer, når de er omgivet af væsker5. Men 3D ultralyd imaging er ikke særlig udbredt nål vejledning, delvis på grund af kompleksiteten forbundet med billede fortolkning.

Ultralyd tracking er en metode, der har vist stort potentiale for at forbedre medicinsk enhed synlighed6,7,8,9,10,11,12 ,13,14. Med ultrasonic tracking har det medicinske udstyr en integreret ultralyd sensor eller sender, der aktivt kommunikerer med den eksterne ultrasound imaging sonde. Medicinsk enhed holdning kan identificeres fra de målte ultralyd tid-af-flyvninger mellem integrerede ultralyd sensor/senderen og forskellige transducer elementer af sonden. Til dato, har ultralyd tracking været begrænset til i plan tracking, som har meget begrænset sin kliniske anvendelse.

Her, en demonstration af hvordan 3D ultralyd tracking kan udføres med en brugerdefineret ultrasound imaging sonde og en fiberoptisk audit anbragt i kanylen af en nål er fastsat (figur 1). Denne brugerdefinerede sonde, som blev udviklet af forfatterne og fremstillet eksternt, består af en central matrix af transducer elementer og fire side arrays. Den centrale array bruges til 2D ultrasound imaging; side arrays, nål til 3D tip sporing i koncert med fiber-optisk ultralyd modtager. Det er vist hvordan fiberoptisk ultralyd modtageren kan placeres og anbragt i nål kanyle, hvordan tracking nøjagtigheden af systemet kan være målt på benchtop, og hvordan klinisk validering kan udføres.

Protocol

1. ordning Hardware

  1. Den kliniske brugerdefinerede ultrasound imaging sonde
    1. Oprette et udkast til design for layout af transducer elementer i den brugerdefinerede sonde, der omfatter centrale og side arrays. Indsende design til producenten af denne sonde.
    2. Med feedback fra producenten, oprette et detaljeret design for brugerdefinerede sonden, der omfatter justeringer til transducer frekvens egenskaber og geometrier (figur 2).
      Bemærk: Typisk, producenten af den brugerdefinerede sonden kan designe de elektroniske systemer, sonde boliger og sonde-stik til kompatibilitet for en bestemt type af ultrasound imaging system. Fabrikanten kan også omfatte en drift omskifteren (hardware) for at afgøre, hvilke sæt af 128 elementer blev behandlet af ultrasound imaging system. I tænkelig tilstand, er den centrale array rettet; i sporingstilstand behandles side arrays.
  2. Sporing nålen
    1. Vælg en fiberoptisk ultralyd audit, som består af en single-mode optisk fiber med Fabry-Pérot hulrum i den distale ende (udvendig diameter (OD): 150 µm).
      Bemærk: Hydrofoner, der omfatter en single-mode optisk fiber med Fabry-Pérot hulrum i den distale ende (OD: 150 µm), findes i handelen. Proksimalt for den distale ende, optiske fibre, der ofte benyttes til telekommunikation har en beklædning lag (OD: 125 µm), en buffer lag (OD: 250 µm), og en jakke (OD: 900 µm).
    2. Ved hjælp af en skalpel, delvist fjerne 900 mikrometer jakke langs længden af fiber optic audit, tæt på sit distale ende, at eksponere buffer lag, indtil audit kan passe inden for nål kanyle.
      Bemærk: For mekanisk robusthed, det er nyttigt at bevare beskyttende buffer lag/jakken på del af det fiberoptiske kabler der er proksimalt for Luer stik. Tage sig med håndtering afsnittet skrøbelige af fiber, når jakken er fjernet, før det er beskyttet af nålen kanyle.
    3. Anbringer medicinsk nålen vandret til en manuel vandret oversættelse fase, og visualisere nål-spids med en stereo-mikroskop, med den optiske akse af mikroskop linje vandret og vinkelret på nålen. Hvis det er nødvendigt, skal du dreje nål om sin akse, så facet overfladen af nålen kan ses med lup.
    4. Med den distale ende af nålen i betragtning af mikroskopet, indsætte fiberoptisk ultralyd modtager gennem kanylen af en Tuohy-Borst Sidearm adapter og efterfølgende Luer stik nålen indtil audit sensing regionen er bare proksimalt for facet overfladen af nålen. På dette stadium, bør der ikke tilsluttes nålen til Sidearm adapteren. Anbringe audit til oversættelse fase (polyimid tape fungerer godt) at undgå sin bevægelse inden for nålen.
    5. Anbringe audit oversættelse scenen med polyimid tape til at undgå enhedens inden nålen bevægelse.
    6. Lodret anbringer en 20-microliter afpipetteres på lodret oversættelse scenen med spidsen vendt nedad og bruge både de vandrette og lodrette oversættelse faser til at placere mikropipette tip indtil det er støder op til fiberoptiske audit og ca. 0,5 mm proksimalt for regionen sensing i den distale ende.
    7. Anbring en dråbe af optiske limen på den proksimale ende af mikropipette og justere nålen for at tillade en direkte vej fra mikropipette tip til fiberoptiske ultralyd-modtager.
    8. Brug derefter en 10-mL sprøjte til at lægge pres på den proksimale ende af mikropipette til gradvist dispensere lim fra den distale til fiberoptiske ultralyd receiveren, pasning til at undgå at anvende lim til at sensing region eller tilstoppe kanyle, og belyse nål-spids med ultraviolet lys, indtil den optiske limen er helbredt.

2. system Integration

  1. Tilslut audit til sin optiske konsol.
    Bemærk: Optisk konsoller, der giver en analog spænding signal proportional med den modtagne pres findes i handelen.
  2. Slut de brugerdefinerede ultralyd imaging sonde til konsollen ultralyd.
  3. Udføre interleaved opkøb af B-ultralyd billeder og kodede ultralydsscanning bælgfrugter til sporing af10,14. For B-mode ultralyd billede erhvervelse, udføre pulse-echo Send-modtag sekvenser med centrale array-elementer. Bruge parameteren hardware til kontrol om side array-elementer eller centrale array-elementer er tilgængelige.
  4. Digitalisere audit signaler og timing signaler baseret på ultralyd transmissioner starter samtidig med et datakort erhvervelse (DAQ).
  5. Proces og display signalerne erhvervet fra puls-echo Modtag Send-sekvenser, for at få B-ultralyd billeder. Derudover processen og display audit signaler at lokalisere fiberoptisk ultralyd modtageren i forhold til den brugerdefinerede sonde. For de sidstnævnte opgave, er algoritmerne, der beskrevet af Xia mfl. 12 , 14
  6. Overlay nål tip placeringer på B-mode ultralyd billeder. For at få vist 3D sporingsoplysninger på en 2D ultralydsscanning billedvisning, kan placeringen af nålen tip (lateral og dybde koordinater) angives med et kors; ud af flyet afstand og side af imaging fly, med størrelsen og farven på denne Kors, henholdsvis.

3. præ-klinisk validering

  1. Vælg den operation tilstand ved hjælp af parameteren på imaging ultralydssonde.
  2. Tilføje ultralyd gel til den brugerdefinerede afbildning ultralydssonde.
  3. Forberede en føtal ultralyd phantom ved tilsætning af vand for at efterligne fostervand.
  4. Bruger B-mode ultrasound imaging, identificere fostervand i phantom som mål-indføring.
    Bemærk: Indsættelse målet vil afhænge af sammenhæng; det kunne omfatte en bestemt region af væv for diagnose eller behandling under en kliniske procedure, eller en udpeget placering i en billeddannelse phantom at efterligne en væv region.
  5. Indsætte nålen mod indsættelse målet. Under indsættelsen, veksler mellem driftstilstande (imaging og tracking) kontinuerligt ved hjælp af parameteren på brugerdefinerede sonden.

Representative Results

Animalske eksperimentet blev udført i henhold til britiske Home Office og vejledning til drift af dyr (videnskabelige procedurer) Act (1986). Fårene blev opstaldet i overensstemmelse med britiske Home Office retningslinjer vedrørende dyrevelfærd; Forsøgene blev udført under Home Office Project licens 70/7408 med titlen "Prænatal terapi med stamceller og genoverførsel". Etik godkendelse for fårene eksperimenter blev leveret af University College London, Storbritannien og dyrs velfærd etik Review bestyrelserne for Royal Veterinary College.

Med etik godkendelse på plads, blev en gravid får for prækliniske i vivo validering brugt. Efter at have modtaget intravaginal progesteron stikpiller i 2 uger, var moderfår, tid-parret til at fremkalde ægløsning, som beskrevet af David mfl. 34 på 130 dage af drægtighedsperioden, en gravid moderfår var sultet natten over med en gravid følgesvend moderfår. Moderfår derefter gennemgik generel anæstesi induceret med thiopental natrium 20 mg kg-1 intravenøst og blev opretholdt med 2-2,5% isofluran i ilt efter intubation via en ventilator. Korrekt intubation blev bekræftet ved at lytte til lungerne bilateralt. Anæstesi blev bekræftet ved vurdering af den cornea refleks. Iltmætning blev målt løbende ved hjælp af en mætning skærm på tungen eller øre. Moderfår blev placeret på ryggen i semi-recundancy og en sonde blev vedtaget for at lette passagen af maveindhold. En okulær smøremiddel blev anvendt på øjnene at holde dem fugtige. Efter klipning af fleece var maven af moderfår dobbelt skrubbes med en hud desinfektionsmiddel. Sterile kobling gel blev anvendt til maven og ultralydsundersøgelse blev brugt til at bekræfte gestationsalder af moderfår34 og vurdere fosterets løgn. I slutningen af operationen dyret var humant dræbt ved hjælp af en overdosis af thiopental natrium (40 mg kg-1 intravenøst).

Den praktiserende læge (A.L.D.) identificerede navlestrengen som mål. En nål blev indsat i livmoderhulen, og spidsen var sporet langs en bane, der opnåede en ud-af-flyet afstand 15 mm og en dybde på 38 mm (figur 3). Golay kodning forbedret SNR, med en 7.5-fold stigning i forhold til konventionelle bipolar excitation (figur 3B). 3D sporede nål tip holdninger var oven på 2D ultralyd billede ved hjælp af Kors med bredder vejledende ud af flyet afstand og farver vejledende Imaging (trin 2.6) (figur 3 c).

Figure 1
Figur 1: Systemoversigt. Ultralyd (os) imaging/tracking sonde giver mulighed for både 2D amerikanske imaging og 3D nål sporing. Det er drevet af en USA-scanner, der giver kontrol over sporing element transmissioner. En switch giver mulighed for elektronisk valg af transducer elementer at veksle mellem to driftstilstande: imaging med den centrale array og sporing med side arrays. En fiber optic audit (FOH) ultralyd modtager, placeret i lumen af en 20G kanyle, modtager transmissioner fra side arrays. T/R: Send/modtag; LT: linje udløser; FT: ramme udløse; PC: personlige computer; DAQ: erhvervelse datakort. Denne figur og billedtekst er gengivet med tilladelse fra Xia, m. et al. 14. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Transducer element layout af den brugerdefinerede ultrasound imaging sonde. En central array med 128 elementer og en akustisk linse giver os imaging. Side arrays, med 32 elementer pr. række og 128 elementer i alt, aktiverer 3D nål tracking. Denne figur og billedtekst er gengivet med tilladelse fra Xia, m. et al. 14. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Nål indsættelse med 3D inddeling i vivo. (A) spores nålepositioner tip (cirkler: P1-P6) opnået under en indføring i livmoderhulen af en gravid får. (B) Signal-støj-forhold (SNRs) af tracking-signaler (tænkelig plan: X = 0). (C) overlejring af 3 af de registrerede positioner på en 2D kr. billede, der blev erhvervet med det centrale array. Ende til længden af hvert tværs svarede til ud-af-flyet afstand; farve (rød/gul) svarede til siden af imaging flyet. Anatomiske nøglefunktioner er afbildet med konturer (til højre). S: hud; PF: perkutan fedt; UW: livmoderen væg; AF: fostervand; UC: navlestrengen; FA: føtal maven. Denne figur og billedtekst er gengivet med tilladelse fra Xia, m. et al. 14. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Her vi demonstrere hvordan 3D ultralyd tracking kan udføres med en brugerdefineret ultrasound imaging sonde og en fiberoptisk audit integreret inden for en nål. Fra et klinisk oversættelse synspunkt er flere aspekter af brugerdefinerede sonden udviklet i denne undersøgelse attraktive. Dens kompakte størrelse er velegnet til brug i små rum såsom armhule hvor manøvrering klodsede 3D imaging sonder er udfordrende. En begrænsning af gennemførelsen af den 3D ultralyd tracking præsenteres her er at manuel skifte var forpligtet til at skifte mellem imaging og sporing tilstande. Fremover implementeringer, dette skifte kan gøres direkte ved ultralyd imaging system.

Fiberoptisk audit er velegnet til ultralyd nål sporing. Dens høje grad af miniaturisering og fleksibilitet giver mulighed for landets integration i medicinsk udstyr med lille lateral dimensioner. Dens brede frekvens båndbredde16 giver mulighed for kompatibilitet med forskellige kliniske ultralyd sonder. Derudover kuglekarakteri16 giver mulighed for sporing af nåle, der er indsat på en bred vifte af vinkler. Endelig gør sin immunitet over for forstyrrelser fra EM felter og metal objekter det mere velegnet til klinisk indstillinger i modsætning til EM tracking. For at opnå større ultralyd påvisning følsomhed, kunne en plano-konkave Fabry-Pérot hulrum bruges i den fremtidige17. I sidste ende, ultralyd tracking kan kombineres med andre modaliteter i en enkelt optisk fiber, såsom Reflektionsgraden spektroskopi18,19,20,21,22, 23, Raman spektroskopi24, optisk kohærens tomografi25,26og photoacoustic imaging27,28,29,30 , 31 , 32 , 33.

Ultralyd tracking har begrænsninger, der er delt med ultralyd billeddannelse. Først, væv heterogeneities negativt påvirker ultralyd sporing; rumlige variationer i hastighed af lyden af væv vil falde sporing præcision, som fremgår af numeriske simulationer i en tidligere undersøgelse14. Andet, anatomiske strukturer, der er meget reflekterende til ultralyd bølger, som benede strukturer eller luft huller, er sandsynligvis ikke kompatibel med ultralyd tracking. I fremtiden kunne undersøgelser, nål tip position opnået med andre billeddiagnostiske modaliteter, såsom 3D roterende C-arm computertomografi X-ray, bruges til at vurdere nøjagtigheden af 3D ultralyd tracking i heterogen væv i vivo.

Trods de seneste fremskridt i ultrasound imaging fortsat præcis sporing og effektiv manipulation af medicinsk udstyr under vejledning af denne modalitet udfordrende, selv for erfarne praktikere. Aktiv kommunikation mellem eksterne ultralyd sonder og medicinsk udstyr, kunne som vist her, forbedre proceduremæssige sikkerhed og effektivitet. Disse forbedringer kan i høj grad lette vedtagelsen af ultrasound imaging i stedet for X-ray fluoroskopi i flere kliniske sammenhænge, såsom spinal indsættelser til interventionel smertebehandling. System udviklet i denne undersøgelse giver mulighed for 3D ultralyd tracking og 2D ultrasound imaging med en kompakt ultralydssonde. Det kunne forbedre ultralydsvejledt minimalt invasive procedurer ved at levere præcise lokalisering af nålen tip i aktuelle kliniske arbejdsproces.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at der ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af en innovativ teknik for sundhed award ved Wellcome Trust (nr. WT101957) og teknik og naturvidenskab forskning Rådet (EPSRC) (nr. NS/A000027/1), af en Wellcome/EPSRC centrum award [16-203145Z-Z & NS/A000050/1], af et begyndende tilskud fra Det Europæiske Forskningsråd (Grant nr. ERC-2012-StG, forslag 310970 MOPHIM), og af en EPSRC første Grant (nr. EP/J010952/1). A.L.D. understøttes af UCL/UCLH NIHR omfattende biomedicinsk forskning centrum. Forfatterne er taknemmelig for Royal Veterinary College personale for deres værdifulde bistand med i vivo eksperimenter.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ultrasound imaging system BK ultrasound (ultrasonix) SonixMDP
Custom ultrasound probe Vermon
Spinal needle  Terumo 20 gauge
Fibre-optic hydrophone Precision Acoustics
Fibre-optic stripping tool  Thorlabs FTS4
Stereo microscope  Leica Microsystems  Z16APO
Tuohy-Borst Sidearm adapter  Cook Medical PTBYC-RA
Pipette   Eppendorf 100 mL
Micropipette tip  Eppendorf 20 µL
Ultraviolet optical adhesive  Norland Products NOA81
Syringe Terumo  10 mL
Ultraviolet light source  Norland Products Opticure 4 Light Gun
Data acquisiton card  National Instruments USB-5132
Articulated arm  CIVCO 811-002
Thiopental sodium  Novartis Animal Health UK  Thiovet
Isoflurane Merial Animal Health Isoflurane-Vet
Ocular lubricant Allergan, Marlow, UK Lacri-Lube
Skin lubricant Adams Healthcare, Garforth, UK Hibitane 2%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Teknik kodet spørgsmålet 138 Ultrasonic tracking ultrasound imaging excitation fiberoptisk audit minimalt invasiv kirurgi billede genopbygning
Tre-dimensionelle ultralyd nål Tip sporing med en Fiber-optisk ultralyd modtager
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Xia, W., West, S. J., Finlay, M. C., … More

Xia, W., West, S. J., Finlay, M. C., Pratt, R., Mathews, S., Mari, J. M., Ourselin, S., David, A. L., Desjardins, A. E. Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver. J. Vis. Exp. (138), e57207, doi:10.3791/57207 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter