Waiting
Login processing...

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

Engineering

إبرة الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد نصيحة تتبع مع جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية الألياف البصرية

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

التصور دقة وكفاءة الأجهزة الطبية الغازية مهم للغاية في العديد من الإجراءات كسبها الموجهة بالموجات فوق الصوتية. ويرد هنا، وسيلة لإضفاء الطابع المحلي على موقف المكانية من طرف الإبرة بالنسبة لمجس التصوير بالموجات فوق الصوتية.

Abstract

الموجات فوق الصوتية يستخدم بشكل متكرر لإجراءات مينيملي التوجيهية، ولكن تصور الأجهزة الطبية في كثير من الأحيان صعبة مع طريقة التصوير هذه. الجهاز الطبي عند فقدان التصور، يمكن أن يسبب صدمة للهياكل الحرجة في الأنسجة. ويرد هنا، وسيلة لتتبع نصيحة إبرة أثناء الإجراءات الموجهة بصورة الموجات فوق الصوتية. يتضمن هذا الأسلوب استخدام جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية على الألياف البصرية التي هي ملحقة ضمن قنية إبرة طبية التواصل يتم مع التحقيق الخارجي بالموجات فوق الصوتية. هذا التحقيق مخصص يضم مجموعة عنصر محول طاقة مركزية والجانبية عنصر الصفيف. بالإضافة إلى التقليدية ثنائية الأبعاد (2D) ب-وضع الموجات فوق الصوتية تصوير المقدمة من الصفيف المركزية، تقدم نصيحة إبرة ثلاثي الأبعاد (3D) تتبع صفائف الجانب. ب-وضع التصوير بالموجات فوق الصوتية، يتم إجراء تسلسل ترانسميتريسيفي قياسية مع beamforming الإلكترونية. لتتبع الموجات فوق الصوتية، وتلقى البث مشفرة غولي بالموجات فوق الصوتية من صفائف الجانب 4 بواسطة أجهزة الاستشعار هيدروفونات، وبعد ذلك الإشارات الواردة يتم فك الشفرة لتحديد المكان تلميح إبرة في المكانية فيما يتعلق بالتصوير بالموجات فوق الصوتية التحقيق. كعملية التحقق أولى من هذا الأسلوب، أجريت عمليات الإدراج لزوج إبرة/هيدروفونات في سياقات واقعية سريرياً. هذه الرواية بالموجات فوق الصوتية تصوير/تتبع أسلوب متوافق مع سير العمل الحالي السريرية، ويوفر تعقب جهاز موثوق بها أثناء غرز الإبرة في الطائرة والخروج من الطائرة.

Introduction

تعريب دقة وكفاءة الأجهزة الطبية الغازية المطلوب هو درجة عالية في العديد من الإجراءات كسبها الموجهة بالموجات فوق الصوتية. هذه الإجراءات تتم مواجهتها في سياقات السريرية مثل الإقليمي التخدير و إدارة الألم التداخلية1، والأورام التداخلية2وطب الأجنة3. ويمكن تصور طرف الأجهزة الطبية صعبة مع التصوير بالموجات فوق الصوتية. الإبر خلال الملاحق بالطائرة، غالباً ما يكون ضعف الرؤية عند الإدراج زوايا حادة. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يساء خلال عمليات الإدراج في الخروج من الطائرة، رمح إبرة كتلميح الإبرة. عندما لم يكن مرئياً يتم التلميح إبرة، فإنه يمكن أن تسبب مضاعفات بإتلاف هياكل الحرجة في الأنسجة.

تتوفر العديد من الطرق لتعريب الأجهزة الطبية أثناء التصوير بالموجات فوق الصوتية، ولكن أحد موثوق متوافق مع سير العمل السريرية الحالية هو المطلوب عاليا. يمكن استخدام الأسطح اتشوجينيك لتحسين الرؤية من خلال زاوية حادة في الطائرة الملاحق4. يمكن استخدام نظم تتبع الكهرومغناطيسي خلال عمليات الإدراج في الخروج من الطائرة، ولكن الاضطرابات المجال الكهرومغناطيسي يمكن أن تتحلل شدة دقتها. التصوير بالموجات فوق الصوتية 3D يمكن تحسين الرؤية للأجهزة الطبية في بعض الإجراءات القلب والجنين عند أنهم محاصرون بالسوائل5. ومع ذلك، التصوير بالموجات فوق الصوتية 3D لم يستخدم على نطاق واسع لتوجيه الإبرة، جزئيا نظراً للتعقيدات المرتبطة بتفسير الصور.

تتبع بالموجات فوق الصوتية هو أسلوب الذي أظهر إمكانات كبيرة لتحسين الجهاز الطبي الرؤية6،،من78،9،10،11،12 ،،من1314. مع تتبع الموجات فوق الصوتية، ولديه الجهاز الطبي الاستشعار المضمنة بالموجات فوق الصوتية أو جهاز الإرسال الذي يتصل بنشاط مع التصوير مسبار الموجات فوق الصوتية الخارجية. ويمكن تحديد موقف الجهاز الطبي من قياس الموجات فوق الصوتية الوقت-من-الرحلات الجوية بين أجهزة الاستشعار المضمنة بالموجات فوق الصوتية/الإرسال ومحول طاقة مختلف عناصر التحقيق. وحتى الآن، اقتصر تتبع الموجات فوق الصوتية لتتبع بالطائرة، التي قيدت إلى حد كبير على الاستخدام السريري.

هنا، تظاهرة لتتبع كيفية 3D الموجات فوق الصوتية يمكن أن يؤديها مع الموجات فوق الصوتية مخصصة التصوير المسبار وهيدروفونات الألياف البصرية ملصقة داخل قنية إبرة (الشكل 1). ويتألف هذا المسبار المخصص، الذي صمم بمقدمي البلاغ والمصنوعة خارجياً، مجموعة مركزية من عناصر محول طاقة وأربعة الجانب صفائف. يتم استخدام صفيف المركزية للتصوير بالموجات فوق الصوتية 2D؛ صفائف الجانب، ل 3D إبرة نصيحة تتبع في الحفل مع المتلقي الألياف البصرية بالموجات فوق الصوتية. أنه يظهر كيف يمكن وضع المتلقي الألياف البصرية بالموجات فوق الصوتية وملصقة داخل قنية إبرة، كيف يمكن أن تكون دقة تتبع النظام يقاس على benchtop، وكيف السريرية يمكن إجراء التحقق من الصحة.

Protocol

1-نظام الأجهزة

  1. التصوير مسبار سريرية مخصصة في الموجات فوق الصوتية
    1. إنشاء تصميم مشروع لتخطيط عناصر محول طاقة في التحقيق مخصص يحتوي على صفائف المركزية والجانبية. يقدم تصميم للشركة المصنعة لهذا التحقيق.
    2. مع التغذية المرتدة من الشركة المصنعة، إنشاء تصميم مفصل لمسبار مخصص يحتوي على التحسينات على خصائص محول التردد وهندستها (الشكل 2).
      ملاحظة: عادة، الشركة المصنعة لمسبار مخصص يمكن تصميم النظم الإلكترونية والإسكان المسبار والموصل تحقيقا للتوافق لنوع معين من نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية. الشركة المصنعة يمكن أن تشمل أيضا عملية تبديل وضع (الأجهزة) لتحديد أي مجموعة من العناصر 128 ألقي نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية. في وضع التصوير، هو معالجة الصفيف المركزية؛ وفي وضع التعقب، تعالج صفائف الجانب.
  2. إبرة التعقب
    1. حدد هيدروفونات الألياف البصرية بالموجات فوق الصوتية التي تتألف من ألياف الضوئية طريقة واحدة مع تجويف فابري-Pérot في النهاية البعيدة (القطر الخارجي (OD): 150 ميكرومتر).
      ملاحظة: الهيدروفونات التي تتألف من ألياف الضوئية طريقة واحدة مع تجويف فابري-Pérot في النهاية البعيدة (OD: 150 ميكرومتر)، متاحة تجارياً. الدانية إلى النهاية البعيدة، الألياف الضوئية التي تستخدم بشكل متكرر للاتصالات السلكية واللاسلكية لديها طبقة كسوة (OD: 125 ميكرومتر)، طبقة عازلة (OD: 250 ميكرومتر)، وسترة (OD: 900 ميكرومتر).
    2. استخدام مشرط، جزئيا إزالة سترة 900 ميكرومتر على طول هيدروفونات الألياف البصرية، قريبا من نهايته البعيدة، لفضح الطبقة العازلة حتى هيدروفونات يمكن احتواؤها ضمن قنية الإبرة.
      ملاحظة: للمتانة الميكانيكية، فإنه مفيد للاحتفاظ بالطبقة عازلة واقية/سترة على القسم من كابلات الألياف البصرية التي الأقرب إلى الموصل اللوير. العناية بمعالجة المقطع الهشة من الألياف بعد إزالة الغلاف، قبل محمي بواسطة إبرة قنية.
    3. إلصاق الإبرة الطبية أفقياً إلى مرحلة ترجمة يدوية أفقية، وتصور طرف إبرة مع ستيريو مجهر، مع المحور البصري المجهر محاذاة أفقياً وعمودياً على الإبرة. إذا لزم الأمر، قم بتدوير الإبرة حول محورها، حتى أنه يمكن رؤية سطح المجسم مشطوف الحواف الإبرة مع المجهر.
    4. مع نهاية الإبرة في ضوء المجهر القاصي، أدخل المتلقي الألياف البصرية بالموجات فوق الصوتية من خلال قنية محول Sidearm تووهي-بورست ولاحقا الموصل اللوير الإبرة حتى منطقة الاستشعار عن هيدروفونات مجرد الدانية على سطح المجسم مشطوف الحواف من الإبرة. وفي هذه المرحلة، لا يجب أن تكون متصلاً المحول Sidearm الإبرة. إلصاق هيدروفونات إلى مرحلة الترجمة (بوليميد الشريط يعمل جيدا) لتجنب حركتها داخل الإبرة.
    5. إلصاق هيدروفونات إلى مرحلة الترجمة مع الشريط بوليميد لتجنب حركة الجهاز داخل الإبرة.
    6. عمودياً تلميح المقاطع 20-ميكروليتير "الماصة؛" إلى مرحلة الترجمة الرأسي مع تلميح تواجه الهبوط واستخدام كل مراحل الترجمة الأفقي والرأسي للموقف في ميكروبيبيتي حتى يتم المتاخمة هيدروفونات الألياف وحوالي 0.5 مم الدانية إلى منطقة الاستشعار في النهاية البعيدة.
    7. ضع قطره من مادة لاصقة البصرية في نهاية الدانية ميكروبيبيتي، وضبط الإبرة للسماح بطريق مباشر من طرف ميكروبيبيتي لاستقبال الموجات فوق الصوتية الألياف البصرية.
    8. ثم استخدم حقنه 10 مل لتطبيق الضغط في نهاية الدانية من ميكروبيبيتي تدريجيا الاستغناء عن اللاصقة من القاصي إلى المتلقي عبر الألياف بالموجات فوق الصوتية، مع الحرص على تجنب تطبيق لاصقة للاستشعار عن المنطقة أو أوككلودينج القنية، و تضيء طرف إبرة مع الأشعة فوق البنفسجية حتى يشفي لاصقة الضوئية.

2-نظام التكامل

  1. الاتصال هيدروفونات في وحدة التحكم البصرية.
    ملاحظة: المفاتيح الضوئية التي توفر إشارة جهد تمثيلي النسبي للضغوط تلقي متوفرة تجارياً.
  2. الاتصال الموجات فوق الصوتية المخصصة التصوير التحقيق إلى وحدة التحكم بالموجات فوق الصوتية.
  3. إجراء الشراء معشق ب-وضع الصور بالموجات فوق الصوتية والبقول المبرمج بالموجات فوق الصوتية لتتبع10،14. للحصول على الصور بالموجات فوق الصوتية ب-الوضع، أداء صدى نبض الإرسال-تلقي تسلسل مع عناصر الصفيف المركزية. استخدم رمز التبديل الأجهزة إلى عنصر التحكم ما إذا كان يتم الوصول إلى عناصر الصفيف الجانب أو عناصر الصفيف المركزية.
  4. رقمنة إشارات هيدروفونات وإشارات التوقيت وفقا ليبدأ الإرسال بالموجات فوق الصوتية في وقت واحد مع بطاقة اكتساب (دق) بيانات.
  5. العملية وعرض الإشارات التي اكتسبت من النبض-الصدى يحيل-تلقي تسلسل، للحصول على صور بالموجات فوق الصوتية ب-الوضع. بالإضافة إلى ذلك، عملية وعرض الإشارات هيدروفونات لتعريب المتلقي الألياف البصرية بالموجات فوق الصوتية بالنسبة إلى التحقيق مخصص. للمهمة الأخيرة، ترد الخوارزميات شيا وآخرون. 12 , 14
  6. تراكب مواقع نصيحة إبرة على الصور بالموجات فوق الصوتية ب-الوضع. لعرض تتبع المعلومات على شاشة عرض صورة في 2D الموجات فوق الصوتية 3D، يمكن الإشارة إلى موقف طرف إبرة (الإحداثيات الأفقي والعمق) مع صليب؛ بعد الخروج من الطائرة وجانب من التصوير طائرة، مع حجم ولون هذا الصليب، على التوالي.

3-ما قبل السريرية التحقق من الصحة

  1. تحديد وضع العملية باستخدام رمز التبديل في مجس التصوير بالموجات فوق الصوتية.
  2. إضافة جل الموجات فوق الصوتية للتحقيق التصوير بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
  3. إعداد الوهمية الجنين بالموجات فوق الصوتية عن طريق إضافة المياه تقليد السائل السلوى.
  4. باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية ب-الوضع، تحديد السائل السلوى في الوهمية كهدف الإدراج.
    ملاحظة: الهدف الإدراج سوف تعتمد على السياق؛ ويمكن أن تشمل منطقة معينة من الأنسجة للتشخيص أو العلاج أثناء إجراء سريرية، أو موقع معين في فانتوم تصوير لتقليد منطقة أنسجة.
  5. أدخل الإبرة نحو الهدف الإدراج. أثناء الإدراج، بالتناوب بين أوضاع التشغيل (التصوير وتتبع) استخدام رمز التبديل بشكل مستمر في التحقيق مخصص.

Representative Results

وأجريت التجربة الحيوانية وفقا لأنظمة "وزارة الداخلية في المملكة المتحدة"، والتوجيه بشأن قانون "العملية للحيوانات" (إجراءات علمية) (1986). وكان إيواء الأغنام وفقا للمبادئ التوجيهية "مكتب المملكة المتحدة الرئيسية" المتعلقة بالرفق بالحيوان؛ أجريت التجارب تحت وزارة الداخلية المشروع الترخيص 70/7408 المعنون "العلاج قبل الولادة مع الخلايا الجذعية ونقل الجينات". وقدمت موافقة الأخلاق لتجارب الأغنام بجامعة كلية لندن، المملكة المتحدة، ومجالس استعراض الأخلاقيات رعاية الحيوان كلية الطب البيطري الملكية.

مع الموافقة على الأخلاقيات في المكان، استخدمت الأغنام حوامل السريري في فيفو التحقق من الصحة. بعد تلقي التحاميل البروجسترون مهبلي لمدة أسبوعين، كانت النعاج تزاوج الوقت للحث على الإباضة، كما وصفها ديفيد وآخرون. 34 في 130 يوما من الحمل، إيوي حامل واحد كان جوعاً بين عشية وضحاها مع إيوي رفيق حوامل. إيوي ثم خضع للتخدير العام التي يسببها مع بنتوثال الصوديوم ملغ 20 كجم-1 عن طريق الوريد واستمر مع إيسوفلوراني 2-2، 5% في الأوكسجين بعد التنبيب عن طريق جهاز التنفس الصناعي. وأكد التنبيب الصحيح الاستماع إلى الرئتين على الصعيد الثنائي. وأكد تقييم منعكس القرنية التخدير. وتم قياس تشبع الأكسجين باستمرار باستخدام جهاز عرض تشبع في اللسان أو الإذن. إيوي انصب على ظهرها في شبه ريكوندانسي، وتم تمرير أنبوب nasogastric لتسهيل مرور محتويات المعدة. وطبقت تشحيم العين العينين لإبقائها رطبة. بعد القطع الصوف، كان البطن إيوي مزدوجة محكوك مع مطهر جلد. تم تطبيق هلام اقتران العقيمة في البطن وتم استخدام الفحص بالموجات فوق الصوتية لتأكيد العمر الحملي إيوي34 وتقييم كذب الجنين. في نهاية عملية جراحية قتل الحيوان إنسانية باستخدام جرعة زائدة من بنتوثال الصوديوم (ملغ 40 كجم-1 عن طريق الوريد).

تحديد الممارسين (A.L.D.) الحبل السري كهدف. تم إدراج إبرة في تجويف الرحم، وكانت تتبع التلميح على طول مسار تحقيقه على الخروج من الطائرة مسافة 15 ملم وعمق 38 مم (الشكل 3). الترميز غولاي تحسين دائرة الاستخبارات الوطنية، بزيادة 7.5-fold بالنسبة للإثارة القطبية الثنائية التقليدية (الشكل 3B). تم تراكب مواقف نصيحة إبرة المتعقبة 3D على الصورة ثنائية الأبعاد بالموجات فوق الصوتية باستخدام الصلبان مع عروض إرشادية بعد الخروج من الطائرة والألوان الإرشادية للتصوير (الخطوة 2.6) (الشكل 3).

Figure 1
رقم 1: نظرة عامة على نظام- الموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) تصوير/تتبع التحقيق يسمح لكل من تصوير أمريكي 2D وابرة 3D تتبع. أنه محكوم بماسح على الولايات المتحدة التي توفر التحكم في التتبع عنصر الإرسال. مفتاح تبديل يسمح لاختيار العناصر المفاتيح للتبديل بين وضعين العملية الإلكترونية: التصوير مع الصفيف المركزية وتتبع مع صفائف الجانب. جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية هيدروفونات الألياف بصرية (FOH) ألياف، المتمركزة داخل التجويف إبرة ز 20، يستقبل الإرسال من صفائف الجانب. T/r: الإرسال/الاستقبال؛ الملازم: خط الزناد؛ قدم: الإطار المشغل؛ كمبيوتر: الكمبيوتر الشخصي؛ دق: بيانات حيازة بطاقة. ويرد هذا الرقم والتسمية التوضيحية بإذن من شيا، W. et al. 14- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: تخطيط عنصر محول الموجات فوق الصوتية المخصصة التصوير مسبار. مجموعة مركزي مع عناصر 128 وعدسة صوتية تمكننا من التصوير. صفائف الجانب، مع 32 من عناصر كل صف وعناصر 128 في المجموع، تمكين تتبع إبرة 3D. ويرد هذا الرقم والتسمية التوضيحية بإذن من شيا، W. et al. 14- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: إبرة الإدراج مع 3D تتبع في فيفو. مواقف نصيحة إبرة المتعقبة (A) (الدوائر: P1-P6) التي تم الحصول عليها أثناء إدراج في تجويف الرحم من الأغنام الحوامل. (ب) نسب إشارة إلى الضوضاء (سنرس) من إشارات التتبع (طائرة التصوير: X = 0). (ج) تراكب 3 من مواقف المتعقبة على صورة الولايات المتحدة ثنائية الأبعاد التي تم اقتناؤها مع الصفيف المركزية. طول نهاية إلى نهاية كل الصليب يناظر المسافة الخروج من الطائرة؛ تقابل اللون (أحمر/أصفر) إلى جانب الطائرة التصوير. يصور الملامح التشريحية الرئيسية مع الخطوط العريضة (يمين). S: الجلد؛ PF: الدهون عن طريق الجلد؛ UW: جدار الرحم؛ AF: السائل السلوى؛ UC: الحبل السري؛ اتحاد كرة القدم: البطن الجنين. ويرد هذا الرقم والتسمية التوضيحية بإذن من شيا، W. et al. 14- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

هنا توضح لنا كيف 3D تتبع الموجات فوق الصوتية يمكن أن يؤديها مع الموجات فوق الصوتية مخصصة التصوير المسبار وهيدروفونات الألياف الضوئية المتكاملة داخل إبرة. من ناحية سريرية ترجمة، جوانب عديدة من التحقيق المخصص المتقدمة في هذه الدراسة جذابة. حجم صغير مناسبة تماما للاستخدام في المساحات الصغيرة مثل الإبطين حيث المناورة الضخمة 3D التصوير المسابير يمثل تحديا. واحد الحد من تنفيذ تتبع الموجات فوق الصوتية 3D المقدمة هنا أنه يلزم للتناوب بين التصوير وتتبع أوضاع التبديل اليدوي. في المستقبل تطبيقات، هذا التحول يمكن أن يتم بصورة مباشرة نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية.

هيدروفونات الألياف البصرية مناسبة تماما لابره الموجات فوق الصوتية التي تتبع. تسمح درجة عالية من المرونة والتصغير لإدماجه في الأجهزة الطبية مع الأبعاد الجانبية الصغيرة. يسمح التردد الواسع النطاق الترددي16 للتوافق مع تحقيقات مختلفة بالموجات فوق الصوتية السريرية. بالإضافة إلى ذلك، يسمح أومنيديريكتيوناليتي16 لتعقب الإبر التي يتم إدراجها في مجموعة واسعة من الزوايا. أخيرا، بالحصانة للاضطرابات من حقول م والأجسام المعدنية يجعله إعدادات أكثر ملاءمة السريرية خلافا لتعقب م. لتحقيق قدر أكبر من الحساسية الكشف بالموجات فوق الصوتية، ويمكن استخدام تجويف مقعر بلانو فابري-Pérot في المستقبل17. وفي نهاية المطاف، تتبع بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يقترن بطرائق أخرى في ألياف الضوئية واحد، مثل الانعكاس الطيفي18،،من1920،،من2122، 23رامان الطيفي24،25،التصوير المقطعي التماسك الضوئية26والتنظير التصوير27،28،،من2930 , 31 , 32 , 33.

وقد تتبع الموجات فوق الصوتية القيود المشتركة مع التصوير بالموجات فوق الصوتية. أولاً، التغاير الأنسجة ستؤثر سلبا على تعقب الموجات فوق الصوتية؛ التغيرات المكانية في السرعة الصوت من الأنسجة ستنخفض دقة تتبع، كما يتبين من المحاكاة العددية في دراسة سابقة14. الهياكل التشريحية، والثانية عاكسة للموجات فوق الصوتية، مثل الهياكل العظمية أو تجاويف الجوية، ربما لا تتوافق مع تتبع الموجات فوق الصوتية. يمكن أن تستخدم في المستقبل الدراسات، موقف نصيحة الإبرة التي تم الحصول عليها بطرائق أخرى للتصوير مثل 3D التناوب ج-الذراع المقطعي بالأشعة السينية، تقييم مدى دقة تتبع 3D الموجات فوق الصوتية في الأنسجة غير متجانسة في فيفو.

على الرغم من أوجه التقدم الأخيرة في مجال التصوير بالموجات فوق الصوتية، تظل التتبع الدقيق والتلاعب بكفاءة الأجهزة الطبية تحت إشراف هذه الطريقة الصعبة، حتى بالنسبة للخبراء الممارسين. الاتصالات النشطة بين المجسات الخارجية بالموجات فوق الصوتية وأجهزة طبية، كما هو موضح هنا، يمكن تحسين السلامة الإجرائية والكفاءة. هذه التحسينات يمكن أن يسهل اعتماد التصوير بالموجات فوق الصوتية بدلاً من التنظير الأشعة السينية في عدة سياقات السريرية، مثل عمليات الإدراج العمود الفقري لإدارة الألم التداخلية. يتيح النظام المتقدمة في هذه الدراسة تتبع 3D بالموجات فوق الصوتية والتصوير بالموجات فوق الصوتية 2D مع مجس ضغط الموجات فوق الصوتية. فإنه يمكن تحسين إجراءات كسبها الموجهة بالموجات فوق الصوتية بتوفير تعريب دقيق من طرف الإبرة داخل سير العمل السريرية الحالية.

Disclosures

الكتاب يعلن أن هناك لا تضارب في المصالح.

Acknowledgments

وأيده هذا العمل "الهندسي المبتكر" لجائزة الصحة قبل ويلكوم ترست (رقم WT101957) والهندسة والعلوم الفيزيائية المجلس (EPSRC) (رقم البحثية NS/A000027/1)، جائزة [203145Z/16/Z و NS/A000050/1]، مركز ويلكوم/EPSRC "منحة ابتداء" في "مجلس البحوث الأوروبي" (رقم المنحة ERC-2012-StG، واقتراح 310970 موفيم)، وعن طريق منحة أول EPSRC (رقم EP/J010952/1). ويدعم "مركز البحوث الطبية الحيوية الشاملة بين" UCL/أوكله NIHR A.L.D.. الكتاب ممتنون لموظفي كلية الطب البيطري الملكية لمساعدتهم القيمة مع تجارب في فيفو .

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

الهندسة، 138 قضية، والتعقب والتصوير، والموجات فوق الصوتية بالموجات فوق الصوتية ترميز الإثارة، هيدروفونات الألياف البصرية، والجراحات، إعادة بناء الصورة
إبرة الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد نصيحة تتبع مع جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية الألياف البصرية
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