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Engineering

एक फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर के साथ तीन आयामी अल्ट्रासोनिक सुई टिप ट्रैकिंग

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

आक्रामक चिकित्सा उपकरणों के सटीक और कुशल दृश्य कई अल्ट्रासाउंड निर्देशित ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में अत्यंत महत्वपूर्ण है । यहां, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के सापेक्ष एक सुई टिप के स्थानिक स्थिति स्थानीयकरण के लिए एक विधि प्रस्तुत की है ।

Abstract

अल्ट्रासाउंड अक्सर ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं मार्गदर्शक के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन visualizing चिकित्सा उपकरणों अक्सर इस इमेजिंग रूपरेखा के साथ चुनौतीपूर्ण है । जब दृश्य खो जाता है, चिकित्सा उपकरण गंभीर ऊतक संरचनाओं को आघात पैदा कर सकता है । यहां, एक विधि अल्ट्रासाउंड छवि के दौरान सुई टिप ट्रैक करने के लिए निर्देशित प्रक्रियाओं प्रस्तुत किया है । इस विधि एक फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर है कि एक चिकित्सा सुई के प्रवेशनी के भीतर चिपका है अल्ट्रासोनिक के साथ बाहरी अल्ट्रासाउंड जांच के साथ संवाद का उपयोग शामिल है । इस कस्टम जांच एक केंद्रीय transducer तत्व सरणी और पक्ष तत्व arrays शामिल हैं । पारंपरिक दो आयामी (2d) बी मोड अल्ट्रासाउंड के अलावा केंद्रीय सरणी द्वारा प्रदान की इमेजिंग, तीन आयामी (3 डी) सुई टिप ट्रैकिंग साइड arrays द्वारा प्रदान की जाती है । B-मोड अल्ट्रासाउंड इमेजिंग, के लिए एक मानक संचारित-प्राप्त अनुक्रम इलेक्ट्रॉनिक beamforming के साथ किया जाता है । अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के लिए, 4 साइड सरणियों से Golay-कोडित अल्ट्रासाउंड प्रसारण hydrophone संवेदक द्वारा प्राप्त कर रहे हैं, और बाद में प्राप्त संकेतों अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के संबंध में सुई टिप के स्थानिक स्थान की पहचान करने के लिए डीकोड कर रहे हैं जांच. इस विधि के एक प्रारंभिक सत्यापन के रूप में, सुई/hydrophone जोड़ी के सम्मिलन नैदानिक यथार्थवादी संदर्भों में प्रदर्शन किया गया. इस उपंयास अल्ट्रासाउंड इमेजिंग/ट्रैकिंग विधि वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के साथ संगत है, और यह में विमान और बाहर की विमान सुई सम्मिलन के दौरान विश्वसनीय डिवाइस ट्रैकिंग प्रदान करता है ।

Introduction

आक्रामक चिकित्सा उपकरणों के सटीक और कुशल स्थानीयकरण अत्यधिक कई अल्ट्रासाउंड निर्देशित ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में वांछित है । इन प्रक्रियाओं ऐसे क्षेत्रीय संज्ञाहरण और हस्तक्षेप दर्द प्रबंधन के रूप में नैदानिक संदर्भों में सामना कर रहे हैं1, हस्तक्षेपात्मक ऑन्कोलॉजी2, और भ्रूण चिकित्सा3. चिकित्सा युक्ति टिप के दृश्य अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के साथ चुनौतीपूर्ण हो सकता है । में विमान निवेशन के दौरान, सुई अक्सर गरीब दृश्यता है जब प्रविष्टि कोण खड़ी कर रहे हैं । इसके अलावा, बाहर के विमान निवेशन के दौरान, सुई शाफ्ट सुई टिप के रूप में गलत व्याख्या की जा सकती है । सुई टिप अल्ट्रासोनिक दिखाई नहीं देता है, यह महत्वपूर्ण ऊतक संरचनाओं को नुकसान पहुँचाए द्वारा जटिलताओं का कारण बन सकता है ।

कई तरीकों अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के दौरान चिकित्सा उपकरणों स्थानीयकरण करने के लिए उपलब्ध हैं, लेकिन एक विश्वसनीय एक है कि वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के साथ संगत है अत्यधिक वांछित है । Echogenic सतहों में खड़ी कोण के दौरान दृश्यता में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है विमान निवेशन4। विद्युत चुम्बकीय ट्रैकिंग सिस्टम बाहर के विमान निवेशन के दौरान इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र गड़बड़ी गंभीर रूप से उनके सटीकता नीचा कर सकते हैं. 3 डी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग कुछ हृदय और भ्रूण प्रक्रियाओं में चिकित्सा उपकरणों की दृश्यता में सुधार कर सकते है जब वे5तरल पदार्थ से घिरे रहे हैं । हालांकि, 3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग व्यापक रूप से सुई मार्गदर्शन के लिए प्रयोग किया जाता है, छवि व्याख्या के साथ जुड़े जटिलताओं के कारण भाग में नहीं है ।

अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग चिकित्सा उपकरण दृश्यता में सुधार के लिए महान क्षमता दिखाया गया है कि एक विधि है6,7,8,9,10,11,12 ,13,14. अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के साथ, चिकित्सा उपकरण एक एंबेडेड अल्ट्रासाउंड संवेदक या ट्रांसमीटर है कि सक्रिय रूप से बाहरी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के साथ संचार किया है । चिकित्सा उपकरण की स्थिति से पहचाना जा सकता है मापा अल्ट्रासाउंड समय की उड़ानों के बीच एंबेडेड अल्ट्रासाउंड सेंसर/ट्रांसमीटर और जांच के विभिंन transducer तत्वों । तारीख करने के लिए, अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग में विमान ट्रैकिंग, जो बहुत अपने नैदानिक उपयोग प्रतिबंधित है करने के लिए सीमित किया गया है ।

यहां, एक प्रदर्शन कैसे 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के साथ प्रदर्शन किया जा सकता है और एक फाइबर ऑप्टिक एक सुई के प्रवेशनी के भीतर चिपका hydrophone (चित्रा 1) प्रदान की जाती है । इस कस्टम जांच, जो लेखकों द्वारा डिजाइन और बाह्य निर्मित किया गया था, transducer तत्वों और चार पक्ष arrays के एक केंद्रीय सरणी शामिल हैं । मध्य सरणी 2d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के लिए प्रयोग किया जाता है; साइड arrays, फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर के साथ संगीत कार्यक्रम में 3 डी सुई टिप ट्रैकिंग के लिए । यह दिखाया गया है कैसे फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर तैनात किया जा सकता है और सुई प्रवेशनी के भीतर चिपका, कैसे प्रणाली की ट्रैकिंग सटीकता benchtop पर मापा जा सकता है, और कैसे नैदानिक सत्यापन किया जा सकता है ।

Protocol

1. सिस्टम हार्डवेयर

  1. नैदानिक कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच
    1. कस्टम जांच है कि केंद्रीय और साइड arrays शामिल में transducer तत्वों के लेआउट के लिए एक मसौदा डिजाइन बनाएं । इस जांच के निर्माता के लिए डिजाइन प्रस्तुत करते हैं ।
    2. निर्माता से प्रतिक्रिया के साथ, कस्टम जांच कि transducer आवृत्ति विशेषताओं और geometries (चित्रा 2) को शोधन शामिल है के लिए एक विस्तृत डिजाइन बनाएं ।
      नोट: आम तौर पर, कस्टम जांच के निर्माता इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम, जांच आवास, और अल्ट्रासाउंड इमेजिंग प्रणाली के एक विशेष प्रकार के लिए अनुकूलता के लिए जांच संबंधक डिजाइन कर सकते हैं । निर्माता भी एक ऑपरेशन मोड स्विच (हार्डवेयर) जो १२८ तत्वों का सेट अल्ट्रासाउंड इमेजिंग सिस्टम द्वारा संबोधित किया गया था निर्धारित करने के लिए शामिल कर सकते हैं । इमेजिंग मोड में, केंद्रीय सरणी संबोधित किया है; ट्रैकिंग मोड में, साइड arrays संबोधित कर रहे हैं ।
  2. ट्रैकिंग सुई
    1. एक फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड hydrophone जो एक Fabry-Pérot गुहा के साथ बाहर के अंत (बाहरी व्यास (आयुध डिपो): १५० µm) में एक एकल मोड ऑप्टिकल फाइबर शामिल का चयन करें ।
      नोट: Hydrophones कि एक एकल-मोड ऑप्टिकल फाइबर Fabry-Pérot गुहा के साथ बाहर के छोर पर (आयुध डिपो: १५० µm) शामिल हैं, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं । बाहर अंत करने के लिए समीपस्थ, ऑप्टिकल फाइबर कि अक्सर दूरसंचार के लिए उपयोग किया जाता है एक cladding परत (आयुध डिपो: १२५ µm), एक बफर परत (आयुध डिपो: २५० µm), और एक जैकेट (आयुध डिपो: ९०० µm) है ।
    2. एक स्केलपेल का प्रयोग, आंशिक रूप से फाइबर ऑप्टिक hydrophone की लंबाई के साथ ९०० माइक्रोमीटर जैकेट हटा दें, अपने बाहर के अंत के पास, बफर परत बेनकाब जब तक hydrophone सुई प्रवेशनी भीतर फिट कर सकते हैं ।
      नोट: यांत्रिक मजबूती के लिए, यह फाइबर ऑप्टिक केबल कि Luer कनेक्टर के लिए समीपस्थ है की धारा पर सुरक्षा बफर परत/जैकेट को बनाए रखने के लिए उपयोगी है । फाइबर की नाजुक धारा से निपटने के बाद जैकेट हटा दिया जाता है के साथ ध्यान रखना, इससे पहले कि यह सुई प्रवेशनी द्वारा संरक्षित है ।
    3. एक मैनुअल क्षैतिज अनुवाद चरण के लिए क्षैतिज चिकित्सा सुई प्रत्यय, और एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप के साथ सुई टिप कल्पना, माइक्रोस्कोप के ऑप्टिकल अक्ष क्षैतिज और सीधा सुई के लिए गठबंधन के साथ. यदि आवश्यक हो, तो इसकी धुरी के बारे में सुई घुमाएं ताकि सुई की बेवल सतह माइक्रोस्कोप के साथ देखा जा सकता है ।
    4. माइक्रोस्कोप के दृश्य में सुई के बाहर का अंत के साथ, फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर एक Tuohy-Borst Sidearm एडाप्टर के प्रवेशनी के माध्यम से डालें और बाद में Luer के संवेदन क्षेत्र तक सुई के hydrophone कनेक्टर के माध्यम से बस सुई की बेवल सतह के लिए समीपस्थ. इस स्तर पर, Sidearm अनुकूलक सुई से कनेक्ट नहीं किया जाना चाहिए । अनुवाद चरण के लिए hydrophone प्रत्यय (polyimide टेप अच्छी तरह से काम करता है) सुई के भीतर अपने आंदोलन से बचने के लिए ।
    5. सुई के भीतर डिवाइस के आंदोलन से बचने के लिए polyimide टेप के साथ अनुवाद चरण के लिए hydrophone प्रत्यय ।
    6. अनुलंब एक 20-microliter पिपेट नीचे का सामना करना पड़ टिप के साथ ऊर्ध्वाधर अनुवाद चरण के लिए प्रत्यय और दोनों क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर अनुवाद चरणों का उपयोग करने के लिए micropipette टिप स्थिति जब तक यह फाइबर ऑप्टिक hydrophone और के बारे में ०.५ mm के निकट है बाहर के छोर पर संवेदन क्षेत्र के लिए समीपस्थ ।
    7. micropipette के समीपस्थ अंत में ऑप्टिकल चिपकने वाला की एक बूंद प्लेस और सुई समायोजित करने के लिए micropipette टिप से फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर के लिए एक सीधा रास्ता अनुमति देते हैं ।
    8. फिर एक 10 मिलीलीटर सिरिंज का उपयोग करने के लिए micropipette के समीपस्थ अंत में दबाव लागू करने के लिए धीरे से चिपकने वाला फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर में बाहर से वितरित करने के लिए, संवेदन क्षेत्र के लिए चिपकने लागू करने से बचने के लिए देखभाल या occluding प्रवेशनी, और ऑप्टिकल चिपकने ठीक हो जाता है जब तक पराबैंगनी प्रकाश के साथ सुई टिप रोशन ।

2. सिस्टम एकीकरण

  1. hydrophone को इसके ऑप्टिकल कंसोल से कनेक्ट करें ।
    नोट: ऑप्टिकल शांति है कि प्राप्त दबाव के लिए आनुपातिक एक एनालॉग वोल्टेज संकेत प्रदान व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं ।
  2. कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच को अल्ट्रासाउंड कंसोल से कनेक्ट करें ।
  3. 10,14ट्रैकिंग के लिए बी-मोड अल्ट्रासाउंड छवियों और कोडित अल्ट्रासाउंड दालों की एक साथ छोड़ी अधिग्रहण करते हैं । बी-मोड अल्ट्रासाउंड छवि अधिग्रहण के लिए, पल्स-प्रतिध्वनि संचारित-केंद्रीय सरणी तत्वों के साथ अनुक्रम प्राप्त करते हैं । यह नियंत्रित करने के लिए हार्डवेयर स्विच का उपयोग करें कि क्या पार्श्व सरणी तत्व या केंद्रीय सरणी तत्व पहुंच रहे हैं ।
  4. hydrophone संकेतों और समय के संकेतों को एक साथ एक डेटा अर्जन (DAQ) कार्ड के साथ अल्ट्रासाउंड संचरण के प्रारंभ के अनुसार डिजिटलीकरण.
  5. प्रक्रिया और प्रदर्शन नाड़ी से प्राप्त संकेतों-इको संचारित-प्राप्त अनुक्रम, बी मोड अल्ट्रासाउंड छवियों को प्राप्त करने के लिए. साथ ही, प्रक्रिया और फाइबर-ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर कस्टम जांच के लिए स्थानीयकरण करने के लिए hydrophone संकेतों को प्रदर्शित करें । बाद के कार्य के लिए, एल्गोरिदम ज़िया एट अलद्वारा वर्णित हैं । 12 , 14
  6. बी-मोड अल्ट्रासाउंड छवियों पर सुई टिप स्थानों ओवरले । एक 2d अल्ट्रासाउंड छवि प्रदर्शन पर 3 डी ट्रैकिंग जानकारी प्रदर्शित करने के लिए, सुई टिप की स्थिति (पार्श्व और गहराई निर्देशांक) एक क्रॉस के साथ संकेत दिया जा सकता है; बाहर के विमान दूरी और इमेजिंग विमान की ओर, आकार और इस पार के रंग के साथ, क्रमशः ।

3. पूर्व नैदानिक मांयता

  1. अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच पर स्विच का उपयोग कर कार्रवाई मोड का चयन करें ।
  2. कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच करने के लिए अल्ट्रासाउंड जेल जोड़ें ।
  3. एमनियोटिक द्रव की नकल करने के लिए पानी जोड़कर एक भ्रूण अल्ट्रासाउंड प्रेत तैयार करते हैं ।
  4. बी-मोड अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करना, प्रेत में एमनियोटिक द्रव प्रविष्टि लक्ष्य के रूप में पहचान ।
    नोट: सम्मिलन लक्ष्य प्रसंग पर निर्भर करेगा; यह एक नैदानिक प्रक्रिया के दौरान निदान या चिकित्सा के लिए ऊतक के एक विशेष क्षेत्र, या एक इमेजिंग प्रेत में एक निर्दिष्ट स्थान के लिए एक ऊतक क्षेत्र की नकल शामिल हो सकता है ।
  5. सम्मिलन लक्ष्य की ओर सुई सम्मिलित करें. प्रविष्टि के दौरान, ऑपरेशन मोड (इमेजिंग और ट्रैकिंग) के बीच वैकल्पिक लगातार कस्टम जांच पर स्विच का उपयोग कर ।

Representative Results

पशु प्रयोग ब्रिटेन के गृह कार्यालय विनियमों के अनुसार आयोजित किया गया था और जानवरों (वैज्ञानिक प्रक्रियाओं) अधिनियम (१९८६) के संचालन के लिए मार्गदर्शन । भेड़ ब्रिटेन गृह कार्यालय पशु कल्याण से संबंधित दिशा निर्देशों के अनुसार स्थित था; प्रयोग गृह कार्यालय परियोजना लाइसेंस 70/7408 हकदार "स्टेम सेल और जीन हस्तांतरण के साथ जंम के पूर्व चिकित्सा" के तहत आयोजित किया गया । भेड़ प्रयोगों के लिए नैतिकता अनुमोदन विश्वविद्यालय कॉलेज लंदन, यूनाइटेड किंगडम और रॉयल पशु चिकित्सा कॉलेज के पशु कल्याण नैतिकता समीक्षा बोर्डों द्वारा प्रदान की गई थी ।

जगह में नैतिकता अनुमोदन के साथ, vivo मांयता में एक नैदानिक के लिए गर्भवती भेड़ का इस्तेमाल किया गया था । 2 सप्ताह के लिए intravaginal प्रोजेस्टेरोन सपोजिटरी प्राप्त करने के बाद, चलने फिरने थे समय-ovulation प्रेरित करने के लिए साथी, के रूप में डेविड एट अलद्वारा वर्णित । ३४ पर १३० हमल के दिन, एक गर्भवती चमक बिखेरते एक गर्भवती साथी के साथ रात भर भूखे थे । फिर बिखेरते हुए सामान्य संज्ञाहरण thiopental सोडियम के साथ प्रेरित 20 मिलीग्राम किलो-1 नसों और 2-2.5% isoflurane ऑक्सीजन में इंटुबैषेण के बाद एक वेंटीलेटर के माध्यम से बनाए रखा गया था । सही इंटुबैषेण फेफड़ों को सुनने के द्वारा द्विपक्षीय पुष्टि की गई थी । संज्ञाहरण corneal पलटा के आकलन द्वारा पुष्टि की गई थी । ऑक्सीजन संतृप्ति लगातार जीभ या कान पर एक संतृप्ति की निगरानी का उपयोग कर मापा गया था । बिखेरते हुए उसे वापस अर्द्ध-recundancy में रखा गया था और एक nasogastric ट्यूब पेट की सामग्री के आसानी से पारित होने के लिए पारित किया गया था । एक नेत्र स्नेही आंखों के लिए लागू किया गया था उंहें नम रखने के लिए । ऊन की कतरन के बाद, के पेट को बिखेरते हुए एक त्वचा विसंक्रमित के साथ डबल झाड़ी था । बाँझ युग्मन जेल पेट के लिए लागू किया गया था और अल्ट्रासाउंड परीक्षा बिखेरते३४ की गर्भावधि उम्र की पुष्टि करने के लिए और भ्रूण झूठ का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । शल्य चिकित्सा के अंत में पशु thiopental सोडियम (४० मिलीग्राम kg-1 नसों) की अधिक मात्रा का उपयोग कर मारे गए humanely था ।

व्यवसायी (A.L.D.) ने नाल की नाल को लक्ष्य के रूप में पहचाना. एक सुई गर्भाशय गुहा में डाला गया था, और टिप एक पथ है कि 15 मिमी की एक बाहर विमान दूरी और ३८ मिमी (चित्रा 3) की एक गहराई प्राप्त के साथ ट्रैक किया गया था. Golay कोडिंग SNR सुधार, एक ७.५-पारंपरिक द्विध्रुवी उत्तेजना (चित्र बी) के सापेक्ष वृद्धि गुना के साथ । 3 डी ट्रैक सुई टिप पदों के बाहर के विमान दूरी और इमेजिंग का संकेत रंग (चरण २.६) (चित्रा 3सी) का संकेत चौड़ाई के साथ पार का उपयोग कर 2d अल्ट्रासाउंड छवि पर मढ़ा गया ।

Figure 1
चित्रा 1: प्रणाली सिंहावलोकन । एक अल्ट्रासाउंड (यूएस) इमेजिंग/ट्रैकिंग जांच दोनों 2d अमेरिका इमेजिंग और 3 डी सुई ट्रैकिंग के लिए अनुमति देता है । यह एक अमेरिकी स्कैनर है कि ट्रैकिंग तत्व प्रसारण पर नियंत्रण प्रदान करता है द्वारा संचालित है । एक स्विच दो ऑपरेशन मोड के बीच वैकल्पिक करने के लिए transducer तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक चयन के लिए अनुमति देता है: केंद्रीय सरणी के साथ इमेजिंग और साइड सरणियों के साथ ट्रैकिंग । एक फाइबर ऑप्टिक hydrophone (FOH) अल्ट्रासाउंड रिसीवर, एक 20G सुई के लुमेन के भीतर तैनात, साइड arrays से संचरण प्राप्त करता है । T/R: संचारित/ LT: रेखा ट्रिगर; FT: फ़्रेम ट्रिगर; पीसी: पर्सनल कंप्यूटर; DAQ: डेटा प्राप्ति कार्ड । यह आंकड़ा और कैप्शन ज़िया, डब्ल्यू एट अल से अनुमति के साथ reproduced हैं । 14. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के Transducer तत्व लेआउट । १२८ तत्वों और एक ध्वनिक लेंस के साथ एक केंद्रीय सरणी हमें इमेजिंग सक्षम बनाता है । पक्ष arrays, प्रति पंक्ति ३२ तत्वों और कुल में १२८ तत्वों के साथ, 3 डी सुई ट्रैकिंग सक्षम करें । यह आंकड़ा और कैप्शन ज़िया, डब्ल्यू एट अल से अनुमति के साथ reproduced हैं । 14. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: vivo में3d ट्रैकिंग के साथ सुई सम्मिलन । (क) एक गर्भवती भेड़ की गर्भाशय गुहा में एक प्रविष्टि के दौरान प्राप्त सुई टिप पदों (हलकों: P1-P6) पर नज़र रखी । (ख) सिग्नल से शोर अनुपात (SNRs) ट्रैकिंग संकेतों (इमेजिंग विमान: X = 0) । (ग) एक 2d अमेरिकी छवि है कि केंद्रीय सरणी के साथ अधिग्रहण किया गया था पर नज़र रखी स्थिति के 3 के ओवरले । प्रत्येक पार के अंत करने के लिए अंत लंबाई बाहर के विमान दूरी से संबंधित; रंग (लाल पीली) इमेजिंग विमान की ओर से मेल खाती है । मुख्य संरचनात्मक सुविधाओं रूपरेखा (सही) के साथ चित्रित कर रहे हैं । एस: त्वचा; कत: percutaneous वसा; UW: गर्भाशय की दीवार; वायुसेना: एमनियोटिक द्रव; UC: गर्भनाल; एफए: भ्रूण पेट । यह आंकड़ा और कैप्शन ज़िया, डब्ल्यू एट अल से अनुमति के साथ reproduced हैं । 14. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

यहां हम प्रदर्शन कैसे 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच और एक फाइबर ऑप्टिक एक सुई के भीतर एकीकृत hydrophone के साथ प्रदर्शन किया जा सकता है । एक नैदानिक अनुवाद दृष्टिकोण से, इस अध्ययन में विकसित कस्टम जांच के कई पहलुओं आकर्षक हैं । इसकी कॉम्पैक्ट आकार axilla जहां भारी 3 डी इमेजिंग जांच चुनौतीपूर्ण है के रूप में छोटे रिक्त स्थान में उपयोग के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है । यहां प्रस्तुत 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के कार्यांवयन की एक सीमा है कि मैनुअल स्विचन इमेजिंग और ट्रैकिंग मोड के बीच वैकल्पिक करने के लिए आवश्यक था । भविष्य implementations में, यह स्विचन सीधे अल्ट्रासाउंड इमेजिंग प्रणाली द्वारा किया जा सकता है ।

फाइबर ऑप्टिक hydrophone अच्छी तरह से अल्ट्रासोनिक सुई ट्रैकिंग के लिए अनुकूल है । miniaturization और लचीलेपन के अपने उच्च डिग्री छोटे पार्श्व आयामों के साथ चिकित्सा उपकरणों में अपने एकीकरण के लिए अनुमति देते हैं । इसकी व्यापक आवृत्ति बैंडविड्थ16 अलग नैदानिक अल्ट्रासाउंड जांच के साथ संगतता के लिए अनुमति देता है । इसके अतिरिक्त, इसकी omnidirectionality16 कोण की एक विस्तृत श्रृंखला में डाला जाता है कि सुइयों पर नज़र रखने के लिए अनुमति देता है. अंत में, em क्षेत्रों और धातु वस्तुओं से गड़बड़ी के लिए अपनी प्रतिरक्षा इसे और अधिक नैदानिक सेटिंग्स के लिए उपयुक्त करने के लिए उंहें ट्रैकिंग के विपरीत बनाता है । अधिक से अधिक अल्ट्रासाउंड का पता लगाने संवेदनशीलता को प्राप्त करने के लिए, एक plano-गुफा Fabry-Pérot गुहा भविष्य17में इस्तेमाल किया जा सकता है । अंत में, अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक एकल ऑप्टिकल फाइबर में अन्य विधियों के साथ जोड़ा जा सकता है, इस तरह के रूप में रिफ्लेक्टर स्पेक्ट्रोस्कोपी18,19,20,21,22, 23, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी24, ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी25,26, और photoacoustic इमेजिंग27,28,29,30 , 31 , ३२ , ३३.

अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग सीमाओं अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के साथ साझा किया जाता है । सबसे पहले, ऊतक heterogeneities नकारात्मक अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग प्रभाव होगा; ऊतक की ध्वनि की गति में स्थानिक विविधताओं ट्रैकिंग सटीकता में कमी होगी, के रूप में एक पिछले अध्ययन में संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा प्रदर्शन14. बोनी संरचनाओं या हवा गुहा के रूप में अल्ट्रासाउंड तरंगों के लिए अत्यधिक चिंतनशील हैं कि दूसरा, संरचनात्मक संरचनाओं, शायद अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के साथ संगत नहीं हैं । भविष्य के अध्ययनों में, सुई टिप स्थिति अन्य इमेजिंग रूपरेखा के साथ प्राप्त की, इस तरह के रूप में 3 डी रोटेशन सी हाथ की गणना एक्स-रे टोमोग्राफी, vivo मेंविषम ऊतकों में 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग की सटीकता का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में हाल ही में प्रगति के बावजूद, सटीक ट्रैकिंग और इस साधन के मार्गदर्शन के तहत चिकित्सा उपकरणों के कुशल हेरफेर, विशेषज्ञ चिकित्सकों के लिए भी चुनौतीपूर्ण रहते हैं । बाहरी अल्ट्रासाउंड जांच और चिकित्सा उपकरणों के बीच सक्रिय संचार, के रूप में यहां दिखाया गया है, प्रक्रियात्मक सुरक्षा और कार्यकुशलता में सुधार सकता है । इन सुधारों के कई नैदानिक संदर्भों में एक्स-रे प्रतिदीप्तिदर्शन के स्थान पर अल्ट्रासाउंड इमेजिंग की गोद लेने की सुविधा सकता है, इस तरह के हस्तक्षेप दर्द प्रबंधन के लिए रीढ़ की हड्डी में निवेशन के रूप में । इस अध्ययन में विकसित प्रणाली 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग और एक कॉंपैक्ट अल्ट्रासाउंड जांच के साथ 2d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग सक्षम बनाता है । यह वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के भीतर सुई टिप के सटीक स्थानीयकरण प्रदान करके अल्ट्रासाउंड निर्देशित न्यूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में सुधार हो सकता है ।

Disclosures

लेखक घोषणा करते हैं कि हितों का कोई टकराव नहीं हैं.

Acknowledgments

इस काम को वेलकम ट्रस्ट द्वारा हेल्थ अवार्ड के लिए एक इनोवेटिव इंजीनियरिंग द्वारा सपोर्ट किया गया (No. WT101957) और अभियांत्रिकी एवं भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद् (EPSRC) (सं. NS/A000027/1), द्वारा एक वेलकम/EPSRC केंद्र पुरस्कार [203145Z/16/Z और NS/A000050/1], यूरोपीय अनुसंधान परिषद से एक प्रारंभिक अनुदान द्वारा (अनुदान सं. ईआरसी-२०१२-StG, प्रस्ताव ३१०९७० MOPHIM), और एक EPSRC पहले अनुदान (सं. EP/J010952/1) । A.L.D. UCL/UCLH NIHR व्यापक बायोमेडिकल रिसर्च सेंटर द्वारा समर्थित है । लेखकों vivo प्रयोगों में के साथ अपने बहुमूल्य सहायता के लिए रॉयल पशु चिकित्सा कॉलेज के कर्मचारियों के लिए आभारी हैं ।

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%

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References

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एक फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर के साथ तीन आयामी अल्ट्रासोनिक सुई टिप ट्रैकिंग
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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).

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