Waiting
Login processing...

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

Engineering

Üç boyutlu ultrasonik iğne ucu ile bir Fiber optik ultrason alıcı izleme

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

Doğru ve etkili görselleştirme invaziv tıbbi cihazların ultrason destekli birçok minimal invaziv yordamlarda da son derece önemlidir. Burada, bir iğne ucu ultrason görüntüleme sonda göre kayma konumunu yerelleştirme için bir yöntem sunulur.

Abstract

Ultrason sık yol gösterici minimal invazif işlemler için kullanılır, ancak tıbbi cihazlar görselleştirme kez bu görüntüleme yöntemi ile meydan okuyor. Görselleştirme kaybolursa, tıbbi cihaz kritik doku yapıları travmaya neden olabilir. Burada, iğne ucu ultrason görüntü güdümlü işlemler sırasında izlemek için bir yöntem sunulur. Bu yöntem içinde yapılması dış ultrason sonda ile iletişim kurmak için tıbbi bir iğne kanül yapıştırılmış bir fiber optik ultrason alıcı kullanımını gerektirir. Bu özel soruşturma merkezi dönüştürücü elemanlı bir dizi ve yan öğe diziler oluşmaktadır. Merkez İstasyon tarafından sağlanan geleneksel iki boyutlu (2D) B-mod ultrason görüntüleme ek olarak, üç boyutlu (3D) iğne ucu izleme yan dizileri tarafından sağlanır. B-mod ultrason görüntüleme için bir standart transmit-receive sıra elektronik demetleme ile gerçekleştirilir. Ultrasonik takibi için 4 yan diziler iletimlerinden deniyordun kodlu ultrason hidrofon algılayıcı tarafından alınır ve daha sonra alınan sinyaller ultrason görüntüleme ile ilgili olarak iğne uç uzamsal konum belirlemek için kodu çözülmüş sonda. Ön doğrulama Bu yöntemin klinik olarak gerçekçi bağlamlarda iğne/hidrofon çiftinin eklemeler yapıldı. Görüntüleme/Yöntem izlemeyi bu roman ultrason geçerli klinik iş akışı ile uyumlu ve güvenilir cihaz izleme-uçak ve uçak iğne ekleme sırasında sağlar.

Introduction

Doğru ve etkili yerelleştirme invaziv tıbbi cihazların son derece birçok ultrason destekli minimal invaziv yordamlarda isteniyorsa. Bu yordamları bölgesel anestezi ve Girişimsel ağrı yönetimi1, girişimsel Onkoloji2ve fetal tıp3gibi klinik bağlamlarda karşılaşılmaktadır. Tıbbi cihaz ipucu görselleştirme ultrason görüntüleme ile zor olabilir. Ekleme açıları dik olduğunda sırasında uçak-eklemeler, iğneler genellikle kötü görüş var. Ayrıca, sırasında uçak eklemeler, iğne mili iğne ucu algılanacak. İğne ucu ultrasonik görünür olmadığında, kritik doku yapıları zarar tarafından komplikasyonlara neden olabilir.

Pek çok yöntem ultrason görüntüleme sırasında tıbbi cihazlar yerelleştirmek kullanılabilir, ancak geçerli klinik akışıyla uyumlu bir güvenilir bir son derece arzu edilir. Echogenic yüzeyler dik açı uçak-eklemeler4sırasında görünürlüğünü artırmak için kullanılabilir. Elektromanyetik izleme sistemleri uçak eklemeler sırasında kullanılabilir ancak elektromanyetik alan bozuklukları ciddi doğruluklarını düşürebilir. Sıvı5tarafından çevrili olan 3D ultrason görüntüleme görünürlük bazı kalp ve fetal prosedürleri tıbbi cihazların artırabilirsiniz. Ancak, 3D ultrason görüntüleme yaygın olarak iğne rehberlik için kısmen görüntü yorumu ile ilişkili karmaşıklığı nedeniyle kullanılır.

Ultrasonik izleme tıbbi cihaz görünürlüğü6,7,8,9,10,11,12 geliştirmek için büyük bir potansiyel göstermiştir bir yöntemdir ,13,14. Ultrasonik izleme ile tıbbi cihaz bir katıştırılmış ultrason sensörü veya aktif dış ultrason sonda Imaging ile iletişim kurmak için kullandığı verici vardır. Tıbbi cihaz pozisyon ölçülmüş ultrason saat-in-uçuşlar gömülü ultrason sensör/verici ve sonda farklı dönüştürücü unsurları arasında üzerinden tespit edilebilir. Bugüne kadar ultrasonik izleme büyük ölçüde klinik kullanımı sınırlı sahip uçak-izleme için sınırlı olmuştur.

Burada, nasıl 3D ultrasonik takip bir gösteri özel bir ultrason sonda Imaging ile gerçekleştirilebilir ve iğne kanül içinde yapıştırılmış bir fiber optik Hidrofon (Şekil 1) sağlanır. Olan yazarlar tarafından tasarlanmış ve harici olarak üretilen, bu özel sonda dönüştürücü öğeleri merkezi bir dizi ve dört yan diziler oluşmaktadır. Merkez dizi 2D ultrason görüntüleme için kullanılır; yan diziler 3D için fiber optik ultrason alıcısıyla konserde izleme ucu iğne. Nasıl fiber optik ultrason alıcının yerleştirilmiş olabilir ve içinde iğne kanül yapıştırılmış gösterilir, nasıl sistem izleme doğruluğu benchtop üzerinde ölçülen ve ne kadar klinik olabilir doğrulama yapılabilir.

Protocol

1. sistem donanım

  1. Klinik özel ultrason sonda görüntüleme
    1. Dönüştürücü öğelerin yerleşimini için bir taslak tasarım merkezi ve yan dizileri içeren özel soruşturma oluşturun. Bu sonda üreticisi için tasarım gönderin.
    2. Üretici geribildirim ile dönüştürücü frekans özellikleri ve geometriler (Şekil 2) için ayrıntılandırmaları içerir özel soruşturma için bir uygulama projesi oluşturun.
      Not: Genellikle, elektronik sistemler, sonda konut ve belgili tanımlık sonda bağlamak için uyumluluk ultrason görüntüleme sistemi belirli bir türü için özel sonda üreticisine tasarlayabilirsiniz. Üretici de 128 öğeleri grubunu görüntüleme sistemi ultrason tarafından ele alındı belirlemek için bir işlem modu anahtarı (donanım) içerir. Görüntüleme modunda merkezi dizi yöneliktir; izleme modunda yan diziler ele alınmaktadır.
  2. İzleme iğne
    1. Bir tek modlu fiber optik ile distal uçta Fabry-Pérot boşluğu oluşur bir fiber optik ultrason hidrofon seçin (dış çap (OD): 150 µm).
      Not: bir tek modlu fiber optik ile distal uçta Fabry-Pérot boşluğu oluşturan Hidrofon (OD: 150 µm), ticari olarak kullanılabilir. Distal sonuna proksimal, telekomünikasyon için sık kullanılan optik elyaf kaplama katman var (OD: 125 µm), bir arabellek katman (OD: 250 µm) ve bir ceket (OD: 900 µm).
    2. Bir neşter kullanarak, kısmen hidrofon içinde iğne kanül sığabilecek kadar arabellek katman ortaya çıkarmak için onun distal uç yakın fiber optik hidrofon uzunluğu boyunca 900 mikrometre ceket kaldırın.
      Not: mekanik sağlamlık için koruyucu tampon tabaka/ceket radarı konektöre proksimal fiber optik kablo bölümünde bulunan korumak yararlı olur. İğne kanül tarafından korumadan önce ceket kaldırıldıktan sonra fiber kırılgan Bölüm işleme ile ilgilen.
    3. Bir el ile yatay çeviri aşamasına yatay olarak tıbbi iğne yapıştırmayın ve stereo mikroskopla, optik eksen yatay hizalanmış ve iğneyi dik mikroskop ile iğne ucu görselleştirin. Gerekirse, iğneyi konik yüzey mikroskopla görülebilir iğneyi kendi ekseni hakkında döndürür.
    4. Kadar hidrofon algılama bölgesi sadece distal sonuna iğne içinde görüş-in mikroskop ile fiber optik ultrason alıcı tanses Borst Sidearm bağdaştırıcısının kanül aracılığıyla ve daha sonra iğne radarı bağlayıcıyla yerleştirin İğneyi konik yüzeyine proksimal. Bu aşamada Sidearm bağdaştırıcısı için iğne bağlı. İğne içinde hareketini önlemek için çeviri sahneye (polimid teyp iyi çalışıyor) hidrofon yapıştırmayın.
    5. Cihaz içindeki iğne hareketi önlemek için polimid bant ile çeviri aşamasına hidrofon yapıştırmayın.
    6. Dikey olarak 20-microliter dikey çeviri sahne alanı'na ucunu aşağı doğru bakacak şekilde pipet ve her iki yatay ve dikey Çeviri aşamaları micropipette konumlandırmak için kullanın ucu ipucu kadar bitişik fiber optik hidrofon ve yaklaşık 0,5 mm proksimal distal uçta algılama bölgesine.
    7. Optik yapışkan bir damla micropipette proksimal sonuna yerleştirin ve fiber optik ultrason alıcı için doğrudan bir yol micropipette ucundan izin vermek için iğne ayarlayın.
    8. Sonra yavaş yavaş bölge algılama veya kanül occluding Yapışkan uygulama önlemek için dikkat çekici fiber optik ultrason Receiver'e yapıştırıcı distal üzerinden dağıtmak için micropipette, proksimal sonundaki basınç uygulamak için bir 10 mL şırınga kullanın ve Optik yapıştırıcı tedavi kadar iğne ucu ultraviyole ışık ile aydınlatmak.

2. sistem entegrasyonu

  1. Hidrofon optik, Konsola bağlan.
    Not: bir analog voltaj sinyal alınan basınç orantılı sağlamak optik konsolları ticari olarak kullanılabilir.
  2. Özel ultrason sonda ultrason konsol için Imaging bağlayın.
  3. B-mod ultrason ve kodlanmış ultrason bakliyat araya eklenmiş satın almalar10,14izlemek için gerçekleştirin. B-mod ultrason resim alma için nabız-yankı gerçekleştirmek aktar-al orta dizi öğelerini sıralarıyla. Yan dizi öğelerini veya orta dizi öğelerinin erişilebilir olup olmadığını denetlemek için donanım anahtarı kullanın.
  4. Hidrofon sinyalleri ve zamanlama sinyallerinin ultrason yayınlar başlar göre aynı anda bir veri alma (DAQ) kartı ile dijital ortama.
  5. Süreci ve darbe-yankı sinyalleri alınan görüntü iletme-dizileri B-mod ultrason görüntüleri elde etmek için alma. Ayrıca, işlemek ve fiber optik ultrason alıcı özel soruşturma göre yerelleştirmek için hidrofon sinyalleri görüntülemek. İkinci görev için algoritmalar Xia ve arktarafından açıklanmıştır. 12 , 14
  6. B-mod ultrason görüntüleri üzerine iğne uç konumları yerleşimi. İzleme bilgilerini 2D ultrason görüntüsü üzerine 3D görüntülemek için iğne ucu (lateral ve derinlik koordinatları) konumunu bir haç ile belirtilebilir; Uçak mesafe ve yan görüntüleme, boyutunu ve rengini Bu haç ile sırasıyla uçak.

3. önceden klinik doğrulama

  1. Ultrason görüntüleme sonda anahtarını kullanarak işlem modunu seçin.
  2. Ultrason jeli özel ultrason görüntüleme sonda ekleyin.
  3. Bir cenin ultrason hayalet amniyotik sıvı taklit etmek için su ekleyerek hazırlayın.
  4. B-mod ultrason görüntüleme, amniyon sıvısı içinde hayalet ekleme hedefi olarak tanımlayın.
    Not: Ekleme hedef içeriğine bağlıdır; Bu klinik bir yordam veya bir doku bölge taklit etmek için görüntüleme bir hayalet içinde belirli bir yere sırasında doku tanı veya tedavi için belirli bir bölgeye dahil olabilir.
  5. İğne ekleme hedef doğru yerleştirin. Ekleme sırasında (görüntüleme ve izleme) işlem modları arasında geçiş anahtarı üzerinde özel sonda kullanarak sürekli.

Representative Results

Hayvan deney İngiltere'de Home Office yönetmelik ve hayvanlar işlemi (bilimsel yordamlar) Yasası (1986) için sağlanan bilgilerde açıklanan uygun olarak yapılmıştır. Koyun için hayvan refah ile ilgili İngiltere'de Home Office yönergeleri uyarınca yer; deneyler altında ev ofis proje lisans 70 / "Kök hücre ve gen transferi ile Doğum öncesi terapi" başlıklı 7408 yapılmıştır. Etik onay koyun deneyler için University College London, Büyük Britanya ve hayvan refahı etik İnceleme kurulları Royal veteriner College tarafından sağlandı.

Yerde etik onayı ile hamile koyun preklinik vivo içinde doğrulama için kullanıldı. 2 hafta boyunca intravaginal progesteron fitil aldıktan sonra koyunların David ve arktarafından açıklandığı zaman şeklindeki yumurtlama, ikna etmek için. 34 , 130 gün gebelik, bir hamile ewe gecede hamile arkadaşı ewe ile aç. Ewe sonra intravenöz tiyopental sodyum 20 mg kg-1 ile indüklenen genel anestezi uygulandı ve 2-%2,5 isoflurane oksijen ile entübasyon solunum yoluyla sonra devam edildi. Doğru entübasyon için akciğerler bilateral dinleyerek doğrulandı. Anestezi Korneal refleks değerlendirme tarafından doğrulandı. Oksijen doygunluk doygunluk monitör dil veya kulak kullanarak sürekli ölçülmüştür. Nazogastrik tüp mide içeriği geçişini kolaylaştırmak için kabul edildi ve ewe yarı-recundancy onu tekrar üzerine yerleştirildi. Oküler bir yağ onları nemli tutmak için gözler için uygulandı. Polar kırpma sonra ewe karın çift kişilik bir cilt dezenfektan ile temizlendi. Steril kaplin jel karında uygulandı ve ultrasonografi ewe34 Gebelik yaşı onaylamak ve fetal yalan değerlendirmek için kullanıldı. Ameliyat sonunda hayvan insanca tiyopental sodyum aşırı dozda kullanarak öldürüldü (40 mg kg-1 intravenöz).

Uygulayıcı (A.L.D.) göbek kordonu hedef olarak tespit edilmiştir. Bir iğne rahim boşluğuna eklenen ve ucu bir uçak mesafe 15 mm ve 38 mm (Şekil 3) derinliği elde bir yörünge takip edildi. SNR, geleneksel iki kutuplu uyarma (Şekil 3B) göre 7.5-fold bir artış ile geliştirilmiş kodlama deniyordun. 3D izlenen iğne ucu pozisyonlar haçlar genişlikleri ile uçak mesafe ve renk görüntüleme (adım 2.6) göstergesi (Şekil 3 c) gösterge kullanarak 2D ultrason resmin üzerine bindirilmiş.

Figure 1
Şekil 1: sistemine genel bakış. Görüntüleme/sonda izlemeyi ultrason (bizi) 2D ABD görüntüleme ve 3D iğne izleme olanağı sağlar. İzleme kontrolünü sağlar bir ABD tarayıcı tarafından tahrik edilmektedir öğe yayınlar. Elektronik seçim dönüştürücü öğeleri için iki çalışma modları arasında geçiş için bir geçiş sağlar: Orta dizi ile görüntüleme ve yan dizilerle izleme. 20 G iğne, lümen içinde konumlandırılmış bir fiber optik Hidrofon (FOH) ultrason alıcı yayınlar yan diziler alır. T/R: iletme/alma; LT: satır tetikleyici; FT: çerçeve tetikleyici; PC: kişisel bilgisayar; DAQ: veri alma kartı. Bu şekli ve resim yazısını ve ark. W. Xia, izniyle çoğaltılamaz 14. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: dönüştürücü öğesi özel ultrason sonda Imaging yerleşimini. 128 öğeleri ve akustik bir lens merkezi bir dizi bize görüntüleme sağlar. Satır başına 32 öğeleri ve 128 Toplam, yan dizilerle 3D iğne izlemeyi etkinleştirin. Bu şekli ve resim yazısını ve ark. W. Xia, izniyle çoğaltılamaz 14. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: ekleme ile 3D vivo içindeizleme iğne. (A)zincirli iğne ucu pozisyonlar (daireler: P1-P6) hamile koyun uterin kavite içine bir ekleme sırasında elde edilen. (B) izleme sinyallerin sinyal-gürültü oranı (SNRs) (görüntüleme uçak: X = 0). (C) kaplaması ile merkezi dizi satın alınmıştır 2D bir ABD resim üzerine izlenen pozisyonların 3. Her çapraz uçtan uca uzunluğu uçak Uzaklik denk; renk (kırmızı/sarı) görüntüleme uçak tarafına denk. Temel anatomik özellikleri anahatları (sağda) ile tasvir edilir. S: cilt; PF: perkütan yağ; UW: rahim duvarı; AF: amniyon sıvısı; UC: göbek kordonu; FA: fetal karın. Bu şekli ve resim yazısını ve ark. W. Xia, izniyle çoğaltılamaz 14. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

Burada biz göstermek nasıl 3D ultrasonik izleme özel bir ultrason sonda Imaging ile gerçekleştirilen ve fiber optik hidrofon entegre bir iğne içinde. Bir klinik çeviri açısından bu çalışmada geliştirilen özel soruşturma çeşitli yönleri caziptir. Kompakt boyutları küçük alanlarda hantal 3D probları Imaging manevra zorlu nerede koltuk altı gibi kullanmak için çok uygundur. Burada sunulan 3D ultrasonik takip uygulanması bir sınırlama el ile geçiş görüntüleme ve izleme modları arasında geçiş için gerekli olmasıdır. Gelecekte uygulamaları, bu geçiş doğrudan görüntüleme sistemi ultrason tarafından yapılabilir.

Fiber optik hidrofon izleme ultrasonik iğne için uygundur. Minyatür ve esnekliği yüksek lisans izin için onun entegrasyon küçük yanal boyutları ile tıbbi cihazların içine. Onun geniş frekans bant genişliği16 farklı klinik Ultrason probları ile uyumluluk sağlar. Ayrıca, onun omnidirectionality16 açıların geniş bir aralığa eklenen iğneler izlemek için sağlar. Son olarak, onun bağışıklık bozuklukları EM alanları ve metal nesneler bu EM izleme aksine daha klinik için uygun ayarları yapar. Büyük ultrason algılama hassasiyet elde etmek için bir plano içbükey Fabry-Pérot çürük gelecek17' kullanılabilir. Sonuçta, ultrasonik izleme bir tek fiber optik, yansıma spektroskopisi18,19,20,21,22, gibi diğer yöntemleri ile birlikte 23, Raman spektroskopisi24, optik koherens tomografi25,26ve27,28,29,30 görüntüleme photoacoustic , 31 , 32 , 33.

Ultrasonik izleme ultrason görüntüleme ile paylaşılan sınırlamaları vardır. İlk olarak, doku heterogeneities ultrasonik izleme olumsuz etkisi olacaktır; kayma varyasyonları ses doku içinde belgili tanımlık hız, bir önceki çalışmada14sayısal simülasyonlar tarafından gösterildiği gibi izleme doğruluğu azalır. Ultrason dalgaları, kemikli yapıları gibi yüksek oranda yansıtıcı veya boşluklar, hava ikinci, anatomik yapılar muhtemelen ultrasonik izleme ile uyumlu değildir. Gelecekte çalışmaları, 3D dönme C-kol x-ışını tomografi, bilgisayarlı gibi diğer görüntüleme yöntemleri ile elde edilen iğne ucu pozisyon türdeş olmayan doku vivo içinde3D ultrasonik takip doğruluğunu değerlendirmek için kullanılabilir.

Ultrason görüntüleme son gelişmeler rağmen hassas izleme ve bu modalite gözetiminde tıbbi cihazların verimli manipülasyon, zor bile uzman uygulayıcılar için kalır. Dış Ultrason probları ve tıbbi cihazlar arasında etkin iletişim burada gösterildiği gibi yordam güvenlik ve verimliliği artırabilirsiniz. Bu gelişmeler büyük ölçüde ultrason görüntüleme X-ray floroskop Girişimsel ağrı yönetimi için spinal eklemeleri gibi çeşitli klinik bağlamlarda yerine kabulü kolaylaştırabilir. Bu çalışmada geliştirilen sistemi bir kompakt ultrason sonda ile 3D ultrasonik takip ve 2D ultrason görüntüleme sağlar. Minimal invaziv yordamlar ultrason destekli geçerli klinik iş akışı içinden iğne ucunun tam yerelleştirme sağlayarak artırabilirsiniz.

Disclosures

Yazarlar hiçbir çıkar çatışması vardır bildirin.

Acknowledgments

Bu eser bir yenilikçi mühendislik Wellcome Trust (No tarafından sağlık ödülü tarafından desteklenmiştir WT101957) ve mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) (No NS/A000027/1), bir hoş geldiniz/EPSRC Merkezi tarafından [203145Z/16/Z & NS/A000050/1], bir başlangıç Grant tarafından Avrupa Araştırma Konseyi (Grant No Ödülü ERC-2012-STG, teklif 310970 MOPHIM) ve bir EPSRC ilk hibe (No. EP/J010952/1). A.L.D. UCL/UCLH NIHR kapsamlı Biyomedikal Araştırma Merkezi tarafından desteklenir. Yazarlar Royal veteriner College personeli için in vivo deneyler ile değerli onların yardım için minnettarız.

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

Mühendislik sayı 138 ultrasonik ultrason görüntüleme izleme kodlu uyarma fiber optik hidrofon minimal invaziv cerrahi görüntü yeniden yapılanma
Üç boyutlu ultrasonik iğne ucu ile bir Fiber optik ultrason alıcı izleme
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