Summary
이 연구는 고 강도 집중 된 초음파 초음파 기반 위상 어레이 시스템의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는 프로토콜을 설명 합니다.
Abstract
위상 배열 점점 기존의 체 외 초음파 유도 장내 (USgHIFU) 시스템에서 고 강도 집중 된 초음파 (장내) 변환기로 사용 하 고 있습니다. 이러한 시스템에서 장내 트랜스듀서는 미국 이미징 프로브 장착 회전 수 중앙 구멍 모양에 일반적으로 구형. 치료의 평면에 이미지 프로브 회전 동안 이미지 시퀀스를 통해 개축 될 수 있다. 따라서, 치료 계획 복원된 이미지를 만들 수 있습니다. 이러한 시스템은 소를 사용 하 여 메서드의 프로토콜의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 근육과 팬텀 마커 포함 설명 되어 있습니다. 팬텀에 평방 수 지 모델의 모서리에 4 개의 단단한 공 복원 이미지에서 참조 마커 역할을 합니다. 그것의 센터와 사각형 모델의 센터 복원된 이미지에서 그들의 상대적인 위치에 따라 일치 수 있도록 목표를 이동 해야 합니다. 약 30 mm의 두께 가진 돼지 근육 임상 설정에서 빔 경로 모방 하기 위해 팬텀 위에 배치 됩니다. 쥡니다, 후 팬텀에서 치료 비행기 검색 하 고 관련 된 병 변의 경계 스캔 한 이미지에서 추출 됩니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다. 이 메서드는 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 임상으로 관련 된 빔 경로에 단일 초점 보다는 오히려 여러 초점 명소의 구성 된 대상의 타겟팅 정확도 평가 수 없습니다 하지만 그것은 또한 전 임상 평가에 사용 될 수 또는 위상 어레이 또는 자동 초점 장내 변환기로 구성 된 USgHIFU 시스템의 정기적인 유지 보수.
Introduction
위상 배열 점점 설계 및 장내 시스템1,2,3,,45,,67에 장착. USgHIFU 위상 어레이 시스템, 미국 이미징 프로브는 일반적으로 구형 장내 변환기1,2,8중앙 구멍에 장착 됩니다. 프로브는 3 차원 공간9에 지정 하 고 이미지 재건을 위해 회전. 정확한 타겟팅 하는 것이 안전 및 장내 치료의 효능에 대 한 필요 합니다. 그러나, 정확도 표적으로 하기의 평가 대 한 연구의 대부분 자기 공명 유도 장내 시스템이 나 USgHIFU는 자동 초점된 장내 변환기10,11, 를 사용 하 여 구성에 대 한 수행 되었습니다. 12 , 13 , 14 , 15 , 16. 아래 설명 된 메서드 USgHIFU 위상 배열 시스템용 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는.
임상으로 관련 된 빔 경로 따라 소 근육/마커-임베디드 팬텀 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가에 사용 됩니다. 모서리에 4 개의 공으로 평방 모델 조작 이며 투명 한 팬텀으로 소 근육을 함께에서 포함. 일반 육각 치료 평면에 재구성 된 미국 이미지에서 확인 된 4 개의 공의 센터의 위치에 따라 대상으로 선택 됩니다. 장내 sonications 후 팬텀의 치료 비행기 검사 되 고 4 개의 볼을의 위치 뿐만 아니라, 병 변 경계 스캔 한 이미지에서 확인할 수 있습니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다.
방법은 특정 참조 개체11,,1718 와 로봇 움직임을 사용 하 여 대상 오류의 측정 보다 간단 하 고 방법에 비해 더 많은 임상 관련 단일 초점에 따라 균질 팬텀10자리 제거. 이 메서드는 USgHIFU 위상 배열 시스템의 타겟팅 정확도의 평가에 사용할 수 있습니다. 그것은 또한 자동 초점된 장내 트랜스듀서와 다른 USgHIFU 시스템 사용할 수 있습니다.
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Protocol
1. 마커 설계 및 제조
- 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용 하 여 사각형 모델 디자인. 40 m m의 길이와 두께의 2. 장소 사각형 모델의 각 모서리에 10 m m 직경을 가진 단단한 공 막대기로 양쪽을 설정 합니다.
- 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 감광 성 수 지를 사용 하 여 인쇄에 대 한 자료로.
- 제조에 대 한 제조 업체에 3D 모델 파일을 보냅니다.
2. 팬텀 준비
- 실 온에서 팬텀 홀더를 만들기 위해 실리 카 젤과 아크릴 베이스 보드를 3cm의 높이 (8 cm의 직경)와 플라스틱 실린더를 연결 합니다. 1 시간 동안 앉아 보자.
- 사각형 모양 (30 x 30 m m, 두께 10 m m)으로 신선한 소 근육을 슬라이스 하 고 수 분 증발을 2 시간 동안 그것을 환기.
- 비 커에 degassed 및 이온 물 (115 mL)를 따르십시오, 아크릴의 13 g에 추가 하 고 해산 때까지 휘저어. 두번째-아크릴의 0.24 g을 추가 하 고 해산 때까지 휘저어. 다음, 추가 0.2 mL N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine 일정 하 게 약동 하십시오.
참고: 마스크와 고무 장갑에 넣어. - 다른 비 커에 degassed 및 이온 물 5 mL를 준비, 암모늄 persulfate의 0.3 g을 추가 하 고 해산 저 어.
주의: 아크릴, 두번째-아크릴 아 미드, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine, 및 암모늄 persulfate 독성이 있다. 세심 한 관심을 지불 하 고 신체 접촉을 피하십시오. - 연속 팬텀 홀더에 2.3 및 2.4 단계에서 솔루션의 40%를 부 어 및 5에 대 한 저 어 s. 혼합물이 강화 하기 위해 20 분 동안 앉아 보자.
- 응고 팬텀의 표면에 3D 인쇄 평방 모델을 놓고 모델 가운데 썬된 소 근육을 넣어. 팬텀 홀더에 2.3 단계에서 솔루션의 나머지를 붓는 다. 앞뒤로 팬텀의 인터페이스와 조각 사이의 공기를 제거 하 소 근육을 이동 합니다.
- 부 어 준비 솔루션의 나머지 2.4 팬텀 홀더를 5 저 s.
- 가로 방향 따라 팬텀의 센터를 썰어 소 근육의 위치를 미세 조정할. 팬텀을 강화 하기 위해 20 분 동안 앉아 보자.
- 원통형 플라스틱 및 아크릴 베이스 드라이버를 사용 하 여 사이 실리 카 젤을 제거 합니다.
- 천천히 원통형 플라스틱에서 아크릴 베이스 보드를 분리 합니다.
3입니다. USgHIFU 시스템의 설치
- 임상 USgHIFU 시스템을 시작 합니다.
- 분당 80 발에서 물 순환의 속도 설정 및 물 처리 모듈을 켭니다.
- 실 온 (22-25 ° C)에서 degassed 물으로는 아크릴 원통형 물탱크를 (30 cm의 직경)와 13 cm의 높이 채우십시오.
- Degassed 물으로 팬텀 홀더를 놓고 단단히 홀더를 수정 합니다.
- 치료 침대 위에 원통형 탱크를 이동 합니다. 치료 침대 들어올리고 degassed 물으로 치료 단위 아래로 이동 합니다.
4. 미국 기반을 대상으로
- 천천히 최대 치료 단위를 이동 하 고 치료 면의 깊이 썬된 소 근육과 미국 이미지에 투명 한 팬텀의 상단 인터페이스에 위치 되도록 아래로.
- 미국 이미징 프로브 0 °를 회전 하 고 회전 축 (이미징 축 라고도 함) 미국 이미지에서 두 개의 병렬 막대기의 중간 지점을 통과 하도록 원통형 탱크를 이동 합니다.
- 이미징 프로브 90 °를 회전 하 고 회전 축 미국 이미지에서 두 개의 병렬 막대기의 중간 지점을 통과 하도록 원통형 탱크를 이동.
- 기하학적 초점의 깊이에서 치료 비행기에 미국 이미지를 재구성 합니다.
- 4 공 재건된 미국 이미지와 여부는 대상 사각형 모델의 중심에 명확 하 게 표시 됩니다 확인 하십시오.
참고: 대상의 중심은 복원된 이미지의 중심에 정해진. 볼의 평균 회색 값은 15 m m x 15 m m 평방 최고 10 m m 직경을 가진 원형에 의해 결정 됩니다. 사각형 모델의 센터 복원된 이미지의 4 개의 볼의 대각선에 의해 결정 됩니다. - 대상과 4.4-4.5 스퀘어 모델 및 반복 단계 간의 상대적 위치에 따라 물 탱크를 이동 합니다.
- 치료 장치 고 팬텀 위에 약 30 m m의 두께와 돼지 근육을 넣어. 그런 다음, 기하학적 초점의 깊이 3mm 슬라이스 소 근육의 상부 표면 아래까지 치료 단위 아래로 이동 합니다.
참고: 빔 경로 따라 3 m m 초점 교정은 이전 연구19에서 실험 공식에 따라 돼지 근육의 두께 따라 추정 됩니다.
5. 장내 쥡니다
- 다음 쥡니다 매개 변수 선택: 펄스 기간 (400 ms), 듀티 사이클 (80%), 음향 (400 W) 전원, 그리고 연속 초점 명소 쥡니다 사이의 시간 냉각 (30 s).
- 대상에 초점 명소에 대 한 노출 시간을 설정 합니다.
- 2.0의 5.4 m m, 9mm, 및 12.6 m m. 설정된 노출 시간의 각각 대각선으로 3 개의 동심 일반 육각 대상에 대 한 절차를 반복 s, 2.5, 및 3.0 각각, 안쪽, 중간, 그리고 외부 육각형에 있는 초점 명소 및 2.0 s는 foc에 대 한 s 위상 배열의 기하학적 중심에 알 자리.
- 쥡니다 시작 하 고 장내 쥡니다 위한 발 페달에 발을 넣어.
- Sonications는 완료 될 때까지 echogenicity 미국 이미지에서의 변화를 관찰 합니다.
6. USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도의 평가
- 팬텀 홀더를 가져올 하 고 원활 하 게 그것을 꺼내 팬텀을 누릅니다.
- 칼을 사용 하 여 치료 평면 팬텀을 분할.
- 썬된 소 근육을 포함 하는 팬텀의 치료 비행기를 검사 합니다.
- 수학 소프트웨어를 사용 하 여 스캔 한 이미지를 처리 하 고 대상 및 병 변의 경계를 추출.
- Intercenter 거리 dc 와 대상 경계 db의 최대한 overshooting을 계산 합니다.
참고: dc 대상의 센터 및 그것의 각각 병 변 사이의 거리입니다. d b 병 변의 경계와 각각 목표 사이 거리를 overshooting 최대 이다. - 병 변 내부와 외부 η나 대상 영역에 대상 분야의 비율을 계산 = (SA ∩ SP) / SP 와 ηO = (SA - SA ∩ SP) / SP, 각각.
참고: SP 대상 지역, SA 병 변 영역을 나타냅니다.
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Representative Results
우리 유령을 전용 세 가지 다른 크기의 목표와 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가 했다. 그림 1 0 °와 90 °의 각도에서 미국의 이미지를 표시합니다. 인터페이스는 명확 하 고 사각형 모델의 막대기는 미국 이미지에 밝은. 그림 2 에서는 치료 비행기와 가장 큰 대상의 초점 명소에 재건된 미국 이미지를 보여 줍니다. 4 공의 센터는 가장 높은 평균된 회색 값과 동일한 크기의 파란색 원으로 결정 했다. 그림 3 팬텀 치료 평면과 추출된 경계 대상 및 병 변의 스캔 한 이미지를 보여준다.
우리는 dc, db, η나, 매개 변수에 따라 초점면에 타겟팅 정확도 평가할 수 있었고 ηO 프로토콜의 섹션 6에에서 정의 된. 실험 대상 세 번을 반복 했다. 결과에 표시 됩니다 표 1.
그림 1 : 0 °와 90 °의 각도에서 미국 이미지. 돼지 근육의 두께 약 30 m m 이었다. 빔 경로 따라 조직-팬텀-조직 인터페이스를 구분할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 치료 비행기에서 미국 이미지 재건. (빨간색 점선 사각형에 가장 높은 평균 회색 값)와 파란색 동그라미 4 개의 볼을의 위치와 대상 (붉은 반점)의 중심 이기도 한 사각형 모델의 중심을 결정 합니다. 어두운 갈색 사각형 큰 일반 육각 대상에 초점 명소를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 이미지를 스캔 하 고 장내 쥡니다 후 다른 대상의 경계를 추출. (A) 병 변 3 개의 목표의 5.4 m m, 9 밀리미터, 그리고 오른쪽 왼쪽에서 12.6 m m의 대각선으로. (B) 세 개의 대상 (파란색)과 해당 병 변 (블랙)의 경계를 추출. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 일반 육각 (mm)의 대각선 | d c (mm) | d b (mm) | Η 난 | Η O |
| 5.4 | 0.6 ± 0.3 | 1.6 ± 0.3 | 100 ± 0% | 45 ± 11% |
| 9.0 | 0.9 ± 0.3 | 1.7 ± 0.6 | 98 ± 1% | 40 ± 6% |
| 12.6 | 1.1 ± 0.4 | 1.7 ± 0.7 | 96 ± 3% | 20 ± 6% |
표 1: 매개 변수 평가 대상 정확도를 요약. Dc, db, η나, ηO 값은 평균 ± 표준 편차로 표현 되었다.
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Discussion
로봇 부품 체 외 USgHIFU 시스템에 대 한 사용 되었습니다. 참조 마커11,,1218, 이러한 시스템의 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 생체 외에서 조직17, 종양 모방 모델, 및 온도 민감한 유령 사용 되었습니다 하거나 10,20. 그 연구에서 프로토콜에 비해,이 방법은 더 임상 관련 이며 쉽게 계량 초점면에서 대상 오류. 이기종, 투명 한 팬텀을 참조 마커를 결합 하 여이 방법은 유 방 종양 절제술21겨냥 하는 USgHIFU 시스템의 타겟팅 정확도 평가 하기 위한 또 다른 연구에서 수정 되었습니다. 우리는 우리의 USgHIFU 위상 어레이 시스템에 이전 연구22자 궁 fibroids에 사용이 메서드의 효능을 확인. 우리는 빔 경로 따라 초점 보정 없이 테스트를 수행 했습니다 그리고 단지 작은 부분 (길이 ~ 2 mm) 병 변의 슬라이스 소 근육에서 발견 되었다. 실험 공식19에 따라 초점 보정 후 병 변 (길이 ~ 5 m m)는 빔 경로 따라 대상 정확도 개선 확인 썰어 소 근육에서 발견 되었다. 또한, 초점면에 정확도 표적으로 하기의 평가 고체 종양 제거에 대 한 단일 초점의 정확성을 겨냥 하는 방법에 비해 더 실용적인 값입니다.
소 근육의 선택은 병 변의 체 외 장내 융 여 돼지 또는 닭 근육에서 만든 병 변 비해 주변 조직에서 명확 하 게 구별할 수 있습니다. 소 근육/마커-임베디드 투명 팬텀의 제작은 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가의 전체 프로토콜에 대 한 중요 합니다. 또한, 대상과 사각형 모델의 센터의 일치 여부의 결정은 평가 절차;에 필수 따라서, 조정 팬텀 요구의 위치입니다. 썬된 소 근육에 백색 근육 심장 스캔된 이미지;에서 병 변의 경계를 추출 부족 임계값 세분화 하 게 따라서, 필요한 경우 수동 분할을 사용 해야 합니다.
아직도이 프로토콜에는 한계가 있다. 이 연구만, 초점면에 정확도 표적으로 하기의 평가 대 한 목표 그리고 USgHIFU 위상 어레이 시스템에 적용 됩니다. 그러나, 자기 초점된 변환기 USgHIFU 시스템, 프로토콜의 단계 4.2-4.4를 수정 한다. 치료 비행기에서 미국 이미지 회전 하 여 이미지 대신 미국 이미징 프로브를 번역 하 여 인수를 통해 개축 될 수 있다 그리고 다른 단계 프로토콜에 동일 하 게 유지. 타겟팅 정확도의 정확한 평가 안전 마진 줄이고 치료 효능을 향상 시킬 것 이라고 박 리 볼륨을 증가 하려고 할 때 유용할 수 있습니다. 또한, 장내 드라이브 시스템의 품질 보증에이 메서드를 사용할 수 있습니다.
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Disclosures
샹 지는 Zhonghui 의료 기술 (상해)에 대 한 유료 컨설턴트 (주) 다른 저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품 일부는 국립 자연 과학 재단의 중국 (81402522), 상하이 키 기술 R & D 프로그램 (17441907400) 과학 및 기술 위원회의 상해 자치 제, 및 상해 Jiao 집게 대학에 의해 지원 되었습니다. 의료 공학 연구 기금 (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui 의료 기술 (상해) Co., 주식 회사는 또한 USgHIFU 시스템을 제공 하기 위한 인정. 저자 감사 Wenzhen Zhu 팬텀 준비 및 실험에 있는 그들의 원조 Junhui 동.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acrylamide | Amresco | D403-2 | |
| Acrylic baseboard | LAO NIAO STORES | customized | |
| Acrylic cylindrical water tank | LAO NIAO STORES | customized | |
| Ammonium persulfate | Yatai United Chemical Co., Ltd (Wuxi, China) | 2017-03-01 | |
| Beaker | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Bis-acrylamide | Amresco | M0172 | |
| Bovine muscle | Market | ||
| Chopping board | JIACHI | JC-ZB40 | |
| Cylindrical plastic phantom holder | QIYINPAI | customized | |
| Degassed deionized water | made by the USgHIFU system | ||
| Electric balance | YINGHENG | 11119453359 | |
| Glass rod | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Knife | SHIBAZI | SL1210-C | |
| Mask | Medicom | 2498 | |
| N,N,N’,N’–Tetramethylethylenediamine | Zhanyun Chemical Co., Ltd (Shanghai, China) | ||
| Rubber glove | AMMEX | YZB/MAL 0587-2018 | |
| Scanner | Fuji Xerox | DocuPrint M268dw | |
| Screwdriver | Stanley | T6 | |
| Silica gel | GE | 381 | |
| Square model | QIYINPAI | customized | |
| Stainless steel spoons | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Sucker | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Swine muscle | Market | ||
| USgHIFU system | Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd. | SUA-I |
References
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