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ब्रेन इमेजिंग करने के लिए आवेदन में CMUT प्रौद्योगिकी के आधार पर नए अल्ट्रासाउंड जांच के प्रदर्शन का आकलन करने के लिए एक प्रायोगिक प्रोटोकॉल

Bioengineering

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Summary

समाई Micromachined अल्ट्रासोनिक Transducer (CMUT) प्रौद्योगिकी के आधार पर नए अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) जांच के विकास इमेजिंग क्षमताओं के एक प्रारंभिक यथार्थवादी आकलन की आवश्यकता है । हम एक इमेजिंग लक्ष्य के रूप में एक पूर्व vivo गोजातीय मस्तिष्क का उपयोग कर, हमें छवि अधिग्रहण और चुंबकीय अनुनाद छवियों के साथ तुलना के लिए एक दोहराने प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का वर्णन ।

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Matrone, G., Ramalli, A., Savoia, A. S., Quaglia, F., Castellazzi, G., Morbini, P., Piastra, M. An Experimental Protocol for Assessing the Performance of New Ultrasound Probes Based on CMUT Technology in Application to Brain Imaging. J. Vis. Exp. (127), e55798, doi:10.3791/55798 (2017).

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Abstract

इमेजिंग प्रदर्शन का एक प्रारंभिक और दोहराने का आकलन करने की संभावना नए अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) की जांच के डिजाइन और विकास की प्रक्रिया में मौलिक है । विशेष रूप से, आवेदन विशेष इमेजिंग लक्ष्य के साथ एक और अधिक यथार्थवादी विश्लेषण हमारे आवेदन के संभावित नैदानिक क्षेत्र में जांच की उंमीद प्रदर्शन का आकलन करने के लिए बहुत मूल्यवान हो सकता है ।

इस कार्य में प्रस्तुत प्रायोगिक प्रोटोकॉल के संबंध में नए विकसित अमेरिकी जांच प्रोटोटाइप के आधार पर समाई Micromachined अल्ट्रासोनिक Transducer (CMUT) प्रौद्योगिकी के लिए एक आवेदन विशिष्ट मूल्यांकन प्रक्रिया प्रदान करने के लिए जानबूझकर बनाया गया था ब्रेन इमेजिंग ।

प्रोटोकॉल एक गोजातीय इमेजिंग लक्ष्य है, जो दोनों यथार्थवाद और वर्णित प्रक्रियाओं की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करता है, और neuronavigation न्यूरोसर्जरी से उधार तकनीक के रूप में formalin में तय मस्तिष्क के उपयोग को जोड़ती है । अमेरिका की जांच एक प्रस्ताव ट्रैकिंग प्रणाली है जो स्थिति डेटा प्राप्त करने के लिए और अमेरिका के superposition को सक्षम बनाता है चुंबकीय अनुनाद (श्री) मस्तिष्क की छवियों को संदर्भ के लिए वास्तव में जुड़ा हुआ है । यह मानव विशेषज्ञों के लिए एक साधन के लिए अमेरिका की जांच इमेजिंग प्रदर्शन के एक दृश्य गुणात्मक मूल्यांकन प्रदर्शन और विभिंन जांच के साथ किए गए अधिग्रहण की तुलना प्रदान करता है । इसके अलावा, प्रोटोकॉल एक पूर्ण और खुला अनुसंधान और हमारे लिए विकास प्रणाली छवि अधिग्रहण, अल्ट्रासाउंड उंनत खुला मंच (ुला-OP) स्कैनर अर्थात् के उपयोग पर निर्भर करता है ।

पांडुलिपि विस्तार से उपकरणों और प्रोटोकॉल में शामिल प्रक्रियाओं, अंशांकन, छवि अधिग्रहण और अमेरिका और श्री छवियों के पंजीकरण के लिए विशेष रूप से वर्णन करता है । प्राप्त परिणाम समग्र प्रोटोकॉल प्रस्तुत की प्रभावशीलता साबित होता है, जो पूरी तरह से (शामिल इंस्ट्रूमेंटेशन की सीमा के भीतर) खुला है, दोहराने, और हमारे लिए अधिग्रहण और प्रसंस्करण गतिविधियों के पूरे सेट को कवर छवियों ।

Introduction

छोटे और पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) स्कैनर के लिए बढ़ते बाजार में नए echographic जांच के विकास के लिए अग्रणी है जो संकेत के भाग में कंडीशनिंग और beamforming इलेक्ट्रॉनिक्स जांच संभाल में एकीकृत है, विशेष रूप से 3 डी/ 1. उभरते प्रौद्योगिकियों विशेष रूप से एकीकरण के इस उच्च स्तर को प्राप्त करने के लिए अनुकूल Micromachined अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (MUTs)2, माइक्रो इलेक्ट्रो यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) सिलिकॉन पर गढ़े ट्रांसड्यूसर के एक वर्ग शामिल हैं । विशेष रूप से, समाई MUTs (CMUTs) अंत में एक तकनीकी परिपक्वता है कि उंहें अगली पीढ़ी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग सिस्टम3के लिए piezoelectric ट्रांसड्यूसर के लिए एक वैध विकल्प है पहुंच गया है । CMUTs बहुत माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों, व्यापक बैंडविड्थ के साथ उनकी अनुकूलता के कारण अपील कर रहे है-जो एक उच्च छवि संकल्प पैदावार उच्च थर्मल दक्षता और, सब से ऊपर, उच्च संवेदनशीलता4। ENIAC जू परियोजना DeNeCoR के संदर्भ में (NeuroControl और NeuroRehabilitation के लिए उपकरणों)5, CMUT जांच6 विकसित किया जा रहा है के लिए हमारे मस्तिष्क इमेजिंग अनुप्रयोगों (जैसे न्यूरोसर्जरी), जहां उच्च गुणवत्ता 2d/3d/4d छवियों और मस्तिष्क संरचनाओं के सटीक प्रतिनिधित्व की आवश्यकता है ।

नई अमेरिकी जांच के विकास की प्रक्रिया में, इमेजिंग प्रदर्शन के प्रारंभिक आकलन प्रदर्शन की संभावना मौलिक है । ठेठ मूल्यांकन तकनीक संकल्प और इसके विपरीत जैसे विशिष्ट मापदंडों को मापने शामिल, ज्ञात ज्यामिति और echogenicity के एंबेडेड लक्ष्य के साथ ऊतक नकल करने वाले प्रेतों की छवियों पर आधारित है । आवेदन विशिष्ट इमेजिंग लक्ष्य के साथ और अधिक यथार्थवादी विश्लेषण एक विशिष्ट नैदानिक क्षेत्र के लिए अपने संभावित आवेदन में अमेरिका की जांच की उंमीद प्रदर्शन के एक प्रारंभिक आकलन के लिए अत्यंत मूल्यवान हो सकता है । दूसरी ओर, अधिग्रहणों की पूरी पुनरावर्तन समय पर विभिंन विंयास के तुलनात्मक परीक्षण के लिए मौलिक है, और इस आवश्यकता को पूरी तरह से vivo प्रयोगों में नियम ।

नैदानिक इमेजिंग तकनीक पर साहित्य में कई काम करता है पूर्व vivo पशु नमूनों के प्रयोग का प्रस्ताव7, शव दिमाग8, या ऊतक नकल उतारने9 अलग प्रयोजनों के लिए10, जो शामिल इमेजिंग विधियों, पंजीकरण एल्गोरिदम, चुंबकीय अनुनाद (श्री) दृश्यों, या अमेरिका बीम पैटर्न और जिसके परिणामस्वरूप छवि गुणवत्ता का परीक्षण । उदाहरण के लिए, ब्रेन इमेजिंग, Lazebnik एट अल के संदर्भ में । 7 एक formalin-फिक्स्ड भेड़ मस्तिष्क एक नया 3 डी श्री पंजीकरण विधि का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया; इसी तरह Choe एट अल. 11 एक निश्चित उल्लू बंदर मस्तिष्क के श्री और प्रकाश माइक्रोस्कोपी छवियों के पंजीकरण के लिए एक प्रक्रिया की जांच की । एक polyvinyl शराब (PVA) मस्तिष्क प्रेत9 में विकसित किया गया था और पंजीकरण के परीक्षण के लिए एक साझा छवि dataset उत्पन्न करने के लिए (यानी श्री, अमेरिका, और गणना टोमोग्राफी) multimodal छवि अधिग्रहण प्रदर्शन करने के लिए12 और इमेजिंग एल्गोरिदम ।

कुल मिलाकर, इन अध्ययनों की पुष्टि करते है कि छवि अधिग्रहण के लिए एक यथार्थवादी लक्ष्य का उपयोग वास्तव में एक नई इमेजिंग तकनीक के विकास के दौरान एक आवश्यक कदम है । यह एक और भी महत्वपूर्ण चरण का प्रतिनिधित्व करता है जब एक नया इमेजिंग डिवाइस डिजाइनिंग, CMUT अमेरिका की जांच इस पत्र में प्रस्तुत की तरह है, जो एक प्रोटोटाइप चरण में अभी भी है और व्यापक और समय पर प्रतिलिपि परीक्षण की जरूरत है, सभी डिजाइन की एक सटीक ट्यूनिंग के लिए अपने अंतिम बोध और vivo अनुप्रयोगों में (के रूप में13,14,15) में संभावित सत्यापन से पहले पैरामीटर ।

इस कार्य में वर्णित प्रायोगिक प्रोटोकॉल को CMUT प्रौद्योगिकी के आधार पर नव-विकसित अमेरिकी जांचों के लिए एक सुदृढ़, आवेदन-विशिष्ट इमेजिंग मूल्यांकन प्रक्रिया प्रदान करने के लिए बनाया गया है । दोनों यथार्थवाद और दोहराया, गोजातीय दिमाग (मानक खाद्य आपूर्ति वाणिज्यिक श्रृंखला के माध्यम से प्राप्त) formalin में तय सुनिश्चित करने के लिए इमेजिंग लक्ष्य के रूप में चुना गया था । निर्धारण प्रक्रिया में हम दोनों और श्री इमेजिंग16,17में संतोषजनक रूपात्मक गुण और दृश्यता गुणों को बनाए रखते हुए ऊतक विशेषताओं के दीर्घकालिक संरक्षण की गारंटी देता है ।

अमेरिका छवि गुणवत्ता के आकलन के लिए प्रोटोकॉल यहां भी वर्णित एक neuronavigation न्यूरोसर्जरी के लिए इस्तेमाल किया तकनीक से उधार सुविधा लागू करता है15। इस तरह के दृष्टिकोण में, अमेरिका की जांच एक प्रस्ताव ट्रैकिंग प्रणाली है कि स्थानिक स्थिति और वास्तविक समय में अभिविन्यास डेटा प्रदान करता है से जुड़े हुए हैं । इस तरह, अमेरिका के शल्य चिकित्सा गतिविधियों के दौरान अधिग्रहीत छवियों को स्वचालित रूप से पंजीकृत किया जा सकता है और कल्पना, मार्गदर्शन के लिए, superposition में रोगी के मस्तिष्क के पूर्व संचालक श्री छवियों के लिए । प्रस्तुत प्रोटोकॉल के प्रयोजनों के लिए, श्री छवियों के साथ superposition (जो ब्रेन इमेजिंग में स्वर्ण मानक के रूप में माना जाता है) महान मूल्य की है, क्योंकि यह मानव विशेषज्ञों नेत्रहीन आकलन करने के लिए जो रूपात्मक और ऊतक सुविधाओं में पहचानने योग्य है की अनुमति देता है अमेरिका छवियां और, इसके विपरीत, इमेजिंग कलाकृतियों की उपस्थिति को पहचानने के लिए ।

विभिंन अमेरिकी जांच के साथ प्राप्त छवियों की तुलना करने की संभावना और भी दिलचस्प हो जाता है । प्रायोगिक प्रोटोकॉल प्रस्तुत संभावना को स्थानिक संदर्भ का एक सेट को परिभाषित करने के लिए अमेरिका के अधिग्रहण के लिए बन गया है, सबसे सुविधा संपंन मात्रा श्री छवियों के एक प्रारंभिक दृश्य निरीक्षण में पहचान क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित शामिल है । एक एकीकृत दृश्य उपकरण, Paraview ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर सिस्टम18के लिए विकसित, हमें छवि अधिग्रहण चरणों के दौरान ऐसे पूर्वनिर्धारित बन गया मिलान के लिए ऑपरेटरों के लिए मार्गदर्शन प्रदान करता है । अंशांकन प्रोटोकॉल द्वारा आवश्यक प्रक्रियाओं के लिए, यह सभी लक्ष्य नमूनों से लैस करने के लिए मौलिक है-या तो जैविक या सिंथेटिक-पूर्वनिर्धारित स्थान स्थलों कि अस्पष्ट स्थानिक संदर्भ प्रदान के साथ । इस तरह के स्थलों दोनों हमें और श्री छवियों में दिखाई और शारीरिक रूप से गति पर नज़र रखने प्रणाली के साथ बनाया माप के लिए सुलभ होना चाहिए । प्रयोग के लिए चुना मील का पत्थर तत्वों चकमक कांच, दोनों हमें और श्री छवियों में जिनकी दृश्यता के छोटे क्षेत्रों रहे है19 साहित्य में प्रदर्शन किया और प्रारंभिक हमें और श्री स्कैन प्रस्तुत प्रयोगों से पहले प्रदर्शन की पुष्टि की थी ।

प्रोटोकॉल प्रस्तुत अल्ट्रासाउंड उंनत खुला मंच (ुला-OP)20, एक पूर्ण और खुला अनुसंधान और अमेरिका छवि अधिग्रहण, जो व्यावसायिक रूप से उपलब्ध की तुलना में बहुत व्यापक प्रयोगात्मक संभावनाओं के लिए विकास प्रणाली पर निर्भर करता है स्कैनर और विभिंन अमेरिकी जांच के मूल्यांकन के लिए एक आम आधार के रूप में कार्य करता है ।

सबसे पहले, इस काम में प्रयुक्त उपकरणों, नए डिजाइन CMUT जांच करने के लिए विशेष संदर्भ के साथ वर्णित हैं । प्रायोगिक प्रोटोकॉल परिचय हैduced विस्तार से, प्रारंभिक डिजाइन से प्रणाली अंशांकन करने के लिए, छवि अधिग्रहण और बाद प्रसंस्करण के लिए शामिल सभी प्रक्रियाओं का एक गहन विवरण के साथ । अंत में, प्राप्त चित्र प्रस्तुत कर रहे है और परिणाम पर चर्चा कर रहे हैं, एक साथ इस काम के भविष्य के घटनाक्रम के लिए संकेत के साथ ।

इंस्ट्रूमेंटेशन

CMUT जांच प्रोटोटाइप

प्रयोगों से बाहर किया गया एक नव विकसित २५६-तत्व CMUT रैखिक सरणी प्रोटोटाइप, डिजाइन, गढ़े, और Acoustoelectronics प्रयोगशाला (ACULAB) में पैक रोमा Tre विश्वविद्यालय (रोम, इटली), CMUT रिवर्स निर्माण की प्रक्रिया का उपयोग ( आरएफपी)4. आरएफपी एक microfabrication और पैकेजिंग प्रौद्योगिकी है, विशेष रूप से अमेरिका इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए एमईएमएस ट्रांसड्यूसर की प्राप्ति के लिए कल्पना की, जिससे CMUT microstructure सिलिकॉन पर एक "उल्टा" दृष्टिकोण के बाद निर्मित है21। अंय CMUT निर्माण प्रौद्योगिकियों की तुलना में, आरएफपी पैदावार में सुधार इमेजिंग CMUT कोशिकाओं के उच्च एकरूपता के कारण प्रदर्शन के लिए पूरे सरणी पर ज्यामिति, और जांच सिर पैकेज में ध्वनिक इंजीनियर सामग्री के उपयोग के लिए । आरएफपी की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि बिजली के संबंध पैड CMUT मर जाते हैं, जो 2d arrays और सामने के अंत मल्टी चैनल इलेक्ट्रॉनिक्स के 3 डी एकीकरण को आसान बनाता है के पीछे के भाग पर स्थित हैं ।

२५६-तत्व CMUT सरणी ७.५ मेगाहर्ट्ज पर केंद्रित एक आवृत्ति बैंड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था. २०० µm के एक तत्व पिच ५१.२ mm की एक अधिकतम क्षेत्र-दृश्य चौड़ाई में जिसके परिणामस्वरूप सरणी के लिए चुना गया था । एकल CMUT सरणी तत्वों की ऊंचाई पार्श्व संकल्प और प्रवेश की क्षमता के मामले में उपयुक्त प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए परिभाषित किया गया था । एक 5 मिमी सरणी तत्व ऊंचाई के लिए एक ध्वनिक लेंस के माध्यम से 18 मिमी की गहराई पर उंनयन ध्यान फिक्सिंग जब ०.१ mm और ७.५ मेगाहर्ट्ज, १.८ mm की एक-3 डीबी गहराई में से एक-3 db बीम चौड़ाई प्राप्त करने के लिए चुना गया था । १९५ µm-वाइड सरणी तत्वों की व्यवस्था और विद्युत समानांतर ३४४ परिपत्र CMUT कोशिकाओं में जोड़ने, एक षट्कोण लेआउट के बाद से प्राप्त किया गया । फलस्वरूप, परिणामस्वरूप ५ µm तत्व-से-तत्व दूरी, अर्थात kerf, झिल्ली-से-झिल्ली जुदाई से मेल खाती है. CMUT सरणी की संरचना का एक योजनाबद्ध प्रस्तुतिकरण चित्र 1में रिपोर्ट की गई है ।

Figure 1
चित्र 1: सरणी संरचना CMUT. एक CMUT सरणी की संरचना का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व: सरणी तत्वों के समानांतर में जुड़े कई कोशिकाओं से बना (a), लेआउट CMUT microstructure (b); एक CMUT सेल (सी) के पार अनुभाग । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

CMUT microfabrication पैरामीटर, यानी प्लेट और इलेक्ट्रोड के पार्श्व और ऊर्ध्वाधर आयामों, एक ब्रॉडबैंड विसर्जन आपरेशन प्राप्त करने के उद्देश्य के साथ परिमित तत्व मॉडलिंग (फेम) सिमुलेशन का उपयोग कर परिभाषित किया गया, एक की विशेषता आवृत्ति प्रतिक्रिया ७.५ मेगाहर्ट्ज और एक १००%-6 dB दो तरह आंशिक बैंडविड्थ पर केंद्रित । गुहा की ऊंचाई, यानी अंतर, के पतन वोल्टेज को प्राप्त करने के लिए परिभाषित किया गया था २६० v दो तरह से संवेदनशीलता को अधिकतम करने के लिए, पतन वोल्टेज4के ७०% पर CMUT पूर्वाग्रह से, एक ८० वी अधिकतम उत्तेजना संकेत वोल्टेज पर विचार. तालिका 1 microfabricated CMUT के मुख्य ज्यामितीय पैरामीटर्स को सारांशित करता है ।

CMUT सरणी डिज़ाइन पैरामीटर्स
पैरामीटर मान
सरणी
तत्वों की संख्या २५६
तत्व पिच २०० µm
तत्व लंबाई (ऊंचाई) 5 मिमी
निश्चित उंनयन फोकस 15 एमएम
CMUT Microstructure
सेल व्यास ५० µm
इलेक्ट्रोड व्यास ३४ µm
कक्ष-से-कक्ष पार्श्व दूरी ७.५ µm
प्लेट मोटाई २.५ µm
अंतर ऊंचाई ०.२५ µm

तालिका 1. CMUT जांच पैरामीटर । CMUT रैखिक-सरणी जांच और CMUT सेल microstructure के ज्यामितीय मानकों ।

जांच head में CMUT सरणी को एकीकृत करने के लिए उपयोग की गई पैकेजिंग प्रक्रिया संदर्भ4में बताई गई है । ध्वनिक लेंस एक कमरे के तापमान vulcanized (RTV) सिलिकॉन रबर धातु ऑक्साइड nanopowders के साथ मैगनीज पानी की ध्वनिक प्रतिबाधा मैच और22अंतरफलक पर नकली प्रतिबिंब से बचने का उपयोग कर निर्मित किया गया था । परिणामस्वरूप यौगिक १२८० किग्रा/एम3 और ११०० मी की ध्वनि की गति के घनत्व की विशेषता थी । एक 7 मिमी वक्रता त्रिज्या बेलनाकार लेंस के लिए चुना गया था, 18 मिमी और transducer सतह के ऊपर लगभग ०.५ मिमी की एक अधिकतम मोटाई के एक ज्यामितीय ध्यान केंद्रित करने के लिए अग्रणी । CMUT जांच सिर की एक तस्वीर चित्रा 2(ए)में दिखाया गया है ।

Figure 2
चित्रा 2: CMUT जांच । विकसित CMUT जांच के सिर, ट्रांसड्यूसर और ध्वनिक लेंस (ए) के रैखिक सरणी सहित, और कनेक्टर के साथ पूर्ण CMUT जांच (ख) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

CMUT जांच सिर मल्टीचैनल रिसेप्शन एनालॉग सामने अंत इलेक्ट्रॉनिक्स और अमेरिका स्कैनर के लिए कनेक्शन के लिए एक multipolar केबल युक्त जांच संभाल करने के लिए युग्मित किया गया था । एक चैनल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट एक उच्च इनपुट-प्रतिबाधा 9 डीबी-लाभ वोल्टेज एम्पलीफायर है कि विद्युत वर्तमान केबल प्रतिबाधा ड्राइव करने के लिए आवश्यक प्रदान करता है. मल्टीचैनल इलेक्ट्रॉनिक्स, संदर्भ में वर्णित 4, एक सर्किट टोपोलॉजी पर आधारित है जिसमें एक अल्ट्रा कम बिजली कम शोर रिसीवर और एक एकीकृत स्विच के लिए संचारित/प्राप्त संकेत डुप्लेक्स । सामने के अंत इलेक्ट्रॉनिक्स बिजली की आपूर्ति और CMUT पूर्वाग्रह वोल्टेज एक कस्टम बिजली की आपूर्ति इकाई द्वारा उत्पंन और multipolar केबल के माध्यम से जांच करने के लिए खिलाया जाता है । पूरी जांच चित्रा 2(बी)में दिखाया गया है ।

Piezoelectric अमेरिकी जांच

CMUT जांच के साथ प्राप्त छवियों की गुणात्मक तुलना के लिएइसके बाद के संस्करण, दो व्यावसायिक रूप से उपलब्ध piezoelectric अमेरिकी जांच प्रयोगों में शामिल थे । पहले एक १९२ transducing तत्वों, एक २४५ µm पिच, और एक ११०% आंशिक बैंडविड्थ 8 मेगाहर्ट्ज पर केंद्रित के साथ एक रैखिक सरणी जांच है । यह जांच 2 डी बी मोड छवियों को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । दूसरी जांच 3 डी इमेजिंग के लिए एक यांत्रिक रूप से १८० transducing तत्वों के रेखीय सरणी बह के साथ एक जांच, २४५ µm पिच और एक १००% आंशिक बैंडविड्थ ८.५ मेगाहर्ट्ज पर केंद्रित के साथ है । जांच आवास के अंदर रखा एक stepper मोटर एकाधिक विमानों, जो स्कैन की गई मात्रा23की एक 3 डी छवि को फिर से संगठित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता प्राप्त करने के लिए रैखिक सरणी व्यापक सक्षम बनाता है ।

ुला-सेशन सिस्टम

अमेरिकी छवियों के अधिग्रहण ुला-OP सिस्टम20है, जो एक पूर्ण और खुला अमेरिकी अनुसंधान और विकास प्रणाली, डिजाइन और फ्लोरेंस, इटली के विश्वविद्यालय के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम डिजाइन प्रयोगशाला में महसूस किया है रोजगार से बाहर किया गया था । ुला-OP प्रणाली को नियंत्रित कर सकते हैं, दोनों संचरण में (TX) और रिसेप्शन (RX), अप करने के लिए ६४ स्वतंत्र चैनलों के माध्यम से जुड़े एक स्विच मैट्रिक्स के साथ एक अमेरिकी जांच करने के लिए १९२ piezoelectric या CMUT ट्रांसड्यूसर. सिस्टम वास्तुकला दो मुख्य प्रसंस्करण बोर्डों, एक एनालॉग बोर्ड (अटल बिहारी) और एक डिजिटल बोर्ड (DB), दोनों एक रैक है, जो एक बिजली की आपूर्ति बोर्ड और एक वापस विमान बोर्ड है कि जांच संबंधक और सभी आंतरिक रूटिंग शामिल द्वारा पूरा कर रहे है में निहित सुविधाएं घटक. अटल बिहारी जांच ट्रांसड्यूसर को सामने अंत होता है, विशेष रूप से ६४ चैनलों और प्रोग्राम स्विच मैट्रिक्स के अनुरूप कंडीशनिंग के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में है कि नक्शे गतिशील TX-RX ट्रांसड्यूसर को चैनल । DB वास्तविक समय beamforming के आरोप में है, TX संकेतों synthesizing और RX के प्रसंस्करण के लिए वांछित उत्पादन (उदाहरण के लिए बी-मोड छवियों या डॉपलर sonograms) उत्पादन गूंज. यह है कि ुला-सेशन प्रणाली पूरी तरह से विंयास योग्य है, इसलिए TX में संकेत प्रणाली बैंडविड्थ (जैसे तीन स्तर दालों, ज्या-फटने, चूं, Huffman कोड, आदि) के भीतर किसी भी मनमाने ढंग से तरंग हो सकता है के लायक है एक अधिकतम १८० Vpp के आयाम; इसके अलावा, beamforming रणनीति नवीनतम ध्यान केंद्रित पैटर्न के अनुसार क्रमादेशित किया जा सकता है (जैसे ध्यान केंद्रित लहर, बहु लाइन-संचरण, विमान की लहर, लहरों हटाना, सीमित विवर्तन बीम, आदि)24,25 . हार्डवेयर स्तर पर, ये कार्य पांच फ़ील्ड प्रोग्राम गेट सरणियों (FPGAs) और एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) के बीच साझा किए गए हैं । साथ यांत्रिक-बह 3 डी इमेजिंग जांच, इस तरह के ऊपर वर्णित एक के रूप में, ुला-सेशन प्रणाली भी जांच के अंदर stepper मोटर नियंत्रण, transducer सरणी के प्रत्येक स्थिति में व्यक्तिगत 2d फ्रेम के सिंक्रनाइज़ अधिग्रहण के लिए ।

ुला-सेशन प्रणाली को चलाने के समय में फिर से विंयस्त किया जा सकता है और विभिंन अमेरिकी जांच के लिए अनुकूलित । यह एक मेजबान कंप्यूटर, एक विशिष्ट सॉफ्टवेयर उपकरण के साथ सुसज्जित के साथ एक यूएसबी २.० चैनल के माध्यम से संचार । उत्तरार्द्ध एक विन्यास ग्राफिकल इंटरफेस है कि अमेरिका छवियों का वास्तविक समय दृश्य प्रदान करता है, विभिन्न मोड में खंगाला गया है; उदाहरण के लिए, volumetric जांच के साथ, स्कैन मात्रा में सीधा विमानों के दो बी मोड छवियों वास्तविक समय में प्रदर्शित किया जा सकता है ।

वर्णित प्रोटोकॉल के प्रयोजनों के लिए ुला सेशन प्रणाली का मुख्य लाभ यह है कि यह TX-RX मापदंडों की एक आसान ट्यूनिंग की अनुमति देता है और यह संकेत डेटा प्रसंस्करण श्रृंखला में प्रत्येक चरण में एकत्र करने के लिए पूर्ण पहुँच प्रदान करता है26, यह भी संभव बनाने नई इमेजिंग मोडलों और beamforming तकनीकों का परीक्षण करने के लिए27,28,29,30,31,३२,३३

गति ट्रैकिंग प्रणाली

छवि अधिग्रहण के दौरान अमेरिकी जांच की स्थिति रिकॉर्ड करने के लिए, एक ऑप्टिकल मोशन ट्रैकिंग सिस्टम३४कार्यरत था । प्रणाली एक संवेदक इकाई है कि दो प्रबुद्ध (प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी) के माध्यम से अवरक्त प्रकाश का उत्सर्जन करता है पर आधारित है) और दो रिसीवर (यानी एक लेंस और एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी)) का उपयोग करने के लिए प्रकाश का पता लगाने के कई उद्देश्य विशिष्ट निष्क्रिय द्वारा प्रतिबिंबित मार्कर पूर्वनिर्धारित कठोर आकार में व्यवस्थित । प्रतिबिंबित प्रकाश के बारे में जानकारी तो एक ऑन-बोर्ड CPU द्वारा संसाधित है दोनों स्थिति और अभिविन्यास डेटा, जो एक मेजबान कंप्यूटर USB २.० के माध्यम से जुड़ा स्थानांतरित किया जा सकता है की गणना करने के लिए । इसी कड़ी में सेंसर यूनिट के विन्यास को नियंत्रित किया जा सकता है.

सेंसर यूनिट उपकरणों का एक सेट के साथ एक साथ जहाजों, एक कठोर ज्यामितीय विन्यास में व्यवस्थित चार चिंतनशील मार्कर के साथ प्रत्येक संपन्न. गति ट्रैकिंग प्रणाली लगभग 20 हर्ट्ज के एक काम की आवृत्ति पर, छह अलग कठोर उपकरणों के लिए एक साथ ट्रैक कर सकते हैं. दो ऐसे उपकरणों इन प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया: एक सूचक उपकरण है, कि 3 डी अपनी टिप से छुआ स्थिति प्राप्त करने की अनुमति देता है, और एक क्लैंप-सुसज्जित उपकरण, कि परीक्षण के तहत अमेरिका की जांच करने के लिए संलग्न किया जा सकता है ( चित्रा 14देखें) ।

सॉफ्टवेयर पक्ष पर, गति ट्रैकर USB के माध्यम से पहुँचा जा सकता है कि दोनों इकाई नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण के लिए एक निम्न स्तर धारावाहिक आवेदन प्रोग्रामिंग इंटरफेस (एपीआई) सुविधाएँ. डिफ़ॉल्ट रूप से, स्थिति और ओरिएंटेशन बहु-प्रविष्टि आइटम के रूप में दिए जाते हैं, अर्थात प्रत्येक उपकरण के प्रति एक प्रविष्टि ट्रैक की जा रही है । प्रत्येक प्रविष्टि में एक 3d स्थिति (x, y, z) में व्यक्त mm और एक ओरिएंटेशन (q0, qx, qy, qz) एक quaternion के रूप में व्यक्त होता है । प्रणाली भी उच्च स्तर के सॉफ्टवेयर उपकरण है, जो visualizing और वास्तविक समय में स्थिति को मापने के लिए एक ग्राफिक ट्रैकिंग उपकरण शामिल है के एक उपकरण बॉक्स के साथ आता है और कई उपकरणों की स्थितियों/

सिस्टम ओवरव्यू, एकीकरण और सॉफ़्टवेयर घटक

आरेख चित्रा 3 में प्रोटोकॉल के लिए अपनाई गई इंस्ट्रूमेंटेशन को सारांशित करता है, जो सिस्टम में प्रवाहित डेटा स्ट्रीम का भी वर्णन करती है ।

Figure 3
चित्र 3: पूरे हार्डवेयर सेटअप और सिस्टम एकीकरण का ब्लॉक आरेख। यूएस जांच ुला-सेशन सिस्टम से जुड़ा है जो यूएस इमेज अधिग्रहण के लिए नोटबुक के साथ यूएसबी के जरिए संवाद करता है । एक ही समय में, नोटबुक भी गति ट्रैकिंग प्रणाली के लिए यूएसबी के माध्यम से जुड़ा हुआ है, स्थिति डेटा अधिग्रहण के लिए, और ईथरनेट के माध्यम से कार्य केंद्र के लिए, डेटा प्रोसेसिंग के लिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

इसके अलावा अमेरिका की जांच, गति ट्रैकर, और ुला-सेशन प्रणाली है, जो ऊपर वर्णित किया गया है, सेटअप भी दो कंप्यूटर, अर्थात् एक नोटबुक और एक कार्य केंद्र शामिल हैं । पूर्व मुख्य सामने-इंस्ट्रूमेंटेशन के लिए अंत है, प्राप्त करने और दो मुख्य आने वाली डेटा धाराओं तुल्यकालन: अमेरिका ुला-सेशन प्रणाली और गति ट्रैकर से 3 डी पोजीशनिंग डेटा से आ रही छवियां । यह भी प्राप्त किया जा रहा छवियों के लिए ऑपरेटर के लिए एक दृश्य प्रतिक्रिया प्रदान करता है । कार्यस्थान काफी अधिक गणना शक्ति और भंडारण क्षमता है । यह छवि पोस्ट-प्रोसेसिंग और संयुक्त इमेजिंग डेटासेट के लिए एक रिपॉसिटरी के लिए बैक-एंड समर्थन प्रदान करता है । कार्यस्थान भी उपयोग किया जाता हैहमारे और श्री छवियों के दृश्य के लिए, पंजीकृत बहु मॉडल छवियों के एक साथ 3 डी दृश्य की संभावना भी शामिल है ।

छवि प्राप्ति प्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता दो मुख्य डेटा स्ट्रीम का सिंक्रनाइज़ेशन है. मोशन ट्रैकिंग और ुला-सेशन सिस्टम स्वतंत्र उपकरणों है कि अभी तक गतिविधियों का एक स्पष्ट तुल्यकालन का समर्थन नहीं कर रहे हैं । इस के कारण, अमेरिका छवि डेटा और स्थिति की जानकारी के लिए ठीक से समय प्रत्येक छवि टुकड़ा हासिल किया गया था पर अमेरिका की जांच के सही 3 डी स्थिति का पता लगाने के लिए संयुक्त होने की जरूरत है । इस प्रयोजन के लिए, एक विशिष्ट लॉगिंग आवेदन रिकॉर्डिंग और गति ट्रैकिंग प्रणाली द्वारा आपूर्ति की गई डेटा वास्तविक समय में टाइमस्टैंप के लिए विकसित किया गया है, एक C++ सॉफ्टवेयर घटक है कि शामिल है संशोधित करके, इस मामले में, गति ट्रैकर में ही । आम तौर पर, गति ट्रैकिंग सिस्टम एक कम स्तर एपीआई कि वास्तविक समय में डेटा पर कब्जा करने की अनुमति देता है और उंहें एक फाइल को टाइप करने की सुविधा ।

अपनाया गया सिंक्रनाइज़ेशन विधि निम्नानुसार कार्य करता है । प्रवेश आवेदन द्वारा उत्पादित फ़ाइल में प्रत्येक प्रविष्टि स्वरूप "yyyy-MM-ddThh में एक टाइमस्टैंप के साथ संवर्धित है: MM: ss. kkk", जहां: y = वर्ष, एम = महीने, डी = दिन, h = घंटा, एम = मिनट, एस = दूसरा, कश्मीर = मिलीसेकंड । ुला-OP PC-आधारित सॉफ़्टवेयर (C++ और MATLAB प्रोग्रामिंग भाषाएं) प्रत्येक छवि प्राप्ति अनुक्रम के प्रारंभ और समाप्ति समय की गणना करता है और प्रत्येक छवि में. vtk स्वरूप में यह जानकारी संग्रहीत करता है । प्रयोगों के दौरान एक सामान्य लौकिक संदर्भ प्रदान करने के लिए, उपरोक्त सॉफ़्टवेयर कार्यविधियां आरेख 3में फ़्रंट-एंड कंप्यूटर पर निष्पादित की जाती हैं । इस तरह से उत्पादित टाइमस्टैम्प फिर अंतिम डेटासेट का उत्पादन करने वाली पोस्ट-प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर प्रक्रियाओं द्वारा उपयोग किए जाते हैं (प्रोटोकॉल, अनुभाग 8 देखें).

एक और विशिष्ट सॉफ्टवेयर घटक का एहसास था और कार्य केंद्र पर चलाने के लिए ऑपरेटर के लिए वास्तविक समय प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए, श्री छवियों के लिए वर्तमान अमेरिका जांच की स्थिति से संबंधित है और विशेष रूप से, पूर्वनिर्धारित बन गया के सेट करने के लिए । एक सर्वर साइड पायथन में सॉफ्टवेयर दिनचर्या गति ट्रैकर लॉग फ़ाइल प्रक्रियाओं, एक ज्यामितीय आकार में वर्तमान अमेरिका जांच की स्थिति का अनुवाद करता है, और एक Paraview सर्वर के लिए डेटा भेजता है । एक Paraview ग्राहक एक ही Paraview सर्वर से जोड़ता है और वास्तविक समय में ज्यामितीय आकार की स्थिति प्रदर्शित करता है, एक श्री छवि पर आरोपित और आगे ज्यामितीय आकार का वर्णन पूर्वनिर्धारित बन गया है । परिणामी रीयल-टाइम विज़ुअलाइज़ेशन का एक उदाहरण चित्र 17में दिखाया गया है ।

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Protocol

< p class = "jove_content" > इस वीडियो में दिखाए गए सभी जैविक नमूनों को स्टैंडर्ड फूड सप्लाई चेन के जरिए अधिग्रहीत किया गया है । इन नमूनों में शामिल संस्थानों के नैतिक और सुरक्षा नियमों के अनुसार इलाज किया गया है ।

< p class = "jove_content" > नोट: < सबल वर्ग में आरेख = "xfig" > चित्रा 4 इस प्रोटोकॉल की 8 मुख्य अवस्थाओं को सारांशित करता है । 1 से 4 चरणों प्रारंभिक गतिविधियों को शामिल करने के लिए, बस एक बार अमेरिका छवि अधिग्रहण और प्रसंस्करण चरणों की शुरुआत से पहले किया जाना है । ये आरंभिक चरण इस प्रकार हैं: 1. प्रायोगिक सेटअप के प्रारंभिक डिजाइन और एक आगर प्रेत (अंशांकन प्रक्रियाओं में इस्तेमाल किया जा करने के लिए); 2) ex vivo गोजातीय मस्तिष्क की तैयारी; 3. मस्तिष्क के श्री छवियों का अधिग्रहण; 4. गुणात्मक की परिभाषा अमेरिका छवि अधिग्रहण के लिए लक्ष्य के रूप में इस्तेमाल किया जा करने के लिए बन गया । 5 से 8 चरणों के अधिग्रहण और हमें छवियों के प्रसंस्करण से संबंधित हैं । इन चरणों रहे हैं: 5. प्रयोगात्मक सेटअप, जिसमें सभी उपकरणों जुड़े और एकीकृत कर रहे हैं, और सभी लक्ष्यों को तैनात और सत्यापित कर रहे हैं; 6. नेविगेशन के लिए निष्क्रिय मार्करों से सुसज्जित अमेरिकी जांच के अंशांकन; 7. अमेरिका के अधिग्रहण के पानी में डूबे गोजातीय मस्तिष्क की छवियों, दोनों पूर्वनिर्धारित बन गया है और में & #34; मुक्तहस्त मोड & #34;; 8. पोस्ट-प्रोसेसिंग और संयुक्त श्री के दृश्य छवि/ जबकि 5 चरण सिर्फ एक बार प्रदर्शन किया जा सकता है, प्रयोगात्मक गतिविधियों की शुरुआत में, चरणों 6 और 7 प्रत्येक अमेरिका शामिल जांच के प्रति दोहराया जाना चाहिए । चरण 8 पूरे संयुक्त डेटासेट पर सिर्फ एक बार किया जा सकता है, जब सभी अधिग्रहण पूरा कर रहे हैं ।

< p class = "jove_content" फो: रख-जुलकर । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 4" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig4.jpg"/>
< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 4 : प्रायोगिक प्रोटोकॉल कार्यप्रवाह. ब्लॉक आरेख & #160 के मुख्य चरणों को दर्शाता है; प्रोटोकॉल, प्रत्येक चरण में मुख्य कार्रवाइयों की सूची शामिल है. चरण 1-5 प्रारंभिक गतिविधियों और अमेरिका के अधिग्रहण के लिए सेटअप तैयारी शामिल; इस प्रकार, वे सिर्फ एक बार किया जा करने के लिए कर रहे हैं । चरण 6 और 7 अमेरिकी अधिग्रहण शामिल है और प्रत्येक जांच के लिए दोहराया जाना चाहिए । चरण 8, जो छवि के बाद प्रसंस्करण है, बस अंत में एक बार प्रदर्शन किया जा सकता है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig4large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

< p class = "jove_title" > 1. प्रारंभिक डिजाइन

  1. डिजाइन और ऐतिहासिक स्थिति के सत्यापन
    नोट: निंन कार्यविधि के अंशांकन के लिए उपयोग किया जा करने के लिए, लैंडमार्क की स्थिति के लिए एक सुसंगत रणनीति निर्धारित करता है मोशन ट्रैकिंग सिस्टम खंड 6 में वर्णित है ।
    1. एक polystyrene सिर पुतला एक चाकू का उपयोग कर गोजातीय मस्तिष्क (ऊंचाई = १८० mm, चौड़ाई = १४४ mm, लंबाई = ८४ मिमी) के लगभग इसी तरह की एक आकार काटने के द्वारा तैयार ।
    2. polystyrene मस्तिष्क में 3 चकमक पत्थर के गिलास क्षेत्रों (3 मिमी व्यास) के 6 पैटर्न डालने, लगभग 15 मिमी के पक्ष के साथ एक समभुज त्रिकोण के कोने पर व्यवस्था की है, और बाहरी सतह से 1 मिमी से आगे नहीं (देखें < मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 5 ).
    3. USB के माध्यम से नोटबुक के लिए गति ट्रैकिंग प्रणाली कनेक्ट । ट्रैकिंग उपकरण खोलने के लिए, गति ट्रैकिंग शुरू और जांच है कि जब polystyrene मस्तिष्क में कांच क्षेत्रों को छूने, सूचक उपकरण दृश्य के ट्रैकिंग क्षेत्र के भीतर रहता है, दृश्यता और प्रयोगों के दौरान प्रभावी पहुंच की पुष्टि करने के लिए ।
< p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "figure 5" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig5.jpg"/>
< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ५ : Polystyrene मॉडेल ऑफ मस्तिष्क प्रारंभिक डिजाइन चरण के दौरान इस्तेमाल किया । polystyrene पुतला सिर, ठीक से गोजातीय मस्तिष्क आयामों की नकल करने के लिए कटौती, मस्तिष्क में कांच क्षेत्र पैटर्न की स्थिति का चयन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । क्षेत्रों के छह त्रिकोणीय पैटर्न, एक 3 मिमी व्यास के साथ, polystyrene मॉडल में प्रत्यारोपित किया गया है के रूप में चित्र में दिखाया गया है, अर्थात तीन पैटर्न पर सही और तीन छोड़ दिया मस्तिष्क गोलार्द्धों पर. & #160; < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_ upload/55798/55798fig5large. jpg "लक्ष्य =" blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

< राजभाषा प्रारंभ = "2" >
  • आगर प्रेत वडा
    नोट: इन चरणों को एक प्रयोगशाला निर्मित आगर प्रेत अंशांकन प्रक्रियाओं (धारा ६.१) के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए तैयार करने के लिए अनुमति देते हैं । एक चोंच में
    1. , ग्लिसरीन का पतला १०० ग्राम और आगर का ३० ग्राम आसुत जल के ८७० ग्राम में. मिश्रण हिलाओ, जबकि ९० के लिए अपने तापमान में वृद्धि & #176; सी, 10-15 मिनट के लिए । मिश्रण एक 13x10x10 सेमी खाद्य कंटेनर को भरने के लिए और फ्रिज में रखने के लिए कम से कम एक दिन के लिए ।
    2. आगर प्रेत को फ्रिज से निकाल
    3. । रंग 6 ग्लास एक पीले तामचीनी के साथ क्षेत्रों (बेहतर दृश्यता के लिए) और 3 कांच के 2 पैटर्न डालें आगर प्रेत ( यानी में प्रत्येक क्षेत्रों ब्लॉक के एक प्रमुख पक्ष के प्रति ), सतह से दूर नहीं 1 मिमी (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 6 ).
    4. संरक्षण के लिए
    5. जब उपयोग में नहीं, पानी और benzalkonium क्लोराइड का एक समाधान में आगर प्रेत विसर्जित, एक सील प्लास्टिक खाद्य कंटेनर का उपयोग कर, और यह रेफ्रिजरेटर में रहते हैं ।
  • < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 6" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig6.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ६ : आगर प्रेत. यह आंकड़ा आगर प्रेत से पता चलता है, जिसमें तीन पीले रंग के कांच के गोले का प्रत्यारोपित पैटर्न (काले तीरों द्वारा दर्शाया गया) निचली धार में स्पष्ट रूप से दिखाई देता है । अंशांकन चरण के दौरान क्षेत्र की स्थिति को मापने के लिए प्रयुक्त सूचक उपकरण टिप, भी प्रेत के पास दिखाया गया है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig6large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 2. गोजातीय मस्तिष्क की तैयारी और निर्धारण

    1. मानक खाद्य आपूर्ति श्रृंखला से ex vivo गोजातीय मस्तिष्क का अधिग्रहण । यह बर्फ पर परिवहन (संरक्षण के लिए) । आमतौर पर, के रूप में इस मामले में, पूर्व vivo मस्तिष्क पशु से हटा दिया गया है के बाद उपलब्ध कराया जाता है ।
    2. बर्फ से मस्तिष्क को हटाने और यह एक aspirating हुड में जगह है । बाद में तैयारी चरणों के लिए इसे हुड में रखें । मस्तिष्क गोलार्द्धों को अलग, सेरिबैलम , mesencephalon , pons, और brainstem एक शल्य ब्लेड के साथ अलग करके, दिमाग की ventral सतह पर संरचनाओं के माध्यम से काटने ।
    3. स्थिति के लिए एक संदर्भ के रूप में polystyrene पुतला का उपयोग कर, प्रत्यारोपण 6 ललाट, लौकिक और पश्चकपाल पालियों के प्रांतस्था में 3 क्षेत्रों के त्रिकोणीय पैटर्न । सुनिश्चित करें कि पूर्वनिर्धारित शर्तों (सतह और क्षेत्रों के बीच से यानी दूरी) से मुलाकात कर रहे हैं । दृश्यता के लिए, एक हरे ऊतक प्रोटोकॉल के लिए डाई अंकन के साथ मस्तिष्क की सतह पर सभी क्षेत्रों के पदों को चिह्नित (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 7 ).
    4. विसर्जित 10% में मस्तिष्क बफर formalin समाधान । संरचनात्मक भागों के लिए एक प्लास्टिक कंटेनर का उपयोग करें (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्र ८ ). जब तक निर्धारण प्रक्रिया पूरी न हो जाए, तब तक मस्तिष्क को formalin के साथ कंटेनर में छोड़ दें ।
      चेतावनी: formalin एक विषाक्त रासायनिक पदार्थ है और देखभाल के साथ नियंत्रित किया जाना चाहिए; विशिष्ट विनियम भी लागू हो सकते हैं, उदाहरण के लिए अमेरिका OSHA मानक १९१०.१०४८ App. A.
    < p class = "jove_content" फो: रख-जुलकर । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 7" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig7.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ७ : गोजातीय मस्तिष्क वडा तथा कांच क्षेत्रों के आरोपण. गोजातीय मस्तिष्क एक विशेषज्ञ पैथोलॉजिस्ट द्वारा अधिक में संरचनात्मक भागों को हटाने और फिर कांच क्षेत्र पैटर्न प्रत्यारोपित द्वारा तैयार किया जाता है, पहले से डिजाइन विंयास (ए) के अनुसार । क्षेत्र की स्थिति तो मस्तिष्क की सतह (ख) पर एक हरे रंग के साथ चिह्नित कर रहे हैं । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig7large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 8" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig8.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ८ : formalin. में गोजातीय मस्तिष्क निर्धारण प्रत्यारोपित कांच क्षेत्रों के साथ गोजातीय मस्तिष्क में 10% में डूबे है संरचनात्मक भागों के लिए एक प्लास्टिक कंटेनर के अंदर formalin समाधान बफर (ए) । न्यूनतम 3-सप्ताह की अवधि के बाद, निर्धारण प्रक्रिया पूरी हो जाती है (b) और मस्तिष्क छवि अधिग्रहण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig8large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 3. श्री छवि अधिग्रहण

    1. formalin समाधान से मस्तिष्क को निकालने, इसे पानी में रात भर धोने, यह एक साफ प्लास्टिक कंटेनर में जगह है, और इसे सील ।
    2. श्री सिर का तार में कंटेनर डाल दिया है और यह श्री स्कैनर में जगह है ।
    3. प्रदर्शन श्री एक 3 टी श्री स्कैनर एक ३२-चैनल सिर का तार के साथ संपंन काम स्कैन (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 9 ) । t1, टी 2 और CISS दृश्यों का एक संकल्प के साथ का उपयोग कर छवियों के तीन सेट प्राप्त 0.7 x07x1 mm 3 और 0.5 x 0.5 x1 mm 3 / एमआर स्कैनर के सॉफ्टवेयर उपकरण का उपयोग कर DICOM प्रारूप में श्री छवियों को बचाओ.
    4. उपयोग के बाद
    5. , 10% में मस्तिष्क विसर्जित formalin बफर । एक प्रसंस्करण कार्य केंद्र के लिए श्री स्कैनर से अधिग्रहीत श्री छवियों को स्थानांतरित.
    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "figure 9" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig9.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ९ : श्री छवि अर्ज. गोजातीय मस्तिष्क, एक साफ प्लास्टिक कंटेनर में बंद, श्री छवि अधिग्रहण के लिए 3 टी श्री स्कैनर में डाल दिया है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig9large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 4. गुणात्मक की परिभाषा हमारे लिए छवि अधिग्रहण

    < p class = "jove_content" > नोट: यह कार्यविधि, श्री छवियों के संबंध में, जिसमें स्पष्ट रूप से शामिल मस्तिष्क क्षेत्रों की दृश्यता, गुणात्मक का एक सेट निर्धारित करता है पहचानने योग्य संरचनात्मक संरचनाओं और अच्छी तरह से विभेदित ऊतकों (विशेष रूप से सफेद और भूरे रंग की बात) हमें छवियों में अधिकतम है ।

    1. Paraview सॉफ्टवेयर उपकरण के साथ DICOM प्रारूप में श्री छवियों को खोलने (इसके बाद, विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ्टवेयर). एक विशेषज्ञ दोनों स्लाइस और 3 डी मात्रा के रूप में, आवश्यक के रूप में छवियों कल्पना है ।
    2. संरचनात्मक संरचनाओं और ऊतकों की दृश्यता का आकलन करने के लिए डेटासेट में प्रत्येक श्री छवि का निरीक्षण ( जैसे पार्श्व निलय, कॉर्प महासंयोजिका , बेसल गैंग्लिया के ग्रे मैटर).
    3. सबसे अच्छा पहचानने दृश्य सुविधाओं से युक्त संदर्भ श्री छवि से 3 डी स्थानिक उपक्षेत्र का चयन करें और लगभग अधिक से अधिक दृश्यता के काटने विमानों को परिभाषित । पहचान 12 पूर्वनिर्धारित अमेरिका छवि अधिग्रहण, दृश्य सुविधाओं का एक महत्वपूर्ण सेट को शामिल करने के लिए बन गया ।
    4. प्रत्येक वर्चुअल पोज के लिए
    5. , use & #34; योजने & #62; कोन & #34; एक दृश्य मील का पत्थर के रूप में एक 3d शंकु बनाने के लिए । प्रत्येक शंकु ऊंचाई ४० mm और त्रिज्या 2 mm करने के लिए अनुकूलित और मैंयुअल रूप से 3 डी दृश्य क्षेत्र में शंकु स्थिति (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 10 ) । एक Paraview राज्य फ़ाइल के रूप में श्री छवि, 3 डी क्षेत्रों, विमानों और स्थलों के परिसर में सहेजें ।
    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "figure 10" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig10.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 10 : हमारे लिए पूर्वनिर्धारित बन गई छवि अधिग्रहण. में मार्करों (ए) में 12 चयनित की स्थितियां दिखाने के 3 डी श्री छवि फ्रेम में बन गया अमेरिका छवि अधिग्रहण के लिए ऑपरेटर द्वारा पहुंचा जा सकता है । में (ख) चयनित बन के लिए इसी श्री विमानों को दिखाया जाता है; लाल मार्कर अमेरिका की जांच स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है (श्री छवि अंतरिक्ष में प्रतिनिधित्व) वास्तविक समय में चलती है, जब तक सफेद मार्करों में से एक तक पहुंच गया है और वांछित अमेरिकी छवि प्रणाली द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig10large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 5. प्रायोगिक सेटअप

    1. वातावरण तथा लक्ष्य
      नोट: यह चरण सेटअप और यूएस प्राप्ति प्रयोगों के लिए उपकरणों की तैयारी का वर्णन करता है ।
      1. एक मेज पर एक 50x50x30 सेमी प्लास्टिक की टंकी की स्थिति और इसे degassed पानी के साथ 15 सेमी की ऊंचाई तक भरने । स्थिति गति ट्रैकिंग प्रणाली है कि पानी की टंकी से ऊपर और पूरी तरह से देखने के अपने क्षेत्र के भीतर से दिखाई दे रहा है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 11 ) और यूएसबी के माध्यम से नोटबुक के लिए प्रस्ताव ट्रैकर कनेक्ट.
      2. ट्रैकिंग सिस्टम के ट्रैकिंग टूल का उपयोग करके सूचक की जांच करने के लिए pivoting प्रक्रिया निष्पादित करना < सुप class = "xref" > ३४ .
      3. ुला-सेशन सिस्टम को टेबल पर रखें और इसे यूएसबी के जरिए नोटबुक में कनेक्ट करें, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि कंप्यूटर स्क्रीन यूएस जांच ऑपरेटर के लिए साफ दिखाई दे । तालिका पर कार्यस्थान स्थिति और सुनिश्चित करें कि इसकी स्क्रीन ऑपरेटर के लिए स्पष्ट रूप से दृश्यमान है ।
      4. formalin समाधान से मस्तिष्क निकालने और इसे पानी में धो लें । यह सिंथेटिक राल की एक थाली पर स्थिर, सिलाई धागा और चिपकने वाली धारियों के खंडों का उपयोग कर (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्र 12 ).
      5. टैंक में मस्तिष्क के साथ थाली विसर्जित कर दिया और सत्यापित करें कि मस्तिष्क के आसपास पूरे काम अंतरिक्ष सूचक और सॉफ्टवेयर ट्रैकिंग उपकरण का उपयोग कर, गति ट्रैकर के दृश्य के क्षेत्र के भीतर फिट बैठता है.
    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 11" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig11.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ११ : स्थापक का मोशन ट्रैकिंग प्रणाली के साथ प्रयोगात्मक अधिग्रहण. गति ट्रैकिंग संवेदक पानी की टंकी जिसमें गोजातीय मस्तिष्क डूब जाता है के ऊपर रखा जाता है, ताकि लक्ष्य और clamped को प्रतिबिंबित मार्करों के साथ जांच पूरी तरह से देखने के अपने माप क्षेत्र के भीतर फिट । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig11large.jpg" target = "blank"> कृपया इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "figure 12" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig12.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १२ : में गोजातीय मस्तिष्क की स्थिति पानी की टंकी. गोजातीय मस्तिष्क दो सिलाई धागे के माध्यम से एक सिंथेटिक राल प्लेट पर मैटीरियल है (अनुदैर्ध्य विदर के साथ रखा) और चिपकने वाली धारियों के साथ प्लेट पर तय की । थाली और गोजातीय मस्तिष्क फिर पानी की टंकी में डूब जाता है । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig12large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < राजभाषा प्रारंभ = "2" >
  • स्कैन करने के लिए यूएस जांच को कनेक्ट करना और ुला-ऑप को कॉन्फ़िगर करना.
    1. ुला-सेशन सिस्टम को यूएस जांच से जोड़ते हैं ।
    2. कॉंफ़िगर ुला-OP सिस्टम के माध्यम से इसकी कॉंफ़िगरेशन फ़ाइलें और उसके सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस से कंप्यूटर (< सशक्त वर्ग = "xfig" > चित्र 13 ) ।
      1. दो अलग ऑपरेटिंग आवृत्तियों (7 मेगाहर्ट्ज और 9 मेगाहर्ट्ज) को रोजगार दो से अधिक छोड़ बी मोड से मिलकर एक द्वैध मोड को परिभाषित । प्रत्येक विधा के लिए एक 1-चक्र द्विध्रुवी फट सेट करें । के साथ स्वागत में ध्यान केंद्रित कर 25 मिमी गहराई और गतिशील पर संचरण फोकस सेट करें F # = 2 शिंक्र apodization फ़ंक्शन.
      2. beamformed रिकॉर्ड करने के लिए सिस्टम को कॉंफ़िगर करें और चरण और निकालना (I/Q) संग्राहक डेटा.
    3. पूर्ण operativity सुनिश्चित करने के लिए कुछ अधिग्रहण परीक्षण निष्पादित करें ।
      1. सिस्टम को फ्रीज करें, पर क्लिक करके & #34; फ्रीज & #34; टॉगल बटन ुला-सेशन सॉफ्टवेयर में । तीन फ़्लॉपी डिस्क के रूप में प्रकट होता है जो टॉगल बटन पर क्लिक करके ' सहेजें ' मोड सक्षम करें । पॉपअप विंडो पर, जो प्राप्ति के अंत में प्रकट होता है, फ़ाइल नाम लिखें और & #34 पर क्लिक करें; सहेजें & #34;.
  • < p class = "jove_content" फो: रख-जुलकर । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 13" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig13.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १३ : अमेरिका छवि अधिग्रहण के लिए प्रयोगात्मक सेटअप. ुला-सेशन सिस्टम पानी की टंकी के पास रखी नोटबुक से जुड़ा है, ताकि अधिग्रहण के दौरान उसका डिस्प्ले यूएस जांच संचालक को साफ दिखाई दे । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig13large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < राजभाषा प्रारंभ = "3" >
  • अमेरिका की जांच पर निष्क्रिय चिंतनशील मार्करों clamping
    नोट: इस प्रक्रिया के बाद, अमेरिकी जांच की एक ठोस विधानसभा और निष्क्रिय चिंतनशील मार्करों छवि और स्थिति के बाद अधिग्रहण के लिए बनाया गया है डेटा.
    1. अमेरिकी जांच हैंडल पर दबाना के लिए एक उपयुक्त स्थिति का पता लगाएं । अमेरिकी जांच हैंडल पर निष्क्रिय चिंतनशील मार्कर दबाना (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १४ ).
    2. कुछ अधिग्रहण परीक्षण प्रदर्शन (चरण 5.2.3 देखें) सुनिश्चित करना है कि दबाना स्थिर है, मार्करों गति ट्रैकिंग प्रणाली द्वारा स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं, जबकि अमेरिकी जांच की उंमीद काम कर मुद्राओं में आयोजित किया जा रहा है ।
  • < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 14" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig14.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १४ : निष्क्रिय उपकरण के साथ 3d इमेजिंग piezoelectric जांच पर clamped मार्करों को प्रतिबिंबित करता है । मार्करों के साथ उपकरण ठीक से clamped है और 3d इमेजिंग piezoelectric जांच संभाल पर तय है, ताकि वे एक संयुक्त विधानसभा के रूप में एक ही समय में अमेरिकी छवि और स्थिति डेटा अधिग्रहण के लिए इस्तेमाल किया जाएगा । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig14large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 6. अंशांकन

    < p class = "jove_content" > नोट: यह खंड उस प्रोटोकॉल के प्रायोगिक भाग का वर्णन करता है जो विभिन्न स्थानिक संदर्भ फ़्रेम के बीच आवश्यक रूपांतरणों की गणना करने के लिए जानकारी एकत्र करती है शामिल. गणना पद्धति के बारे में गणितीय विवरणों के लिए अनुभाग 9 देखें. MATLAB प्रोग्रामिंग भाषा में अंशांकन के लिए सॉफ्टवेयर दिनचर्या https://bitbucket.org/unipv/denecor-transformations पर खुले स्रोत के रूप में उपलब्ध हैं ।

    1. अमेरिका छवि फ़्रेम से निष्क्रिय उपकरण के लिए अमेरिका की जांच पर clamped फ़्रेम
      नोट: निंन अंशांकन प्रक्रिया के लिए कठोर परिवर्तन है कि स्थानीय में हमें छवि voxels के लिए स्थानिक पदों को आवंटित करने की अनुमति देता है गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है जांच पर clamped निष्क्रिय उपकरण के संदर्भ के फ्रेम । यह एक अमेरिकी जांच पर एक निष्क्रिय उपकरण के बढ़ते प्रत्येक के लिए दोहराया जाना चाहिए ।
      1. स्थिति आगर प्रेत पानी की टंकी के अंदर पूर्ण विसर्जन में । लॉगिंग अनुप्रयोग जो स्थिति डेटा रिकॉर्ड करें और अपनी गति ट्रैक करते समय सूचक उपकरण के साथ आगर प्रेत में 6 ग्लास क्षेत्रों में से प्रत्येक के पदों को इकट्ठा शुरू करो ।
      2. में 3 क्षेत्रों के प्रत्येक पैटर्न के प्रति एक अमेरिकी छवि का अधिग्रहण प्रेत (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १५ ) (step 5.2.3). ुला-सेशन प्रणाली के पूर्व दृश्य समारोह का उपयोग यांत्रिक बांह के माध्यम से अमेरिका की जांच की स्थिति है, ताकि तीन क्षेत्रों का एक पूरा पैटर्न देखने के क्षेत्र के भीतर है. मोल और इसी अमेरिकी छवि को बचाने के लिए ।
      3. ुला-सेशन प्रारूप में सभी अमेरिकी छवियों को हस्तांतरण, साथ में गति ट्रैकर लॉग-फ़ाइलें, कार्य केंद्र के लिए.
      4. दृश्य सॉफ्टवेयर में प्रत्येक अमेरिकी छवि को खोलने, मैन्युअल उनमें से प्रत्येक में 3 ग्लास क्षेत्रों की स्थिति को चिह्नित, और एक. csv फ़ाइल में 3 डी पदों टाइप.
      5. दो संदर्भ फ्रेम के बीच अमेरिका के लिए मार्कर कठोर परिवर्तन की गणना (मुक्त स्रोत कोड प्रदान की और धारा 9 देखें) ।
    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 15" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig15.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 15 : अर्ज US अंशांकन के लिए आगर प्रेत की छवियाँ. ऑपरेटर अमेरिका की जांच ले जाता है (CMUT जांच) आगर प्रेत पर दो अमेरिका दो एंबेडेड क्षेत्र पैटर्न युक्त छवियों को प्राप्त करने के लिए, के रूप में वास्तविक समय में दिखाया गया है ुला द्वारा कंप्यूटर प्रदर्शन पर सेशन सॉफ्टवेयर । अधिग्रहीत छवियों तो जांच पर clamped मार्करों के साथ निष्क्रिय उपकरण के अंतरिक्ष के लिए अमेरिका की छवि अंतरिक्ष से परिवर्तन की गणना करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig15large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < राजभाषा प्रारंभ = "2" >
  • गति ट्रैकर अंतरिक्ष से श्री छवि अंतरिक्ष
    नोट: निम्न अंशांकन कार्रवाई करने के लिए श्री छवि संदर्भ फ़्रेम के लिए गति ट्रैकिंग सिस्टम संदर्भ फ़्रेम से कठोर परिवर्तन की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है और गति ट्रैकर के संचालन रेंज के अंदर मस्तिष्क के प्रत्येक स्थान के लिए दोहराया जाना चाहिए. इस प्रक्रिया में पिछले दो चरणों प्रत्येक अलग श्री छवि के लिए दोहराया जाना चाहिए ।
    1. पानी की टंकी के अंदर पूर्ण विसर्जन में मस्तिष्क की स्थिति । लॉगिंग अनुप्रयोग प्रारंभ करें और सूचक उपकरण के साथ 18 ग्लास क्षेत्रों में से प्रत्येक के पदों को इकट्ठा (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 16 ). स्थानांतरण गति ट्रैकर लॉग फ़ाइलें कार्यस्थान पर ।
    2. विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ्टवेयर में मस्तिष्क के प्रत्येक श्री छवि को खोलने, मैन्युअल रूप से 18 कांच क्षेत्रों में से प्रत्येक की स्थिति को चिह्नित, और. csv फ़ाइलों के रूप में इसी 3 डी निर्देशांक बचाने के लिए.
    3. दो संदर्भ फ्रेम के बीच गति ट्रैकर करने के लिए श्री कठोर परिवर्तन की गणना (खुला स्रोत कोड और धारा 9 देखें).
  • < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 16" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig16.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १६ : अर्ज कांच की स्थिति अंशांकन के लिए गोजातीय मस्तिष्क में प्रत्यारोपित क्षेत्रों के । सूचक उपकरण टिप प्राप्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है, एक के बाद एक, 18 ग्लास पानी में डूबे गोजातीय मस्तिष्क में प्रत्यारोपित क्षेत्रों की स्थिति । इन पदों की गणना के लिए किया जाता है transfश्री छवि अंतरिक्ष के लिए गति ट्रैकिंग प्रणाली अंतरिक्ष से ormation । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig16large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < p class = "jove_title" > 7. अल्ट्रासाउंड अर्जन

    < p class = "jove_content" > नोट: Paraview के लिए पायथन में सॉफ्टवेयर दिनचर्या, वास्तविक समय दृश्य प्रक्रिया के लिए, https://bitbucket.org/unipv/denecor-tracking पर खुले स्रोत के रूप में उपलब्ध हैं.

    1. अमेरिका की छवियों के अधिग्रहण पूर्वनिर्धारित बन गया है
      1. अमेरिकी जांच पर मार्करों दबाना और अंशांकन प्रक्रिया निष्पादित (५.३ वर्गों और ६.१) । स्थिति मस्तिष्क और अंशांकन प्रक्रिया निष्पादित (वर्गों ५.१ और ६.२).
      2. दो कठोर परिवर्तन पैरामीटर इकट्ठा (अमेरिका के लिए मार्कर और गति ट्रैकर-श्री) चरणों में गणना 6.1.5 और 6.2.3 और वास्तविक समय दृश्य पायथन में कार्यांवित की प्रक्रिया के फ़ोल्डर में इन फ़ाइलों को हस्तांतरण और दृश्य सॉ (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 10b ).
      3. विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके रीयल-टाइम विज़ुअलाइज़ेशन प्रक्रिया प्रारंभ करें (खोलें-स्रोत कोड देखें) और सत्यापित करें कि यूएस जांच की वास्तविक स्थिति सही तरीके से प्रदर्शित की गई है (< सशक्त वर्ग = "xfig" > चित्र 17 ).
      4. जांच की स्थिति रिकॉर्ड करने के लिए लॉगिंग अनुप्रयोग प्रारंभ करें । मैन्युअल रूप से प्रत्येक गुणात्मक पूर्वनिर्धारित स्थिति से मेल खाती है, जैसा कि विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर में प्रदर्शित किया गया है, अमेरिका की जांच के साथ और ुला-ऑप सिस्टम (step 5.2.3) के साथ संगत छवि प्राप्त करें. दो अनुप्रयोगों को रोकें और ुला-सेशन प्रारूप और गति ट्रैकर लॉग इन फ़ाइलों में सभी अमेरिका छवियों को स्थानांतरित करने के लिए कार्य केंद्र ।
    < p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 17" class = "xfigimg" src = "//cloudflare2.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig17.jpg"/>
    < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १७ : अर्ज US पूर्वनिर्धारित बन गया की छवियां. ऑपरेटर अमेरिकी जांच के लिए पूर्वनिर्धारित बन पहुंच जाता है; प्रक्रिया वास्तविक समय में एक अजगर दिनचर्या है, जो कार्य केंद्र प्रदर्शन पर मस्तिष्क के 3 डी श्री छवि पर जांच की स्थिति से पता चलता है द्वारा समर्थित है, दृश्य सॉफ्टवेयर का उपयोग कर । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55798/55798fig17large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

    < राजभाषा प्रारंभ = "2" >
  • मुक्तहस्त के अधिग्रहण, 3 डी छवि पुनर्निर्माण के लिए रैखिक अमेरिका की जांच के साथ चल रहा है
    नोट: निम्नलिखित चरणों रैखिक हमें केवल जांच के लिए इरादा कर रहे हैं और 2d planar अमेरिका छवियों के अनुक्रम के अधिग्रहण की अनुमति है जो , साथ मोशन ट्रैकिंग सिस्टम से पोजीशनिंग डेटा के साथ, 3 डी मात्रा पुनर्निर्माण के लिए आवश्यक हैं ।
    1. अमेरिकी जांच पर मार्करों दबाना और अंशांकन प्रक्रिया निष्पादित (५.३ वर्गों और ६.१) । स्थिति मस्तिष्क और अंशांकन प्रक्रिया निष्पादित (वर्गों ५.१ और ६.२).
    2. मैन्युअल रूप से लक्षित प्रारंभिक मुद्रा में अमेरिका की जांच की स्थिति ( उदाहरण के लिए प्रत्येक गोलार्द्ध के ललाट अंत ). ुला-OP सिस्टम (चरण 5.2.3) और जांच स्थिति रिकॉर्डिंग के लिए लॉगिंग अनुप्रयोग के साथ प्रत्येक यूएस छवि अनुक्रम का अधिग्रहण प्रारंभ करें ।
    3. इरादा अंतिम मुद्रा की ओर अमेरिका की जांच करने के लिए एक धीमी गति से, मुक्तहस्त गति लागू ( जैसे मस्तिष्क के प्रत्येक गोलार्द्ध के बाहर का अंत) । ुला-सेशन प्रणाली के साथ अमेरिका छवियों के अधिग्रहण बंद करो और जांच ट्रैकिंग बंद करो । ुला-OP प्रारूप और गति ट्रैकर में सभी अमेरिकी छवियों को स्थानांतरित करने के लिए कार्यस्थान लॉग फ़ाइलें.
  • < p class = "jove_title" > 8. बाद प्रसंस्करण और दृश्य

    1. अमेरिका छवि
      के मुक्तहस्त दृश्यों के बाद प्रसंस्करण: यह प्रक्रिया MATLAB प्रोग्रामिंग भाषा में लागू किया जाता है और ुला-सेशन में 2d अमेरिका छवियों के प्रत्येक मुक्तहस्त अनुक्रम के लिए लागू किया जाता है प्रारूप, पूरा 3 डी छवियों का उत्पादन करने के लिए ।
      1. ुला-सेशन प्रारूप में हमें छवियों के अनुक्रम लोड । गति ट्रैकर लॉग इन फ़ाइलों के साथ अमेरिका छवियों के अनुक्रम मैच । ुला-ऑप सिस्टम द्वारा दर्ज के रूप में, अधिग्रहण प्रक्रिया के अंत करने के लिए शुरू से जा रहा लौकिक अंतराल में शामिल किए गए लॉग फ़ाइलों से समय की स्थिति का एक अनुक्रम निकालें ।
      2. ुला-सेशन प्रणाली द्वारा दर्ज मापदंडों का उपयोग अनुक्रम में प्रत्येक अमेरिकी छवि के सटीक समय की गणना.
      3. अनुक्रम में प्रत्येक अमेरिकी छवि से संबंधित स्थिति की गणना, दो निकटतम समय पर मोशन ट्रैकिंग प्रणाली द्वारा दर्ज की स्थिति के बीच interpolating द्वारा । अनुवाद वैक्टर और रोटेशन के बीच गोलाकार रैखिक प्रक्षेप (SLERP) के बीच रैखिक प्रक्षेप का प्रयोग करें, quaternions.
        के रूप में व्यक्त नोट: अनुक्रम में औसत अमेरिका छवि मान- यानी की स्थिति में छवि है कि सबसे अच्छा विभाजन के दो हिस्सों में अनुक्रम (लगभग) बराबर लंबाई-3 डी अमेरिका छवि फ्रेम को परिभाषित करने के लिए एक संदर्भ के रूप में.
      4. एक लघुगणकीय संपीड़न लागू करें, अपनी अधिकतम करने के लिए छवि को सामान्य और अमेरिका छवि में प्रत्येक विमान के लिए एक थ्रेशोल्ड (सामान्यतया-६० dB) लागू करें ।
      5. संदर्भ फ्रेम के संबंध में
      6. , गणना और स्थानिक स्थित विमानों का एक बंडल प्राप्त करने के अनुक्रम में अन्य अमेरिका छवियों में से प्रत्येक के लिए एक रिश्तेदार स्थानिक रूपांतरण लागू होते हैं ।
      7. एक काटीज़ियनवादी voxels के 3 डी सरणी का उत्पादन करने के लिए स्थानिक स्थित विमानों की संरचना के लिए एक रैखिक प्रक्षेप दिनचर्या लागू होते हैं । एक. vtk फ़ाइल के रूप में voxels के काटीज़ियनवादी 3 डी सरणी सहेजें और अंतराल टाइमस्टैंप कि अधिग्रहण समय के अनुरूप रिकॉर्ड ।
    2. पोस्ट-अंय अमेरिकी छवियों के प्रसंस्करण (मुक्तहस्त अनुक्रम नहीं)
      नोट: निम्न कार्यविधि मुक्तहस्त अनुक्रम (खंड ८.१) को छोड़कर ुला-OP स्वरूप में प्रत्येक अमेरिकी छवि के लिए लागू किया जाता है ।
      1. ुला-सेशन फॉर्मेट में यूएस इमेज लोड करते हैं । लघुगणकीय संपीड़न लागू करें, छवि को उसकी अधिकतम पर सामान्य करें और अमेरिका की छवि में प्रत्येक विमान के लिए थ्रेशोल्ड (सामान्यतया-६० dB) लागू करें.
      2. 3 डी अमेरिका छवियों के लिए ही, एक रैखिक इंटरपोल दिनचर्या लागू ( अर्थात् स्कैन रूपांतरण) स्थानिक स्थित विमानों की संरचना के लिए voxels के एक काटीज़ियनवादी 3 डी सरणी का उत्पादन ।
      3. छवि विमान या एक. vtk फ़ाइल के रूप में voxels के काटीज़ियनवादी 3d सरणी सहेजें, अंतराल टाइमस्टैंप कि अधिग्रहण समय के अनुरूप रिकॉर्डिंग ।
    3. अमेरिका का पंजीकरण छवियां
      नोट: इस खंड का वर्णन अंतिम अंशांकन चरणों के दौरान परिकलित दो ट्रांस्फ़ॉर्मेशन का उपयोग करते हुए, हम और श्री छवियों का फाइनल पंजीकरण करने के लिए कार्यविधियों, और स्थिति डेटा अधिग्रहण के दौरान दर्ज अमेरिकी जांच का । अमेरिका छवियों के पंजीकरण के लिए MATLAB प्रोग्रामिंग भाषा में सॉफ्टवेयर दिनचर्या https://bitbucket.org/unipv/denecor-transformations पर खुले स्रोत के रूप में उपलब्ध हैं ।
      1. लोड करै इमेज मे. vtk formation.
      2. गति ट्रैकर लॉग फ़ाइलों के साथ अमेरिका की छवि के समय मैच । vtk छवि में रिकॉर्ड किया गया के रूप में प्राप्ति प्रक्रिया के अंत करने के लिए प्रारंभ से जा रहा लौकिक अंतराल में शामिल हैं जो लॉग फ़ाइलों से समय की स्थिति का एक अनुक्रम निकालें ।
      3. अमेरिका की छवि के लिए एक औसत स्थान की गणना । अनुवाद के लिए रैखिक औसत का उपयोग करें वैक्टर और संदर्भ में वर्णित एल्गोरिथ्म लागू करें < सुप वर्ग = "xref" > 35 के लिए घुमाव, quaternions के रूप में व्यक्त.
      4. विशेष अमेरिकी छवि से मेल खाती है कि अमेरिका के लिए मार्कर परिवर्तन लोड । गति ट्रैकर लोड-श्री परिवर्तन जो विशिष्ट अमेरिकी छवि और पसंद के श्री छवि से मेल खाती है ।
      5. अमेरिका के लिए श्री कठोर पंजीकरण परिवर्तन की गणना करने के लिए ऊपर दो रूपांतरणों के साथ एक साथ औसत स्थिति का उपयोग करें, और बचाने के लिए अनुवाद और Euler कोण है कि पसंद की श्री छवि फ्रेम में अमेरिका छवि visualizing की अनुमति सहित विभिंन स्वरूपों में उत्तरार्द्ध, ।
    4. पंजीकृत यूएस छवियां के दृश्य
      नोट: इन अंतिम चरणों का अधिग्रहण अमेरिका और श्री छवियों कल्पना और उंहें दृश्य सॉफ्टवेयर में superposition के बाद दिखाने के लिए, पहले की गणना का उपयोग कर रहे है परिवर्तनों.
      1. दृश्य सॉफ्टवेयर शुरू और पसंद की श्री छवि लोड । सभी प्रासंगिक हमें छवियों लोड । प्रत्येक अमेरिकी छवि के लिए, एक Paraview रूपांतरण बनाने और गणना अमेरिका के लिए श्री पंजीकरण परिवर्तन लागू (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 18 ) छवि डेटा के लिए.
    < p class = "jove_title" > 9. अंशांकन मॉडल और रूपांतरण

    < p class = "jove_content" > नोट: यह खंड प्रस्तुत प्रोटोकॉल में प्रयुक्त अंशांकन और परिवर्तन तकनीक के गणितीय विवरण का वर्णन करता है । प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल संदर्भ है कि ठीक से संयुक्त होना चाहिए के चार अलग फ्रेम शामिल है: 1) अमेरिका छवि फ्रेम, जो अमेरिका की जांच और स्कैनर विंयास के दोनों भौतिक विशेषताओं पर निर्भर करता है, कि एसोसिएट्स स्थानिक निर्देशांक (x , y, z) एक अमेरिकी छवि में प्रत्येक voxel को (एकरूपता के लिए, सभी 2d planar छवियों को y = 0 है ग्रहण कर रहे हैं); 2) मार्कर (एम) फ्रेम, जो निष्क्रिय मार्कर उपकरण है कि अमेरिका की जांच करने के लिए clamped है करने के लिए अंतर्निहित है (धारा ६.१); 3) गति ट्रैकिंग प्रणाली (टीएस) फ्रेम, जो ट्रैकिंग साधन के लिए अंतर्निहित है; 4) श्री छवि (एमआरआई) फ्रेम, जो स्कैनर द्वारा परिभाषित किया गया है, कि एक श्री छवि में प्रत्येक voxel के लिए स्थानिक निर्देशांक (एक्स, वाई, जेड) एसोसिएट्स । संकेतन की सुविधा और सरलता के लिए, इस खंड में बताई गई कार्यविधियों को रोटेशन मैट्रिक्स ( यानी दिशा कोज्या मैट्रिक्स) का उपयोग करके वर्णित किया गया है और न quaternions < सुप वर्ग = "xref" > ३६ .

    1. US से M फ़्रेम
      नोट: ६.१ अनुभाग में प्रयोगात्मक अंशांकन प्रक्रिया निम्न जानकारी पैदा करता है: 1) 3d पोजिशन ( p 1 , & #8230;, p 6 ) TS 3 क्षेत्रों में से 2 पैटर्न के प्रत्येक, आगर प्रेत में शामिल है और गति ट्रैकर फ्रेम में मापा; 2) एक ही दो पैटर्न के 3 डी पदों ( p 1 , & #8230;, p 3 ) यूएस और ( p 4 , & #8230;, p 6 ) us मापा प्रत्येक दो अमेरिकी छवियों का अधिग्रहण; 3) एक परिवर्तन ( R m & #62; टीएस , t m & #62; टीएस ), जहां आर एक रोटेशन मैट्रिक्स है और टी एक अनुवाद वेक्टर है, पोजिशनिंग इंस्ट्रूमेंट द्वारा मापा जाता है, जो निष्क्रिय मार्कर उपकरण के सापेक्ष स्थिति का वर्णन (सभी घुमाव गति ट्रैकिंग प्रणाली द्वारा मापा quaternions, जो रोटेशन मैट्रिक्स में अनुवाद किया जाना है के रूप में रिपोर्ट कर रहे हैं) ।
      1. लागू करें एल्गोरिथ्म संदर्भ < सुप वर्ग = "xref" > ३७ सूचियों के दो जोड़ियों में से प्रत्येक को ( p 1 , & #8230;, p 3 ) US , ( p 1 , & #8230;, p 3 ) टीएस र ( p 4 , & #8230;, p 6 ) US , ( p 4 , & #8230;, p 6 ) टीएस , प्राप्त करने के लिए दो प्रकार के रूपांतरों ( R us & #62; टीएस , t us & #62; टीएस ), प्रत्येक एक विशिष्ट अमेरिकी छवि अंतरिक्ष के लिए इसी ।
        1. गणना वांछित रूपान्तरण का एक अनुमान ( R us & #62; मी , t us & #62; मी ) उपर्युक्त रूपांतरों में से प्रत्येक से निम्न प्रकार से:
          R US & #62; मी = R T M & #62; टीएस R US & #62; टीएस
          t & #62; म = R t m & #62; टीएस ( t US & #62; टीएस- t M & #62; टीएस )
          नोट: दो अनुमान वैक्टर टी का औसत अंकगणित द्वारा संयुक्त कर रहे हैं यूएस & #62; m और घुमाव का औसत मैट्रिक्स R यूएस & #62; M संदर्भ में विधि का उपयोग करना < सुप वर्ग = "xref" > 35 , quaternions में पहली बार अनुवादित मैट्रिक्स होने के बाद और जिसके परिणामस्वरूप quaternions वापस एक रोटेशन मैट्रिक्स में ।
    2. से गति ट्रैकिंग सिस्टम एमआरआई फ्रेम करने के लिए
      नोट: खंड ६.२ में कार्यविधि निंन जानकारी का उत्पादन: 1) 3d पोजिशन ( p 1 , & #8230;, p 18 ) 3 के 6 पैटर्न के टीएस प्रत्येक गोजातीय मस्तिष्क में शामिल क्षेत्रों, गति ट्रैकिंग प्रणाली फ्रेम में मापा; 2) समान 18 क्षेत्रों के 3d पदों ( p 1 , & #8230;, p 18 ) एमआरआई लक्ष्य श्री छवि में मापा.
      1. सीधे गणना इच्छित परिवर्तन ( R ts & #62; एमआरआई , t ts & #62; एमआरआई ) में एल्गोरिथ्म लागू करने से < सुप वर्ग = "xref" > 37 पदों की दो सूचियों को.
    3. हम से एमआरआई फ़्रेम
      नोट: अमेरिका छवि अधिग्रहण की प्रक्रिया 7 खंड में वर्णित है जो छवियों के लिए, गति ट्रैकर लॉग-फ़ाइलों के खिलाफ जुड़े टाइमस्टैंप को हल करने के बाद, परिवर्तन ( R m & #62; टीएस , t m & #62; टीएस ) सीधे गणना है ।
      1. निम्न प्रकार से वांछित रूपांतरण की गणना:
        r us & #62; एमआरआई = r TS & #62; एमआरआई r M & #62; टीएस r US & #62; मी
        t US & #62; एमआरआई = r TS & #62; एमआरआई ( r m & #62; टीएस t US & #62; मी + t m & #62; टीएस ) + t TS & #62; एमआरआई

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    Representative Results

    मुख्य वर्णित प्रोटोकॉल के माध्यम से प्राप्त परिणाम CMUT प्रौद्योगिकी पर आधारित अमेरिका की जांच प्रोटोटाइप के 2d और 3 डी इमेजिंग क्षमताओं के लिए एक प्रभावी और दोहराया आकलन प्रक्रिया के प्रयोगात्मक सत्यापन है, मस्तिष्क के लिए भावी आवेदन में इमेजिंग. सभी वर्णित प्रोटोकॉल कदम को लागू करने के बाद, एक विशेषज्ञ तो दृश्य सॉफ्टवेयर कार्यों (उदा मुक्त अभिविंयास टुकड़ा करने की क्रिया, सबसेट निष्कर्षण, मात्रा प्रक्षेप, आदि) के लिए पंजीकृत की दृश्य सामग्री की तुलना लागू कर सकते है एक लक्ष्य श्री छवि के साथ अमेरिका छवियां । विशेष रूप से, प्राप्त छवियों की गुणवत्ता, और एमआरआई के स्वर्ण मानक के लिए प्रत्यक्ष तुलना में, इस क्षेत्र में CMUT प्रौद्योगिकी की क्षमता के लिए एक पहली और महत्वपूर्ण सबूत का प्रतिनिधित्व करता है ।

    एक संभावित दृश्य तुलना का एक उदाहरण के रूप में, चित्रा 18 CMUT अमेरिकी जांच और piezoelectric रैखिक सरणी जांच के साथ अधिग्रहीत volumetric छवियों के दो स्लाइस, क्रमशः, superposition में एक ही इसी स्लाइस को दिखाता है टी 2-भारित श्री छवि । टी 2-भारित श्री छवियों इन प्रयोगों में वांछित सुविधाओं की दृश्यता के मामले में सबसे प्रभावी साबित हुआ, और इसलिए superposition के लिए संदर्भ के रूप में चुना गया था. चित्रा में दो अमेरिकी छवियों 9 मेगाहर्ट्ज की एक ही आवृत्ति पर प्राप्त कर रहे थे । के रूप में चित्रा 18में देखा, छवि CMUT जांच के साथ प्राप्त की बेहतर संकल्प और इसके विपरीत है; इसके अलावा, प्रमुख दृश्य सुविधाओं को बेहतर परिभाषित कर रहे है और sulci और gyri की संरचनाओं और अधिक स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं, दिखा रहा है कि उच्च संवेदनशीलता और CMUT जांच के व्यापक बैंडविड्थ बेहतर प्रदर्शन को प्राप्त करने ।

    Figure 18
    चित्र 18 : पंजीकृत यूएस और श्री छवि स्लाइस की Superposition । यह आंकड़ा श्री और अमेरिका CMUT (ए, सी, ई, जी) और piezoelectric (बी, डी, एफ, एच) रैखिक सरणी जांच के साथ अधिग्रहीत छवियों के हासिल पंजीकरण से पता चलता है । में (a) और (b) खंगाला गया 3d dataset रूपरेखा श्री स्थान में दिखाए जाते हैं और चयनित 2d स्लाइस हाइलाइट किया गया है । पैनलों (सी, ई, जी) और (डी, एफ, एच) दोनों छवियों में सुविधाओं के पत्राचार दिखाने के लिए बढ़ती पारदर्शिता के साथ आरोपित हमें और श्री स्लाइस प्रस्तुत करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    इसके अलावा तुलनात्मक उदाहरण, 3d volumetric छवियों से संबंधित, चित्रा 19 और चित्रा 20में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं । चित्रा 19 दो 3 डी छवियों, volumetric पुनर्निर्माण के बाद piezoelectric रैखिक जांच के साथ प्राप्त एक से पता चलता है, और एक और यांत्रिक-3 डी इमेजिंग के लिए बह piezoelectric जांच के साथ प्राप्त की । चित्रा 20 CMUT जांच के साथ अधिग्रहीत छवियों के 3 डी volumetric पुनर्निर्माण से पता चलता है. मस्तिष्क प्रांतस्था के gyri और sulci के 3d संरचना सभी तीन मामलों में स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं, हालांकि CMUT जांच के साथ प्राप्त संस्करणों में बाहरी सतहों और अधिक स्पष्ट रूप से दिखाई और बेहतर परिभाषित कर रहे हैं ।

    Figure 19
    चित्र 19 : Volumetric 3d अमेरिका piezoelectric जांच के साथ अधिग्रहीत छवियों । 3d अमेरिका छवियों के बीच तुलना यांत्रिक रूप से बह जांच के साथ अधिग्रहीत (ए, सी), या planar 2d छवियों से खंगाला रैखिक गति ट्रैकर स्थिति डेटा (बी, डी) का उपयोग कर जांच के साथ मुक्तहस्त का अधिग्रहण किया । में (ए, बी) इन संस्करणों की स्थिति 3 डी श्री छवि फ्रेम में दिखाया गया है, रूपरेखा का उपयोग कर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    Figure 20
    चित्र 20 : CMUT जांच के साथ अधिग्रहीत 3d अमेरिका छवियों को खंगाला । 2d छवि विमानों CMUT जांच के साथ गोजातीय मस्तिष्क को स्कैन करके मुक्तहस्त का अधिग्रहण किया गया है 3 डी की मात्रा को फिर से संगठित, के रूप में (सी, डी) में दिखाया गया है । में (a, b) ऐसे संस्करणों की रूपरेखा 3 डी श्री छवि फ्रेम में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    एक महत्वपूर्ण और अतिरिक्त उत्पाद के रूप में, प्रयोगों एक विस्तारित बहु हमें छवियों की जांच डेटासेट कि स्थिति और पंजीकरण डेटा एक ही लक्ष्य के विभिंन श्री छवियों के सापेक्ष भी शामिल है उत्पंन । चित्र 21 डेटासेट में सभी 3d छवियों को superposition में उनमें से प्रत्येक के बाउंडिंग बक्सों को एक ही MR छवि में दिखाकर सारांशित करता है ।

    Figure 21
    चित्र 21 : MR छवि संदर्भ फ़्रेम में 3d US डेटासेट प्राप्त कर लिया है. आंकड़ा मस्तिष्क और 3 डी अमेरिका piezoelectric यांत्रिक रूप से बह (ए), piezoelectric रैखिक सरणी (ख) और CMUT (सी) की जांच के साथ अधिग्रहीत डेटासेट के आरोपित रूपरेखा के 3 डी श्री छवि से पता चलता है । (ख) और (ग) में, 3d चित्र volumetric पुनर्निर्माण के माध्यम से प्राप्त किए गए. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    कुल मिलाकर, इन परिणामों में वर्णित प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता प्रदर्शित करते हैं, जो एक ही गोजातीय मस्तिष्क के 3 डी श्री छवि के संदर्भ के फ्रेम में अधिग्रहण और 2d के सही पंजीकरण की अनुमति दी (चित्र 18, 19), और 2 डी हमें मुक्तहस्त मोड में अधिग्रहीत छवियों (आंकड़े 19d, 20) से वॉल्यूम को फिर से संगठित करने के लिए ।

    सॉफ्टवेयर उपकरणों का उपयोग वर्णित है, विशेषज्ञों नेत्रहीन 2 डी में सबसे महत्वपूर्ण सुविधाओं का पता लगाने और 3 d हमें जैविक नमूनों की छवियों कर सकते हैं । CMUT जांच इमेजिंग प्रदर्शन के गुणात्मक मूल्यांकन के महत्वपूर्ण उदाहरण अंय अमेरिकी जांच के उन लोगों की तुलना में दिखाया गया है ( चित्रा 18, चित्रा 19 और आंकड़ा 20) और एक लक्ष्य श्री छवि के संदर्भ में (देखें चित्र १८). इसके अलावा परिष्कृत विश्लेषण छवि datasets प्राप्त पर संभव हो रहे हैं, या तो मानव विशेषज्ञों द्वारा या अंय सॉफ्टवेयर तकनीकों के आवेदन के माध्यम से, डिजिटल के लिए उन लोगों की तरह, ठीक-हमें देखते-3 डी छवियों के श्री पंजीकरण । ये सॉफ्टवेयर तकनीक भविष्य के कार्यों में संबोधित किया जाएगा ।

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    Discussion

    कई काम करता है तकनीक है कि समान है या प्रस्तुत प्रोटोकॉल से संबंधित है वर्णन साहित्य में प्रस्तुत किया गया है । ये तकनीकें भी यथार्थवादी लक्ष्य के उपयोग पर आधारित हैं, जिनमें फिक्स्ड एनिमल या शव दिमाग शामिल हैं, लेकिन वे मुख्यत: विभिन्न तरह के डिजिटल रजिस्ट्रेशन तरीकों के परीक्षण की कल्पना कर रहे हैं ।

    प्रोटोकॉल यहां वर्णित है, तथापि, हम विकास के प्रारंभिक दौर में विभिंन विंयास में जांच के परीक्षण के विशिष्ट प्रयोजन है और, इस के कारण, यह अधिग्रहण के reproducibility की एक मौलिक आवश्यकता को पूरा, अर्थात् उसी पर जैविक नमूना और तुलनीय के साथ बन गया । प्रोटोकॉल प्रस्तुत ऊपर मौजूदा तकनीकों के कई पहलुओं उधार लेता है और उंहें इस प्रयोजन के लिए एक अलग व्यवस्था में इक्ट्ठा ।

    सबक है कि प्रोटोकॉल डिजाइन और प्रयोग के दौरान सीखा गया है के अलावा, अंशांकन प्रक्रियाओं अब तक के सबसे महत्वपूर्ण पहलू हैं । अपनाए गए कई सुधार के बावजूद, अंशांकन के बाद रूपांतरणों के पूरे सेट के समग्र स्थानिक त्रुटि 1 के आदेश पर वर्तमान में है-1.5 मिमी. इस तरह की त्रुटि के कारण गति ट्रैकर की परिशुद्धता की कमी नहीं है (जो ०.३ मिमी के क्रम में एक प्रलेखित परिशुद्धता है), बल्कि एक जैविक नमूना है जो कुछ लचीलापन बरकरार रखती है पर सटीक स्थानिक रीडिंग प्राप्त करने की कठिनाई के लिए ।

    दूसरी ओर, हमारे अनुभव में, तुल्यकालन की लौकिक सटीकता एक महत्वपूर्ण पहलू नहीं है । वास्तव में, गति ट्रैकर द्वारा स्थिति डेटा की प्राप्ति दर एक स्थिर मुद्रा प्राप्त करने की कोशिश कर रहे मानव हाथों की गति से अधिक परिमाण के एक आदेश के बारे में है । इस के कारण, समय औसत प्रोटोकॉल में गणना अतिरिक्त सटीकता के लिए अधिग्रहीत कर रहे हैं । एक और पहलू है कि विशेष रूप से प्रभावी है आभासी की परिभाषा बन गया है । प्रयोगों में प्रदर्शन किया, वास्तविक समय दृश्य ट्रैकिंग दिनचर्या के लिए धंयवाद, ऑपरेटरों सभी बारह आभासी के लिए तुलनीय छवियों के अधिग्रहण ड्राइव सकता है बहुत प्रयास के बिना तीन अमेरिकी जांच के प्रत्येक से बन गया है और यांत्रिक संरचनाओं का समर्थन ।

    प्रोटोकॉल के लिए एक संभव संशोधन, भविष्य में अपनाया जा करने के लिए, अलग और बेहतर अंशांकन तरीकों का उपयोग कर रहा है, जो स्थानिक परिवर्तनों से एक करीब पाश और प्रतिक्रिया पर आधारित होना चाहिए. वर्तमान प्रपत्र में, वास्तव में, प्रोटोकॉल परिवर्तन मैट्रिक्स की गणना करने के लिए स्थानिक रीडिंग के महत्वपूर्ण पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता है । हालांकि इस गतिविधि के दसियों मिनट में किया जा सकता है और ऑफ़लाइन रखा जा करने के लिए प्रयोगों की आवश्यकता नहीं है, यह पोस्ट-प्रोसेसिंग, अंशांकन निष्पादित करते समय तुरंत visualized नहीं किया जा सकता जो परिणाम प्रदान करता है । इस संबंध में, एक बढ़ाया और संभवत: अंशांकन प्राप्त की वास्तविक समय दृश्य प्रतिक्रिया अधिक से अधिक परिशुद्धता को प्राप्त करने में बहुत मदद की जा सकती है ।

    प्रोटोकॉल के वास्तविक कार्यांवयन के लिए, यह बुनियादी है उपकरणों है कि काफी खुले है और कई आवश्यक एकीकरण की अनुमति है । उदाहरण के लिए, विभिंन स्रोतों से आने वाले संकेतों को सिंक्रनाइज़ करने की वास्तविक संभावना-इस मामले में ुला-ऑप सिस्टम द्वारा प्रदान किए गए आंतरिक समय डेटा तक पहुंच सुनिश्चित करना-अंशांकन और छवि पोस्ट-प्रोसेसिंग गतिविधियों के लिए महत्वपूर्ण है ।

    एक अंय महत्वपूर्ण कारक सॉफ्टवेयर है । हालांकि कोई प्रमुख सॉफ्टवेयर उपकरण प्रयोगों के लिए आवश्यक थे, C++ और MATLAB दिनचर्या के एक नंबर, अधिक अजगर आधारित Paraview के लिए मॉड्यूल, महत्वपूर्ण कार्यों की एक संख्या के लिए आवश्यक साबित कर दिया, जैसे अंशांकन, पूर्व के लिए प्रस्ताव ट्रैकिंग प्रतिक्रिया-परिभाषित बन गया है, और 3 डी छवि पुनर्निर्माण के लिए बाद प्रसंस्करण । एक बार फिर, निम्न उपकरणों द्वारा उत्पादित स्तर डेटा के लिए उपयोग कर इन सॉफ्टवेयर घटकों को बनाने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है.

    अंत में, इमेजिंग के लिए सही लक्ष्य का चुनाव बहुत महत्वपूर्ण है । कई वैकल्पिक सिंथेटिक प्रेतों की प्राप्ति को शामिल विकल्प पहले से विचार किया गया है और, हमारे अनुभव में, इन सभी विकल्पों को उप-formalin में तय गोजातीय मस्तिष्क के बहुत लागत प्रभावी विकल्प की तुलना में इष्टतम दिखाई । इस लक्ष्य को दूर बेहतर यथार्थवाद सुनिश्चित करता है और उचित देखभाल, समय के साथ अनिश्चितकालीन संरक्षण के साथ ।

    अंत में, प्रयोगात्मक परिणाम प्रस्तुत की उपलब्धि 3 डी बहु के साथ एक स्थाई और प्रासंगिक परिणाम के रूप में मॉडल छवि डेटासेट, हमारी राय में एक प्रभावी तकनीकी एकता की रणनीति है कि जरूरत के उत्पाद के लिए इकट्ठे हो खण्डशः है, कई पहलुओं का एक सावधान विश्लेषण के माध्यम से निहित है, और प्रक्रियाओं और शामिल उपकरणों के संबंध में बनाया गया ।

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    Disclosures

    लेखकों की घोषणा वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है ।

    Acknowledgments

    यह काम अनुदान अनुबंध संख्या ३२४२५७ के तहत ENIAC जू परियोजना DeNeCoR के माध्यम से राष्ट्रीय सरकारों और यूरोपीय संघ द्वारा आंशिक रूप से समर्थित किया गया है । लेखक प्रो Giovanni Magenes, प्रो पिएरो Tortoli और डॉ Giosuè Caliano उनके कीमती समर्थन, पर्यवेक्षण, और व्यावहारिक टिप्पणी है कि इस काम को संभव बनाया के लिए शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । हम भी प्रो Egidio angelo और उनके समूह (बीसीसी लैब.) के लिए आभारी हैं, एक साथ Fondazione Istituto Neurologico सी Mondino के साथ, गति पर नज़र रखने और श्री इंस्ट्रूमेंटेशन प्रदान करने के लिए, और Giancarlo Germani के लिए श्री अधिग्रहणों के लिए । अंत में, हम dr. Nicoletta Caramia, डॉ Alessandro दललाई और सुश्री बारबरा Mauti उनके मूल्यवान तकनीकी सहायता के लिए और श्री वाल्टर Volpi गोजातीय मस्तिष्क प्रदान करने के लिए शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    ULA-OP University of Florence N/A Ultrasound imaging research system
    3D imaging piezeoelectric probe Esaote s.p.a. 9600195000 Mechanically-swept 3D ultrasound probe, model BL-433
    Linear-array piezoelectric probe Esaote s.p.a. 122001100 Ultrasound linear array probe, model LA-533
    CMUT probe University Roma Tre N/A Ultrasound linear array probe based on CMUT technology
    MAGNETOM Skyra 3T MR scanner Siemens Healthcare N/A MR scanner
    Head coil Siemens Healthcare N/A 32-channel head coil for MR imaging
    NDI Polaris Vicra NDI Medical 8700335001 Optical motion tracking system
    Pointer tool NDI Medical 8700340 Passive pointer tool with 4 reflecting markers
    Clamp-equipped tool NDI Medical 8700399 Rigid body with 4 reflecting markers and a clamp to be connected to the US probe handle
    Bovine brain N/A N/A Brain of an adult bovine, from food suppliers
    Formalin solution N/A N/A 10% buffered formalin solution for bovine brain fixation - CAUTION, formalin is a toxic chemical substance and must be handled with care; specific regulations may also apply (see for instance US OSHA Standard 1910.1048 App A)
    Plastic container for anatomical parts N/A N/A Cilindrical plastic container with lid
    Glass spheres N/A N/A 3 mm diameter spheres of Flint glass
    Agar N/A N/A 30 g, for phantom preparation
    Glycerine AEFFE Farmaceutici A908005248 100 g, for phantom preparation
    Distilled water Solbat Gaysol 8027391000015 870 g, for phantom preparation
    Beaker N/A N/A Beaker used for the diluition of glycerine and agar in distilled water
    Lysoform Lever 8000680500014 A benzalkonium chloride and water solution was used for the agar phantom preservation
    Polystyrene mannequin head N/A N/A Polyestirene model which was cutted and used to design the configuration of spheres'patterns
    Green tissue marking dye for histology N/A N/A Colour used to mark the glass spheres' positions on the bovine brain surface
    Yellow enamel N/A N/A Enamel used to colour the glass spheres implanted in the agar phantom
    Water tank N/A N/A 50x50x30 cm plastic tank filled with degassed water up to a 15 cm height 
    Mechanical arm Esaote s.p.a. N/A Mechanical arm clamped to the water tank border and used to held the probe in fixed positions
    Plate of synthetic resin N/A N/A Plate used as a support for the bovine brain positioning in the water tank
    Sewing threads N/A N/A Sewing thread segments used to immobilize the brain on the resin plate
    Adhesive tape N/A N/A Adhesive tape used to fix the sewing thread extremities onto the resin plate
    Plastic food container N/A N/A Sealed food container used for the agar phantom
    Notebook Lenovo Z50-70 Lenovo  Z50-70, Intel(R) Core i7-4510U @ 2.0 GHz, 8 GB RAM
    Workstation Dell Inc. T5810 Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1240v3 @ 3.40 GHz, 16 GB RAM
    Matlab The MathWorks R2013a Software tool, used for space transformation computation and 3D reconstruction from image planes
    Paraview Kitware Inc. v. 4.4.1 Open-source software for 3D image processing and visualization
    NDI Toolbox - ToolTracker Utility NDI Medical v. 4.007.007 Software for marker position visualization and tracking in the NDI Polaris Vicra measurement volume
    C++ data-logging software NDI Medical v. 4.007.007 Software for marker position recording on a text log file
    ULA-OP software  University of Florence N/A Software for real-time display and control of the ULA-OP system

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Matrone, G., Savoia, A. S., Terenzi, M., Caliano, G., Quaglia, F., Magenes, G. A Volumetric CMUT-Based Ultrasound Imaging System Simulator With Integrated Reception and µ-Beamforming Electronics Models. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61, (5), 792-804 (2014).
    2. Pappalardo, M., Caliano, G., Savoia, A. S., Caronti, A. Micromachined ultrasonic transducers. Piezoelectric and Acoustic Materials for Transducer Applications. Springer. 453-478 (2008).
    3. Oralkan, O. Capacitive micromachined ultrasonic transducers: Next-generation arrays for acoustic imaging? IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 49, (11), 1596-1610 (2002).
    4. Savoia, A., Caliano, G., Pappalardo, M. A CMUT probe for medical ultrasonography: From microfabrication to system integration. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59, (6), 1127-1138 (2012).
    5. ENIAC JU project DeNeCoR website. http://www.denecor.info (2017).
    6. Ramalli, A., Boni, E., Savoia, A. S., Tortoli, P. Density-tapered spiral arrays for ultrasound 3-D imaging. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 62, (8), 1580-1588 (2015).
    7. Lazebnik, R. S., Lancaster, T. L., Breen, M. S., Lewin, J. S., Wilson, D. L. Volume registration using needle paths and point landmarks for evaluation of interventional MRI treatments. IEEE Trans. Med. Imag. 22, (5), 653-660 (2003).
    8. Dawe, R. J., Bennett, D. A., Schneider, J. A., Vasireddi, S. K., Arfanakis, K. Postmortem MRI of human brain hemispheres: T2 relaxation times during formaldehyde fixation. Magn. Reson. Med. 61, (4), 810-818 (2009).
    9. Chen, S. J., et al. An anthropomorphic polyvinyl alcohol brain phantom based on Colin27 for use in multimodal imaging. Mag. Res. Phys. 39, (1), 554-561 (2012).
    10. Farrer, A. I. Characterization and evaluation of tissue-mimicking gelatin phantoms for use with MRgFUS. J. Ther. Ultrasound. 3, (9), (2015).
    11. Choe, A. S., Gao, Y., Li, X., Compton, K. B., Stepniewska, I., Anderson, A. W. Accuracy of image registration between MRI and light microscopy in the ex vivo brain. Magn. Reson. Imaging. 29, (5), 683-692 (2011).
    12. PVA brain phantom images website. http://pvabrain.inria.fr (2017).
    13. Gobbi, D. G., Comeau, R. M., Peters, T. M. Ultrasound probe tracking for real-time ultrasound/MRI overlay and visualization of brain shift. Int. Conf. Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv (MICCAI) n. 920, 927 (1999).
    14. Ternifi, R. Ultrasound measurements of brain tissue pulsatility correlate with the volume of MRI white-matter hyperintensity. J. Cereb. Blood Flow. Metab. 34, (6), 942-944 (2014).
    15. Unsgaard, G. Neuronavigation by Intraoperative Three-dimensional Ultrasound: Initial Experience during Brain Tumor Resection. Neurosurgery. 50, (4), 804-812 (2002).
    16. Pfefferbaum, A. Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain. NeuroImage. 21, (4), 1585-1595 (2004).
    17. Schulz, G. Three-dimensional strain fields in human brain resulting from formalin fixation. J. Neurosci. Meth. 202, (1), 17-27 (2011).
    18. Ahrens, J., Geveci, B., Law, C. ParaView: An End-User Tool for Large Data Visualization. Visualization Handbook. Elsevier. (2005).
    19. Cloutier, G. A multimodality vascular imaging phantom with fiducial markers visible in DSA, CTA, MRA, and ultrasound. Med. Phys. 31, (6), 1424-1433 (2004).
    20. Boni, E. A reconfigurable and programmable FPGA-based system for nonstandard ultrasound methods. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59, (7), 1378-1385 (2012).
    21. Bagolini, A. PECVD low stress silicon nitride analysis and optimization for the fabrication of CMUT devices. J. Micromech. Microeng. 25, (1), (2015).
    22. Savoia, A. Design and fabrication of a cMUT probe for ultrasound imaging of fingerprints. Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. 1877-1880 (2010).
    23. Fenster, A., Downey, D. B. Three-dimensional ultrasound imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2, 457-475 (2000).
    24. Matrone, G., Ramalli, A., Savoia, A. S., Tortoli, P., Magenes, G. High Frame-Rate, High Resolution Ultrasound Imaging with Multi-Line Transmission and Filtered-Delay Multiply And Sum Beamforming. IEEE Trans. Med. Imag. 36, (2), 478-486 (2017).
    25. Matrone, G., Savoia, A. S., Caliano, G., Magenes, G. Depth-of-field enhancement in Filtered-Delay Multiply and Sum beamformed images using Synthetic Aperture Focusing. Ultrasonics. 75, 216-225 (2017).
    26. Boni, E., Cellai, A., Ramalli, A., Tortoli, P. A high performance board for acquisition of 64-channel ultrasound RF data. Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. 2067-2070 (2012).
    27. Matrone, G., Savoia, A. S., Caliano, G., Magenes, G. The Delay Multiply and Sum beamforming algorithm in medical ultrasound imaging. IEEE Trans. Med. Imag. 34, 940-949 (2015).
    28. Savoia, A. S. Improved lateral resolution and contrast in ultrasound imaging using a sidelobe masking technique. Proc. IEEE Int. Ultrasonics Symp. 1682-1685 (2014).
    29. Gyöngy, G., Makra, A. Experimental validation of a convolution- based ultrasound image formation model using a planar arrangement of micrometer-scale scatterers. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 62, (6), 1211-1219 (2015).
    30. Shapoori, K., Sadler, J., Wydra, A., Malyarenko, E. V., Sinclair, A. N., Maev, R. G. An Ultrasonic-Adaptive Beamforming Method and Its Application for Trans-skull Imaging of Certain Types of Head Injuries; Part I: Transmission Mode. IEEE Trans. Biomed. Eng. 62, (5), 1253-1264 (2015).
    31. Salles, S., Liebgott, H., Basset, O., Cachard, C., Vray, D., Lavarello, R. Experimental evaluation of spectral-based quantitative ultrasound imaging using plane wave compounding. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61, (11), 1824-1834 (2014).
    32. Alessandrini, M. A New Technique for the Estimation of Cardiac Motion in Echocardiography Based on Transverse Oscillations: A Preliminary Evaluation In Silico and a Feasibility Demonstration In Vivo. IEEE Trans. Med. Imag. 33, (5), 1148-1162 (2014).
    33. Ramalli, A., Basset, O., Cachard, C., Boni, E., Tortoli, P. Frequency-domain-based strain estimation and high-frame-rate imaging for quasi-static elastography. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 59, (4), 817-824 (2012).
    34. NDI Polaris Vicra optical tracking system website. http://www.ndigital.com/medical/polaris-family (2017).
    35. Markley, F. L., Cheng, Y., Crassidis, J. L., Oshman, Y. Averaging quaternions. J. Guid. Cont. Dyn. 30, (4), 1193-1197 (2007).
    36. Dorst, L., Fontijne, D., Mann, S. Geometric Algebra for Computer Science. An Object-oriented Approach to Geometry. A Volume in the Morgan Kaufmann Series in Computer Graphics (2007).
    37. Horn, B. K. P. Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions. J. Opt. Soc. Am. A. 4, (4), 629-642 (1987).

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