JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تصف هذه الدراسة وضع بروتوكول لتقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري نظام المصفوفة على مراحل الموجهة بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة مركزة بالموجات فوق الصوتية.

Abstract

ويتزايد استخدام صفائف التدريجي كمحولات طاقة الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (هيفو) في النظم الموجودة خارج الجسم هيفو (أوسغيفو) الموجهة بالموجات فوق الصوتية. محولات هيفو في هذه النظم عادة كروية الشكل مع وجود ثقب مركزي حيث شنت الولايات المتحدة مجس تصوير ويمكن تدويرها. يمكن بناؤها الصورة على طائرة العلاج من خلال تسلسل الصور المكتسبة أثناء التناوب للتحقيق. ولذلك، يمكن إجراء خطة العلاج على الصور أعيد بناؤها. من أجل تقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري لهذه النظم، بروتوكول طريقة استخدام الأبقار العضلات وجزءاً لا يتجزأ من علامة الوهمية وصف. الوهمية، أربع كرات صلبة في زوايا نموذج الراتنج مربعة بمثابة علامات مرجعية في الصورة أعيد بناؤها. يجب نقل الهدف حيث أن مركزها ومركز النموذج مربع يمكن أن يتزامن وفقا لمواقفهم النسبي في الصورة أعيد بناؤها. يتم وضع العضلات الخنازير بسمك حوالي 30 ملم أعلاه الوهمية لتقليد مسار الشعاع في إعدادات السريرية. بعد سونيكيشن، يتم تفحص الطائرة المعاملة في الوهمية ويستخرج حدود الآفة المرتبطة بها من الصورة الممسوحة ضوئياً. ويمكن تقييم دقة الاستهداف بقياس المسافة بين مراكز المستهدفة والآفة، فضلا عن ثلاثة معلمات المشتقة. هذا الأسلوب لا يمكن فقط تقييم دقة الاستهداف المستهدفة تتكون من النقاط المحورية متعددة بدلاً من بقعة تركيز واحدة في مسار شعاع ذات صلة سريرياً نظام المصفوفة على مراحل أوسغيفو، ولكن يمكن أيضا استخدامه في التقييم السريري أو الصيانة الدورية لأنظمة أوسغيفو تم تكوينه مع محول هيفو الصفيف على مراحل أو ذاتية التركيز.

Introduction

الصفيف التدريجي على نحو متزايد مصممة ومجهزة في هيفو نظم1،2،3،،من45،،من67. في أنظمة الصفيف على مراحل أوسغيفو، شنت مجس تصوير الولايات المتحدة عادة في حفرة وسط كروية هيفو محول طاقة1،،من28. التحقيق للتدوير لإعادة الإعمار الاستهداف والصورة في الفضاء ثلاثي الأبعاد9. مطلوب الاستهداف الدقيق لسلامة وفعالية العلاج هيفو. ومع ذلك، تم إجراء معظم الدراسات لتقييم دقة الاستهداف في نظم هيفو الموجهة بالرنين المغناطيسي أو نظم أوسغيفو تم تكوينه مع مركزة الذاتي هيفو محول طاقة10،11، 12 , 13 , 14 , 15 , 16-غرض الطريقة الموضحة أدناه تقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري لأنظمة الصفيف التدريجي أوسغيفو.

فانتوم العضلات/علامة-جزءا لا يتجزأ من الأبقار على طول مسار الشعاع ذات الصلة سريرياً يستخدم في تقييم دقة استهداف نظام المصفوفة على مراحل أوسغيفو السريرية. نموذج مربع مع أربع كرات في الزوايا ملفقة والمضمنة، بالاقتران مع العضلات الأبقار، إلى شبح شفافة. مسدس منتظم محدداً كهدف استناداً إلى مواقف مراكز الكرات الأربع المحددة في صورة الولايات المتحدة أعيد بناؤها على متن الطائرة في المعاملة. بعد سونيكيشنز هيفو، يتم تفحص الطائرة المعاملة من الوهمية، ويمكن تحديد خط الحدود للآفة، وكذلك مواقف الكرات الأربع، في الصورة الممسوحة ضوئياً. ويمكن تقييم دقة الاستهداف بقياس المسافة بين مراكز المستهدفة والآفة، فضلا عن ثلاثة معلمات المشتقة.

الأسلوب أبسط من قياس الخطأ استهداف باستخدام حركة الروبوتية مع إشارة محددة كائن11،،من1718 وذات الصلة سريرياً أكثر بالمقارنة مع الأسلوب استناداً إلى تنسيق واحد بقعة الاجتثاث في وهمية متجانسة10. يمكن استخدام هذا الأسلوب في تقييم دقة استهداف أنظمة الصفيف التدريجي أوسغيفو. يمكن استخدامه أيضا لأنظمة أوسغيفو أخرى مجهزة بمحولات الطاقة هيفو مركزة الذاتي.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1-علامة تصميم وتصنيع

  1. تصميم نموذج مربع باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب. تعيين كل جانب بالعصي مع أطوال من 40 مم وسمك من 2 مم-مكان كرة صلبة يبلغ قطرها 10 ملم في كل زاوية من طراز مربعة.
  2. استخدام أكريلونيتريل بيوتادايين ستايرين راتنج حساس كمواد للطباعة.
  3. إرسال ملف النموذج الثلاثي الأبعاد إلى مصنع لتصنيع.

2-فانتوم إعداد

  1. إرفاق اسطوانة بلاستيكية مع (يبلغ قطرها 8 سم) وارتفاعه 3 سم اللوح اكريليك مع هلام السليكا جعل حامل وهمية في درجة حرارة الغرفة. فلنجلس ح 1.
  2. شريحة جديدة البقري العضلات في شكل مربع (30 مم × 30 مم، بسمك 10 ملم) وتهوية ح 2 تتبخر الرطوبة.
  3. صب الماء يطرد ومنزوع (115 مل) في كوب وأضف في 13 غرام من مادة اكريلاميد ويحرك حتى يذوب. إضافة 0.24 ز مكررا-اكريلاميد ويحرك حتى يذوب. ثم قم بإضافة 0.2 مل من N, N, N '، ن'--تيتراميثيليثيلينيدياميني وآثاره موحد.
    ملاحظة: وضع قفازات من المطاط وقناع.
  4. إعداد 5 مل ماء منزوع ويطرد في كوب آخر وإضافة 0.3 غرام من فوق كبريتات الأمونيوم وآثاره إلى حل.
    تنبيه: اكريلاميد، مكررا-مادة اكريلاميد، N، N، N '، ن'--تيتراميثيليثيلينيدياميني، وفوق كبريتات الأمونيوم ومواد سامة. إيلاء اهتمام وثيق وتجنب الاتصال الجسدي.
  5. تباعا من أجل 40% الحلول من الخطوات 2.3 و 2.4 في حامل الوهمية، ويقلب 5 s. واسمحوا المخلوط الجلوس لمدة 20 دقيقة يصلب.
  6. وضع نموذج مربع طباعة 3D على سطح طدت الوهمية، ووضع العضلات البقري شرائح في وسط النموذج. من أجل بقية الحل من الخطوة 2.3 في حامل الوهمية. تحريك العضلات البقري ذهابا وإيابا لإزالة الهواء بين واجهة الوهمية والشريحة.
  7. من أجل بقية الحل الذي أعد في خطوة 2.4 إلى صاحب الوهمية، ويقلب 5 s.
  8. ضبط موقع العضلات شرائح البقر إلى مركز الوهمية على طول اتجاه عرضية. فلنجلس لمدة 20 دقيقة ترسيخ الوهمية.
  9. إزالة هلام السليكا بين البلاستيك أسطواني واللوح اﻷكريليك، باستخدام مفك براغي.
  10. فصل اللوح اﻷكريليك من البلاستيك أسطواني ببطء.

3-الإعداد للنظام أوسغيفو

  1. بدء تشغيل نظام أوسغيفو السريرية.
  2. تشغيل وحدة معالجة المياه، وتعيين سرعة دوران المياه في 80 طلقة في الدقيقة.
  3. ملء خزان مياه أسطواني اكريليك مع (قطرها 30 سم) وارتفاعه 13 سم مع يطرد الماء في درجة حرارة الغرفة (22-25 درجة مئوية).
  4. وضع حامل الوهمية في الماء ديجاسيد وإصلاح الحامل محكم.
  5. نقل خزان المياه أسطواني على سرير العلاج. رفع سرير العلاج وتحريك لأسفل الوحدة العلاجية في الماء ديجاسيد.

4-الولايات المتحدة-انطلاقا من استهداف

  1. نقل الوحدة العلاجية ببطء يصل وإلى أسفل للتأكد من أن عمق الطائرة العلاج يقع في الواجهة العلوية من شرائح عضلات الأبقار والوهمية الشفاف في صورة الولايات المتحدة.
  2. استدارة المسبار الأمريكي التصوير إلى 0° ونقل خزان المياه أسطواني جعل محور التناوب (المشار إليها أيضا كمحور التصوير) تمر عبر نقطة الوسط لاثنين من العصي موازية في صورة الولايات المتحدة.
  3. استدارة مجس التصوير إلى 90° ونقل خزان المياه أسطواني جعل محور الدورية تمر عبر نقطة الوسط لاثنين من العصي موازية في صورة الولايات المتحدة.
  4. إعادة بناء صورة الولايات المتحدة في الطائرة المعاملة في عمق التركيز الهندسي.
  5. تحقق إذا كان الكرات الأربع هي بوضوح في صورة الولايات المتحدة أعيد بناؤها، وعما إذا كان الهدف يقع في مركز النموذج مربع.
    ملاحظة: مركز الهدف محدد سلفا في مركز الصورة أعيد بناؤها. الكرة يتحدد بواسطة دائرة قطرها 10 مم، متوسط قيمة الرمادي الذي أعلى في 15 ملم × 15 ملم مربع. مركز النموذج مربع يحدده قطري الكرات الأربع في الصورة أعيد بناؤها.
  6. نقل خزان المياه وفقا للأوضاع النسبية بين الهدف وفي ساحة نموذجية، وكرر الخطوات من 4.4 و 4.5.
  7. أرفع الوحدة العلاجية ووضع العضلات الخنازير بسمك حوالي 30 ملم أعلاه الوهمية. ثم تحريك لأسفل وحدة علاجية حتى عمق التركيز الهندسي 3 مم تحت السطح العلوي للعضلات البقري شرائح.
    ملاحظة: يقدر تصحيح تنسيق 3 مم على طول مسار الشعاع وفقا لسمك العضلات الخنازير استناداً إلى الصيغة التجريبية من دراسة سابقة19.

5-هيفو سونيكاتيون

  1. حدد المعلمات sonication التالية: مدة النبضة (400 مللي ثانية)، دورة (80%)، الخدمة الصوتية (400 W) الطاقة، وتبريد الوقت بين سونيكيشن النقاط المحورية المتعاقبة (30 ثانية).
  2. تعيين وقت التعرض للنقاط المحورية في الهدف.
    1. كرر هذا الإجراء لثلاثة أهداف سداسية منتظمة متحدة المركز مع أقطار كل منها 5.4 ملم وعيار 9 ملم و 12.6 ملم. مرات التعرض لمجموعة من 2.0 s، 2.5 s، و 3.0 s البقع التنسيق الموجود في السداسي الداخلي والأوسط والخارجي، على التوالي، و 2.0 s لجنة مسؤولي المنتدى نادي البقعة في مركز هندسي من الصفيف التدريجي.
  3. ابدأ sonication ووضع قدم واحدة على دواسة القدم ل sonication هيفو.
  4. ملاحظة تغيير اتشوجينيسيتي في صورة الولايات المتحدة حتى يتم إكمال سونيكيشنز.

6-تقييم دقة الاستهداف للنظام على مراحل-الصفيف أوسغيفو

  1. إحضار صاحب الوهمية، واضغط بسلاسة الوهمية لإخراجها.
  2. تقسيم الوهمية على طول الطائرة المعاملة باستخدام سكين.
  3. فحص الطائرة المعاملة فانتوم يحتوي على شرائح البقر العضلات.
  4. معالجة الصورة الممسوحة ضوئياً باستخدام برامج رياضية واستخراج حدود الهدف والآفة.
  5. حساب المسافة إينتيرسينتير دج وتجاوز أقصى حد من الحدود المستهدفة دب.
    ملاحظة: دج هو المسافة بين مراكز المستهدفة والآفة في كل منها. د ب هو الحد الأقصى لتجاوز المسافة بين حدود الآفة وهدف كل منهما.
  6. حساب نسبة المناطق من الآفة داخل وخارج الهدف إلى المنطقة المستهدفة ك ηأنا = (SA ∩ SP)/ SP و ηO = (SA - SA ∩ SP)/ SP، على التوالي.
    ملاحظة: قف إلى المنطقة المستهدفة، SA يمثل منطقة الآفة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

قدمنا أشباح مكرسة لتقييم دقة استهداف نظام المصفوفة على مراحل أوسغيفو السريرية مع الأهداف المتمثلة في ثلاثة أحجام مختلفة. يعرض الشكل 1 صورة الولايات المتحدة في زوايا من 0 و 90 درجة. الواجهات واضحة، والعصي لنموذج مربع مشرقة في الصور الولايات المتحدة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

وقد استخدمت مكونات الروبوتية خارج الجسم بالأنظمة أوسغيفو. لتقييم دقة الاستهداف لهذه النظم، مرجع علامات11،،من1218، الأنسجة في المختبر17وورم-تقليد النماذج وأشباح حساسة لدرجة الحرارة وقد استخدمت وحدها أو في تركيبة 10

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

جي شيانغ استشاري مدفوعة "التكنولوجيا الطبية تشونغ" (شانغهاي) المحدودة ليس لها علاقة بالكشف عن المؤلفين الآخرين.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل جزئيا من خلال مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية (81402522)، وشنغهاي مفتاح التكنولوجيا والتطوير د برنامج (17441907400) من العلوم ولجنة بلدية شانغهاي للتكنولوجيا، وجامعة شانغهاي جياو تونغ صندوق أبحاث الهندسة الطبية (YG2017QN40، YG2015ZD10). التكنولوجيا الطبية تشونغ (شانغهاي) المحدودة للمسلم أيضا لتوفير نظام أوسغيفو. يشكر المؤلفون تشو وينزين ودونغ جوني لإعداد الوهمية ومساعدتها في التجارب.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcrylamideAmrescoD403-2
Acrylic baseboardLAO NIAO STOREScustomized
Acrylic cylindrical water tank LAO NIAO STOREScustomized
Ammonium persulfateYatai United Chemical Co., Ltd (Wuxi, China)2017-03-01
BeakerEast China Chemical Reagent Instrument Store
Bis-acrylamideAmrescoM0172
Bovine muscleMarket
Chopping boardJIACHIJC-ZB40
Cylindrical plastic phantom holderQIYINPAIcustomized
Degassed deionized watermade by the USgHIFU system
Electric balanceYINGHENG11119453359
Glass rodEast China Chemical Reagent Instrument Store
KnifeSHIBAZISL1210-C
MaskMedicom2498
N,N,N’,N’–TetramethylethylenediamineZhanyun Chemical Co., Ltd (Shanghai, China)
Rubber gloveAMMEXYZB/MAL 0587-2018
ScannerFuji XeroxDocuPrint M268dw
ScrewdriverStanleyT6
Silica gelGE381
Square modelQIYINPAIcustomized
Stainless steel spoonsEast China Chemical Reagent Instrument Store
SuckerEast China Chemical Reagent Instrument Store
Swine muscleMarket
USgHIFU systemZhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd.SUA-I

References

  1. Wang, S. B., He, C. C., Li, K., Ji, X. Design of a 112-channel phased-array ultrasonography-guided focused ultrasound system in combination with switch of ultrasound imaging plane for tissue ablation. 2014 Symposium on Piezoelectricity, Acoustic Waves, and Device Applications (SPAWDA). , 134-137 (2014).
  2. Choi, J. W., et al. Portable high-intensity focused ultrasound system with 3D electronic steering, real-time cavitation monitoring, and 3D image reconstruction algorithms: a preclinical study in pigs. Ultrasonography. 33 (3), 191-199 (2014).
  3. Hand, J. W., et al. A random phased array device for delivery of high intensity focused ultrasound. Physics in Medicine and Biology. 54 (19), 5675-5693 (2009).
  4. Khokhlova, V. A., et al. Design of HIFU transducers to generate specific nonlinear ultrasound fields. Physics Procedia. 87, 132-138 (2016).
  5. Melodelima, D., et al. Thermal ablation by high-intensity-focused ultrasound using a toroid transducer increases the coagulated volume results of animal experiments. Ultrasound in Medicine and Biology. 35 (3), 425-435 (2009).
  6. McDannold, N., et al. Uterine leiomyomas: MR imaging-based thermometry and thermal dosimetry during focused ultrasound thermal ablation. Radiology. 240 (1), 263-272 (2006).
  7. Köhler, M. O., et al. Volumetric HIFU ablation under 3D guidance of rapid MRI thermometry. Medical Physics. 36 (8), 3521-3535 (2009).
  8. Lu, M., et al. Image-guided 256-element phased-array focused ultrasound surgery. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 27 (5), 84-90 (2008).
  9. Tong, S., Downey, D. B., Cardinal, H. N., Fenster, A. A three-dimensional ultrasound prostate imaging system. Ultrasound in Medicine and Biology. 22 (6), 735-746 (1996).
  10. Sakuma, I., et al. Navigation of high intensity focused ultrasound applicator with an integrated three-dimensional ultrasound imaging system. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. , 133-139 (2002).
  11. Masamune, K., Kurima, I., Kuwana, K., Yamashita, H. HIFU positioning robot for less-invasive fetal treatment. Procedia CIRP. 5, 286-289 (2013).
  12. Li, K., Bai, J. F., Chen, Y. Z., Ji, X. The calibration of targeting errors for an ultrasound-guided high-intensity focused ultrasound system. 2017 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA). , 10-14 (2017).
  13. Ellens, N. P. K., et al. The targeting accuracy of a preclinical MRI-guided focused ultrasound system. Medical Physics. 42 (1), 430-439 (2015).
  14. McDannold, N., Hynynen, K. Quality assurance and system stability of a clinical MRI-guided focused ultrasound system: Four-year experience. Medical Physics. 33 (11), 4307-4313 (2006).
  15. Gorny, K. R., et al. MR guided focused ultrasound: technical acceptance measures for a clinical system. Physics in Medicine and Biology. 51 (12), 3155-3173 (2006).
  16. Kim, Y. S., et al. MR thermometry analysis of sonication accuracy and safety margin of volumetric MR imaging-guided high-intensity focused ultrasound ablation of symptomatic uterine fibroids. Radiology. 265 (2), 627-637 (2012).
  17. Chauhan, S., ter Haar, G. FUSBOTUS: empirical studies using a surgical robotic system for urological applications. AIP Conference Proceedings. 911, 117-121 (2007).
  18. An, C. Y., Syu, J. H., Tseng, C. S., Chang, C. J. An ultrasound imaging-guided robotic HIFU ablation experimental system and accuracy evaluations. Applied Bionics and Biomechanics. 2017, 5868695(2017).
  19. Li, D. H., Shen, G. F., Bai, J. F., Chen, Y. Z. Focus shift and phase correction in soft tissues during focused ultrasound surgery. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58 (6), 1621-1628 (2011).
  20. N'Djin, W. A., et al. Utility of a tumor-mimic model for the evaluation of the accuracy of HIFU treatments. results of in vitro experiments in the liver. Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (12), 1934-1943 (2008).
  21. Tang, T. H., et al. A new method for absolute accuracy evaluation of a US-guided HIFU system with heterogeneous phantom. 2016 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 1-4 (2016).
  22. Li, K., Bai, J. F., Chen, Y. Z., Ji, X. Experimental evaluation of targeting accuracy of an ultrasound-guided phased-array high-intensity focused ultrasound system. Applied Acoustics. 141, 19-25 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

145

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved