JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bu çalışmada yoğun odaklı ultrason ultrason destekli aşamalı-array sistemi odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için bir protokol açıklar.

Özet

Faz dizi giderek daha yoğun odaklı ultrason (HIFU) dönüştürücü varolan ekstrakorporeal ultrason destekli HIFU (USgHIFU) sistemlerinde kullanılan. HIFU dönüştürücüler bu tür sistemleri genellikle küresel şekli bir merkez deliği nerede bir ABD görüntüleme sonda monte edilir ve döndürülebilir. Tedavi boyutunda görüntü aracılığıyla sondayı döndürme sırasında alınan görüntü sırası yeniden olabilir. Bu nedenle, tedavi planı yeniden oluşturulan görüntülerde yapılabilir. Bu tür sistemleri, bir sığır kullanarak bir yöntem Protokolü odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için kas ve marker gömülü hayalet açıklanan. Hayalet, bir kare reçine modelinin köşelerinde dört katı top yeniden oluşturulan resmi başvuru işaretlerinin olarak hizmet vermektedir. Böylece hem Merkezi hem de merkezi kare modelinin göreli konumlarını yeniden oluşturulan resmi göre denk hedef taşınması gereken. Domuz kas 30 mm kalınlığında klinik ayarları ışın yolundaki taklit etmek için hayalet yukarıda yer alıyor. Sonication sonra hayalet tedavi düzlemde inceden inceye gözden geçirmek ve ilişkili lezyon sınır taranan görüntü elde edilir. Hedefleme doğruluk hedef ve lezyon merkezlerinin yanı sıra üç türev parametreleri arasındaki mesafeyi ölçerek değerlendirilebilir. Bu yöntem yalnızca USgHIFU aşamalı-array sistemi bir klinik ışın yolundaki tek bir odak nokta yerine birden fazla odak noktalar oluşan hedef hedefleme doğruluğunu değerlendirmek olamaz, ama aynı zamanda preklinik değerlendirilmesinde kullanılabilir veya düzenli bakım USgHIFU sistemleri aşamalı-dizi veya kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücü ile yapılandırılmış.

Giriş

Faz dizi giderek tasarlanmış ve HIFU sistemleri1,2,3,4,5,6,7' donatılmıştır. USgHIFU aşamalı-dizi sistemlerinde, bir ABD görüntüleme sonda genellikle küresel HIFU dönüştürücü1,2,8Merkez deliğe monte edilmiştir. Soruşturma üç boyutlu uzay9hedefleme ve görüntü yeniden inşası için dönebilen. Hassas hedefleme güvenliği ve etkinliği HIFU tedavisi için gereklidir. Ancak, doğruluk hedefleme değerlendirme için çalışmaların en manyetik rezonans güdümlü HIFU sistemleri veya yapılandırılmış bir kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücü10,11ile, USgHIFU sistemleri için gerçekleştirilen 12 , 13 , 14 , 15 , 16. USgHIFU faz dizi sistemler için odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için aşağıda açıklanan yöntemin amacı olduğunu.

Bir sığır kas/işaretleyici-gömülü hayalet klinik ışın yol boyunca bir klinik USgHIFU aşamalı-array sistemi hedefleme doğruluğunu değerlendirilmesinde kullanılır. Kare bir modeli köşelerinde dört top ile fabrikasyon ve sığır kas, birlikte şeffaf hayalet içine gömülü. Düzenli bir Altıgen pozisyonlar yeniden oluşturulan ABD resmi tedavi uçakta tanımlanan dört top merkezlerinden temel hedef olarak seçildi. HIFU sonications sonra tedavi uçak Hayalet'in inceden inceye gözden geçirmek ve lezyon sınır, hem de dört top pozisyonlar Taranan görüntüde belirlenebilir. Hedefleme doğruluk hedef ve lezyon merkezlerinin yanı sıra üç türev parametreleri arasındaki mesafeyi ölçerek değerlendirilebilir.

Yöntem bir özel başvuru nesnesi11,17,18 ile robot hareketi kullanarak hedefleme hata ölçümü daha kolaydır ve yöntemi ile karşılaştırıldığında daha fazla klinik olarak ilgili tek odak dayalı Spot ablasyon homojen bir hayalet10. Bu yöntem USgHIFU faz dizi sistemleri hedefleme doğruluğunu değerlendirilmesinde kullanılabilir. Kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücüler ile donatılmış diğer USgHIFU sistemler için de kullanılabilir.

Protokol

1. işaret tasarım ve üretim

  1. Bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanarak bir kare model tasarım. 40 mm uzunlukları ve kalınlıkları, 2 mm. yer sağlam bir top 10 mm çapında her köşesinde kare modeli ile sopa gibi her tarafı ayarlayın.
  2. Yazdırma için malzeme olarak Akrilonitril bütadien stiren ışığa duyarlı reçine kullanın.
  3. Bir üretici imalat için 3D modeli dosyasını gönderin.

2. hayalet hazırlık

  1. Oda sıcaklığında bir hayalet sahibi yapmak silis jeli ile akrilik bir anakart (8 cm çapında) ve yüksekliği 3 cm ile bir plastik silindir iliştirin. 1s için oturmak izin.
  2. Kare bir şekle (30 mm x 30 mm, 10 mm kalınlığında) taze sığır kas dilim ve bunun için nem buharlaşır 2 h hava basarım.
  3. Degassed ve deiyonize su (115 mL) bir ölçek dökmek, 13 gram Akrilamid ekleyin ve eriyene kadar karıştırın. BIS-Akrilamid 0,24 g ekleyin ve eriyene kadar karıştırın. O zaman, N, N, N 0.2 mL ekleyin ', N'-tetramethylethylenediamine ve düzgün karıştırın.
    Not: bir maske ve lastik eldiven takmışım.
  4. 5 mL degassed ve deiyonize su başka bir ölçek hazırlamak, 0.3 g amonyum persülfat ekleyin ve dağıtılması için ilave edin.
    Dikkat: Akrilamid, bis-Akrilamid, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine ve amonyum persülfat zehirli. Yakın ilgi ve fiziksel temastan kaçının.
  5. Gittikçe adım 2.3 ve 2.4 hayalet tutucusuna çözümlerinden % 40'ını dökün ve karıştırın için 5 s. Kuvvetlendirmek için 20 dakika için oturup karışım izin.
  6. 3D baskılı kare model katılaşmış hayalet yüzeye ve dilimlenmiş sığır kas modeli ortasında koymak. Geri kalanından çözüm adım 2.3 hayalet tutucu içine dökün. İleri geri hava hayalet arayüzü ve dilimi arasında kaldırmak için sığır kımıldama.
  7. Hazırlanan çözüm geri kalanı 2.4 hayalet yuvasına adım ve 5 için karıştırın pour s.
  8. Operadaki Hayalet enine yönde boyunca ortasına dilimlenmiş sığır kas konumunu ince ayar yapın. Hayalet kuvvetlendirmek 20 dakika oturmak izin.
  9. Silika jel silindirik plastik ve bir tornavida kullanarak akrilik Süpürgelik arasında kaldırın.
  10. Yavaş yavaş silindirik plastik akrilik Süpürgelik bağlantısını kesin.

3. USgHIFU sistemi kurulumu

  1. Klinik USgHIFU sistemini başlatın.
  2. Su işleme modülü açın ve 80 mermi/dak. su dolaşım hızını ayarlayın.
  3. (30 cm çapında) ve 13 cm yüksekliğinde bir akrilik silindirik su haznesi (22-25 ° C) oda sıcaklığında degassed su ile doldurun.
  4. Degassed suya yer hayalet tutucu ve tutucu sıkı bir şekilde düzeltin.
  5. Silindirik su deposu tedavi yatağın üzerine taşıyın. Tedavi yatak kaldırın ve tedavi degassed suya taşıma.

4. u.s. güdümlü hedefleme

  1. Tedavi yavaş yavaş yukarı taşımak ve tedavi uçak derinliği üst arayüz dilimlenmiş sığır kas ve ABD görüntüde saydam hayalet bulunduğu olduğundan emin olmak için aşağı.
  2. ABD görüntüleme sonda 0 ° döndürün ve iki paralel sopa ABD görüntüdeki orta noktasına geçmesine (görüntüleme ekseni olarak da bilinir) dönem eksen yapmak silindirik su deposu taşıyın.
  3. Görüntüleme sonda ile 90 ° döndürün ve iki paralel sopa ABD görüntüdeki orta noktasına geçmesine dönem eksen yapmak silindirik su deposu taşıyın.
  4. Geometrik odak derinliği tedavi uçakta ABD görüntüde yeniden.
  5. Dört top ABD resimle ve olup hedef kare model Merkezi'nde bulunur açıkça gösterilir Eğer kontrol edin.
    Not: Hedef yeniden oluşturulan resmi merkezinde önceden belirlenmiş ortasıdır. Topu hangi ortalama gri değeri bir 15 mm x 15 mm kare en yüksek 10 mm çapında bir daire tarafından belirlenir. Kare model ortasına yeniden oluşturulan resmi dört topları çapraz tarafından belirlenir.
  6. Su deposu hedef ve 4.4 ve 4.5 kare model ve tekrar adımları arasında göre göreli konumlarını değiştirin.
  7. Terapötik ünitesini kaldırın ve hayalet yukarıda yaklaşık 30 mm kalınlığında domuz kas koymak. Geometrik odak derinliği dilimlenmiş sığır kas üst yüzeyin altında 3 mm kadar sonra tedavi birim taşıyın.
    Not: Bir önceki çalışma19ampirik formülü esas alarak domuz kas kalınlığına göre 3 mm odak düzeltme ışın yol boyunca tahmin edilmektedir.

5. HIFU sonication

  1. Aşağıdaki sonication parametreleri seçin: darbe süresi (400 ms), iş hacmi (% 80), akustik (400 W) güç ve soğutma süresi arasında art arda gelen odak noktalar sonication (30 s).
  2. Pozlama süresi odak noktalar için hedef ayarlamak.
    1. Üç konsantrik düzenli altıgen hedeflerle ilgili köşegenleri 5.4 mm, 9 mm ve 12.6 mm. Set pozlama kez 2.0 için yordamı yineleyin s, 2.5 s ve 3.0, orta, iç ve dış altıgen sırasıyla bulunan odak noktalar ve 2.0 için s s foc için faz dizi geometrik ortasındaki nokta al.
  3. Sonication başlatın ve HIFU sonication için ayak pedalı üzerinde bir ayağını koy.
  4. Sonications tamamlanıncaya kadar echogenicity ABD görüntüdeki değişikliği gözlemlemek.

6. USgHIFU aşamalı-array sistemi hedefleme doğruluğunu değerlendirilmesi

  1. Hayalet sahibi getirebilir ve sorunsuz Operadaki Hayalet almak tuşuna basın.
  2. Operadaki Hayalet bir bıçak kullanarak tedavi uçak boyunca bölün.
  3. Operadaki Hayalet dilimlenmiş sığır kas içeren tedavi boyutunda inceden inceye gözden geçirmek.
  4. Matematiksel yazılım kullanarak taranan görüntüyü işlemek ve hedef ve lezyon sınırlarını ayıklayın.
  5. İntercenter mesafe dc ve maksimal hedef sınır dbovershooting hesaplayın.
    Not: dc hedef merkezleri ve onun ilgili lezyon arasındaki mesafedir. d b lezyon sınır ve ilgili hedef mesafe overshooting en büyük değerdir.
  6. Lezyon içinde ve dışında hedef alan ηben hedefe alanlarında oranını hesaplamak = (SA ∩ SP) / SP ve ηO (SA = - SA ∩ SP) / SP, anılan sıraya göre.
    Not: SP hedef alan belirtir, SA lezyon alanını temsil eder.

Sonuçlar

Hayaletler adanmış üç farklı boyutlarda hedefleri olan bir klinik USgHIFU aşamalı-array sistemi hedefleme doğruluğunu değerlendirmek için yaptık. Şekil 1 0 ° ve 90 ° açıyla ABD resmi görüntüler. Arabirimler net ve sopa kare modelinin ABD Albümdeki aydınlıktır. Şekil 2 tedavi uçak ve en büyük hedefinin odak noktalar yeniden oluşturulan ABD resmi gösterir. Dört top merkezlerinin en yüksek ortalama gr...

Tartışmalar

Robot bileşenleri ekstrakorporeal USgHIFU sistemleri için kullanılmıştır. Bu tür sistemleri, başvuru işaretleri11,12,18, hedefleme doğruluğunu değerlendirmek için tüp bebek doku17, tümör-taklit modeller ve sıcaklığa duyarlı hayaletler tek başına veya birlikte kullanılmıştır 10,20. Bu çalışmalarda protokolleri ile karş...

Açıklamalar

Xiang Ji olduğunu Zhonghui tıbbi teknoloji (Shanghai) için ücretli Danışmanlık Ltd. Şti., Diğer yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser kısmen Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (81402522), Shanghai anahtar teknoloji R & D programı (17441907400) bilim ve teknoloji Komisyonu Shanghai Belediyesi ve Shanghai Jiao Tong Üniversitesi tarafından desteklenen Tıbbi mühendislik Araştırma Fonu (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui tıbbi teknoloji (Shanghai) Ltd. Şti., ayrıca USgHIFU sistem sağlamak için kabul etti. Yazarlar Wenzhen Zhu ve Junhui Dong hayalet hazırlık ve deneyler onların yardım için teşekkür ederiz.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendisli isay 145ultrason destekli yo un ultrason USgHIFU odakldizi hedefleme do rulu umarkerhayaleta amal

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır