आक्रामक चिकित्सा उपकरणों के सटीक और कुशल दृश्य कई अल्ट्रासाउंड निर्देशित ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में अत्यंत महत्वपूर्ण है । यहां, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के सापेक्ष एक सुई टिप के स्थानिक स्थिति स्थानीयकरण के लिए एक विधि प्रस्तुत की है ।
अल्ट्रासाउंड अक्सर ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं मार्गदर्शक के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन visualizing चिकित्सा उपकरणों अक्सर इस इमेजिंग रूपरेखा के साथ चुनौतीपूर्ण है । जब दृश्य खो जाता है, चिकित्सा उपकरण गंभीर ऊतक संरचनाओं को आघात पैदा कर सकता है । यहां, एक विधि अल्ट्रासाउंड छवि के दौरान सुई टिप ट्रैक करने के लिए निर्देशित प्रक्रियाओं प्रस्तुत किया है । इस विधि एक फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर है कि एक चिकित्सा सुई के प्रवेशनी के भीतर चिपका है अल्ट्रासोनिक के साथ बाहरी अल्ट्रासाउंड जांच के साथ संवाद का उपयोग शामिल है । इस कस्टम जांच एक केंद्रीय transducer तत्व सरणी और पक्ष तत्व arrays शामिल हैं । पारंपरिक दो आयामी (2d) बी मोड अल्ट्रासाउंड के अलावा केंद्रीय सरणी द्वारा प्रदान की इमेजिंग, तीन आयामी (3 डी) सुई टिप ट्रैकिंग साइड arrays द्वारा प्रदान की जाती है । B-मोड अल्ट्रासाउंड इमेजिंग, के लिए एक मानक संचारित-प्राप्त अनुक्रम इलेक्ट्रॉनिक beamforming के साथ किया जाता है । अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के लिए, 4 साइड सरणियों से Golay-कोडित अल्ट्रासाउंड प्रसारण hydrophone संवेदक द्वारा प्राप्त कर रहे हैं, और बाद में प्राप्त संकेतों अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के संबंध में सुई टिप के स्थानिक स्थान की पहचान करने के लिए डीकोड कर रहे हैं जांच. इस विधि के एक प्रारंभिक सत्यापन के रूप में, सुई/hydrophone जोड़ी के सम्मिलन नैदानिक यथार्थवादी संदर्भों में प्रदर्शन किया गया. इस उपंयास अल्ट्रासाउंड इमेजिंग/ट्रैकिंग विधि वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के साथ संगत है, और यह में विमान और बाहर की विमान सुई सम्मिलन के दौरान विश्वसनीय डिवाइस ट्रैकिंग प्रदान करता है ।
आक्रामक चिकित्सा उपकरणों के सटीक और कुशल स्थानीयकरण अत्यधिक कई अल्ट्रासाउंड निर्देशित ंयूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में वांछित है । इन प्रक्रियाओं ऐसे क्षेत्रीय संज्ञाहरण और हस्तक्षेप दर्द प्रबंधन के रूप में नैदानिक संदर्भों में सामना कर रहे हैं1, हस्तक्षेपात्मक ऑन्कोलॉजी2, और भ्रूण चिकित्सा3. चिकित्सा युक्ति टिप के दृश्य अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के साथ चुनौतीपूर्ण हो सकता है । में विमान निवेशन के दौरान, सुई अक्सर गरीब दृश्यता है जब प्रविष्टि कोण खड़ी कर रहे हैं । इसके अलावा, बाहर के विमान निवेशन के दौरान, सुई शाफ्ट सुई टिप के रूप में गलत व्याख्या की जा सकती है । सुई टिप अल्ट्रासोनिक दिखाई नहीं देता है, यह महत्वपूर्ण ऊतक संरचनाओं को नुकसान पहुँचाए द्वारा जटिलताओं का कारण बन सकता है ।
कई तरीकों अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के दौरान चिकित्सा उपकरणों स्थानीयकरण करने के लिए उपलब्ध हैं, लेकिन एक विश्वसनीय एक है कि वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के साथ संगत है अत्यधिक वांछित है । Echogenic सतहों में खड़ी कोण के दौरान दृश्यता में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है विमान निवेशन4। विद्युत चुम्बकीय ट्रैकिंग सिस्टम बाहर के विमान निवेशन के दौरान इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र गड़बड़ी गंभीर रूप से उनके सटीकता नीचा कर सकते हैं. 3 डी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग कुछ हृदय और भ्रूण प्रक्रियाओं में चिकित्सा उपकरणों की दृश्यता में सुधार कर सकते है जब वे5तरल पदार्थ से घिरे रहे हैं । हालांकि, 3d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग व्यापक रूप से सुई मार्गदर्शन के लिए प्रयोग किया जाता है, छवि व्याख्या के साथ जुड़े जटिलताओं के कारण भाग में नहीं है ।
अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग चिकित्सा उपकरण दृश्यता में सुधार के लिए महान क्षमता दिखाया गया है कि एक विधि है6,7,8,9,10,11,12 ,13,14. अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के साथ, चिकित्सा उपकरण एक एंबेडेड अल्ट्रासाउंड संवेदक या ट्रांसमीटर है कि सक्रिय रूप से बाहरी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के साथ संचार किया है । चिकित्सा उपकरण की स्थिति से पहचाना जा सकता है मापा अल्ट्रासाउंड समय की उड़ानों के बीच एंबेडेड अल्ट्रासाउंड सेंसर/ट्रांसमीटर और जांच के विभिंन transducer तत्वों । तारीख करने के लिए, अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग में विमान ट्रैकिंग, जो बहुत अपने नैदानिक उपयोग प्रतिबंधित है करने के लिए सीमित किया गया है ।
यहां, एक प्रदर्शन कैसे 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच के साथ प्रदर्शन किया जा सकता है और एक फाइबर ऑप्टिक एक सुई के प्रवेशनी के भीतर चिपका hydrophone (चित्रा 1) प्रदान की जाती है । इस कस्टम जांच, जो लेखकों द्वारा डिजाइन और बाह्य निर्मित किया गया था, transducer तत्वों और चार पक्ष arrays के एक केंद्रीय सरणी शामिल हैं । मध्य सरणी 2d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के लिए प्रयोग किया जाता है; साइड arrays, फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर के साथ संगीत कार्यक्रम में 3 डी सुई टिप ट्रैकिंग के लिए । यह दिखाया गया है कैसे फाइबर ऑप्टिक अल्ट्रासाउंड रिसीवर तैनात किया जा सकता है और सुई प्रवेशनी के भीतर चिपका, कैसे प्रणाली की ट्रैकिंग सटीकता benchtop पर मापा जा सकता है, और कैसे नैदानिक सत्यापन किया जा सकता है ।
यहां हम प्रदर्शन कैसे 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक कस्टम अल्ट्रासाउंड इमेजिंग जांच और एक फाइबर ऑप्टिक एक सुई के भीतर एकीकृत hydrophone के साथ प्रदर्शन किया जा सकता है । एक नैदानिक अनुवाद दृष्टिकोण से, इस अध्ययन में विकसित कस्टम जांच के कई पहलुओं आकर्षक हैं । इसकी कॉम्पैक्ट आकार axilla जहां भारी 3 डी इमेजिंग जांच चुनौतीपूर्ण है के रूप में छोटे रिक्त स्थान में उपयोग के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है । यहां प्रस्तुत 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के कार्यांवयन की एक सीमा है कि मैनुअल स्विचन इमेजिंग और ट्रैकिंग मोड के बीच वैकल्पिक करने के लिए आवश्यक था । भविष्य implementations में, यह स्विचन सीधे अल्ट्रासाउंड इमेजिंग प्रणाली द्वारा किया जा सकता है ।
फाइबर ऑप्टिक hydrophone अच्छी तरह से अल्ट्रासोनिक सुई ट्रैकिंग के लिए अनुकूल है । miniaturization और लचीलेपन के अपने उच्च डिग्री छोटे पार्श्व आयामों के साथ चिकित्सा उपकरणों में अपने एकीकरण के लिए अनुमति देते हैं । इसकी व्यापक आवृत्ति बैंडविड्थ16 अलग नैदानिक अल्ट्रासाउंड जांच के साथ संगतता के लिए अनुमति देता है । इसके अतिरिक्त, इसकी omnidirectionality16 कोण की एक विस्तृत श्रृंखला में डाला जाता है कि सुइयों पर नज़र रखने के लिए अनुमति देता है. अंत में, em क्षेत्रों और धातु वस्तुओं से गड़बड़ी के लिए अपनी प्रतिरक्षा इसे और अधिक नैदानिक सेटिंग्स के लिए उपयुक्त करने के लिए उंहें ट्रैकिंग के विपरीत बनाता है । अधिक से अधिक अल्ट्रासाउंड का पता लगाने संवेदनशीलता को प्राप्त करने के लिए, एक plano-गुफा Fabry-Pérot गुहा भविष्य17में इस्तेमाल किया जा सकता है । अंत में, अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग एक एकल ऑप्टिकल फाइबर में अन्य विधियों के साथ जोड़ा जा सकता है, इस तरह के रूप में रिफ्लेक्टर स्पेक्ट्रोस्कोपी18,19,20,21,22, 23, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी24, ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी25,26, और photoacoustic इमेजिंग27,28,29,30 , 31 , ३२ , ३३.
अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग सीमाओं अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के साथ साझा किया जाता है । सबसे पहले, ऊतक heterogeneities नकारात्मक अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग प्रभाव होगा; ऊतक की ध्वनि की गति में स्थानिक विविधताओं ट्रैकिंग सटीकता में कमी होगी, के रूप में एक पिछले अध्ययन में संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा प्रदर्शन14. बोनी संरचनाओं या हवा गुहा के रूप में अल्ट्रासाउंड तरंगों के लिए अत्यधिक चिंतनशील हैं कि दूसरा, संरचनात्मक संरचनाओं, शायद अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग के साथ संगत नहीं हैं । भविष्य के अध्ययनों में, सुई टिप स्थिति अन्य इमेजिंग रूपरेखा के साथ प्राप्त की, इस तरह के रूप में 3 डी रोटेशन सी हाथ की गणना एक्स-रे टोमोग्राफी, vivo मेंविषम ऊतकों में 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग की सटीकता का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में हाल ही में प्रगति के बावजूद, सटीक ट्रैकिंग और इस साधन के मार्गदर्शन के तहत चिकित्सा उपकरणों के कुशल हेरफेर, विशेषज्ञ चिकित्सकों के लिए भी चुनौतीपूर्ण रहते हैं । बाहरी अल्ट्रासाउंड जांच और चिकित्सा उपकरणों के बीच सक्रिय संचार, के रूप में यहां दिखाया गया है, प्रक्रियात्मक सुरक्षा और कार्यकुशलता में सुधार सकता है । इन सुधारों के कई नैदानिक संदर्भों में एक्स-रे प्रतिदीप्तिदर्शन के स्थान पर अल्ट्रासाउंड इमेजिंग की गोद लेने की सुविधा सकता है, इस तरह के हस्तक्षेप दर्द प्रबंधन के लिए रीढ़ की हड्डी में निवेशन के रूप में । इस अध्ययन में विकसित प्रणाली 3 डी अल्ट्रासोनिक ट्रैकिंग और एक कॉंपैक्ट अल्ट्रासाउंड जांच के साथ 2d अल्ट्रासाउंड इमेजिंग सक्षम बनाता है । यह वर्तमान नैदानिक कार्यप्रवाह के भीतर सुई टिप के सटीक स्थानीयकरण प्रदान करके अल्ट्रासाउंड निर्देशित न्यूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं में सुधार हो सकता है ।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को वेलकम ट्रस्ट द्वारा हेल्थ अवार्ड के लिए एक इनोवेटिव इंजीनियरिंग द्वारा सपोर्ट किया गया (No. WT101957) और अभियांत्रिकी एवं भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद् (EPSRC) (सं. NS/A000027/1), द्वारा एक वेलकम/EPSRC केंद्र पुरस्कार [203145Z/16/Z और NS/A000050/1], यूरोपीय अनुसंधान परिषद से एक प्रारंभिक अनुदान द्वारा (अनुदान सं. ईआरसी-२०१२-StG, प्रस्ताव ३१०९७० MOPHIM), और एक EPSRC पहले अनुदान (सं. EP/J010952/1) । A.L.D. UCL/UCLH NIHR व्यापक बायोमेडिकल रिसर्च सेंटर द्वारा समर्थित है । लेखकों vivo प्रयोगों में के साथ अपने बहुमूल्य सहायता के लिए रॉयल पशु चिकित्सा कॉलेज के कर्मचारियों के लिए आभारी हैं ।
Ultrasound imaging system | BK ultrasound (ultrasonix) | SonixMDP | |
Custom ultrasound probe | Vermon | ||
Spinal needle | Terumo | 20 gauge | |
Fibre-optic hydrophone | Precision Acoustics | ||
Fibre-optic stripping tool | Thorlabs | FTS4 | |
Stereo microscope | Leica Microsystems | Z16APO | |
Tuohy-Borst Sidearm adapter | Cook Medical | PTBYC-RA | |
Pipette | Eppendorf | 100 mL | |
Micropipette tip | Eppendorf | 20 µL | |
Ultraviolet optical adhesive | Norland Products | NOA81 | |
Syringe | Terumo | 10 mL | |
Ultraviolet light source | Norland Products | Opticure 4 Light Gun | |
Data acquisiton card | National Instruments | USB-5132 | |
Articulated arm | CIVCO | 811-002 | |
Thiopental sodium | Novartis Animal Health UK | Thiovet | |
Isoflurane | Merial Animal Health | Isoflurane-Vet | |
Ocular lubricant | Allergan, Marlow, UK | Lacri-Lube | |
Skin lubricant | Adams Healthcare, Garforth, UK | Hibitane 2% |