Avaliando a exatidão mira no plano Focal para uma guiada por ultra-som alta intensidade focada sistema de ultrassom Phased array
Summary
Este estudo descreve um protocolo para avaliar a precisão de mira no plano focal de um sistema de fases-matriz guiada por ultra-som ultrasound focalizado de alta intensidade.
Abstract
Phased arrays são cada vez mais usados como transdutores de ultra-som focalizado de alta intensidade (HIFU) em extracorpórea guiada por ultra-som HIFU (USgHIFU) sistemas existentes. Os transdutores HIFU em tais sistemas são geralmente esféricos em forma com um furo central, onde uma sonda de imagem dos EUA é montada e pode ser rodada. A imagem no plano de tratamento pode ser reconstruída através da sequência de imagem adquirida durante a rotação da sonda. Portanto, o plano de tratamento pode ser feito sobre as imagens reconstruídas. A fim de avaliar a precisão de mira no plano focal de tais sistemas, o protocolo de um método usando um bovino músculo e incorporado no marcador fantasma é descrito. No fantasma, quatro esferas contínuas nos cantos de um modelo de resina quadrada servem como os marcadores de referência da imagem reconstruída. O alvo deve ser movido para que tanto o seu centro e o centro do modelo quadrado podem coincidir de acordo com suas posições relativas da imagem reconstruída. Músculo de suínos com uma espessura de cerca de 30 mm é colocado acima do fantasma para imitar o caminho do feixe em situações clínicas. Depois sonication, o plano de tratamento no fantasma é digitalizado e o limite da lesão associada é extraído a partir da imagem digitalizada. A precisão do alvo pode ser avaliada medindo-se a distância entre os centros de destino e a lesão, bem como três parâmetros derivados. Este método só não é possível avaliar a precisão de direcionamento do destino consiste em vários pontos focais ao invés de um único ponto focal em um caminho de feixe clinicamente relevantes do sistema de fases-matriz USgHIFU, mas também pode ser usada na avaliação pré-clínica ou manutenção regular dos sistemas de USgHIFU configurado com transdutor HIFU phased-array ou auto foco.
Introduction
O phased array é cada vez mais concebido e equipado em HIFU sistemas1,2,3,4,5,6,7. Em sistemas de fases-matriz de USgHIFU, uma sonda de imagem dos EUA é geralmente montada no furo central do esférico HIFU transdutor1,2,8. A sonda é rotativo para reconstrução de direcionamento e imagem do espaço tridimensional9. Direcionamento precisos é necessário para a segurança e a eficácia do tratamento de HIFU. No entanto, a maioria dos estudos para a avaliação da precisão de direcionamento foram executada para sistemas HIFU guiada por ressonância magnética ou USgHIFU configurado com um auto foco HIFU transdutor10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. o objetivo do método descrito abaixo é para avaliar a precisão de mira no plano focal para sistemas de phased array USgHIFU.
Um fantasma bovina músculo/marcador-incorporado ao longo do caminho do feixe clinicamente relevante é usado na avaliação da precisão direcionamento de um sistema de matriz em fases clínico USgHIFU. Um modelo quadrado com quatro bolas nos cantos é fabricado e incorporado, em combinação com músculo bovino, no fantasma transparente. Um hexágono regular é selecionado como o destino com base nas posições dos centros das quatro esferas identificados na imagem reconstruída E.U. sobre o plano de tratamento. Após sonications de HIFU, o plano de tratamento do fantasma é digitalizado, e o limite da lesão, bem como as posições das quatro esferas, podem ser determinadas na imagem digitalizada. A precisão do alvo pode ser avaliada medindo-se a distância entre os centros de destino e a lesão, bem como três parâmetros derivados.
O método é mais simples do que a medição do erro direcionamento usando movimento robótico com uma referência específica objeto11,17,18 e mais clinicamente relevantes em comparação com o método baseiam em único focal ablação local em um fantasma homogênea10. Esse método pode ser usado na avaliação da exactidão direcionamento dos sistemas de phased array USgHIFU. Ele pode ser usado também para outros sistemas de USgHIFU equipados com transdutores HIFU auto focados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Componentes de robóticas têm sido utilizados para sistemas de USgHIFU extracorpóreas. Para avaliar a precisão de alvo de tais sistemas, referência marcadores11,12,18, tecido in-vitro17, tumor-imitar modelos e fantasmas sensíveis à temperatura foram usadas sozinhos ou em combinação 10,20. Comparado com os protocolos nesses estudos, este m?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado em parte pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (81402522), o Shanghai chave tecnologia R & D programa (17441907400), da ciência e tecnologia Comissão do município de Xangai, Shanghai Jiao Tong University Fundo de pesquisa de engenharia médica (YG2017QN40, YG2015ZD10). Tecnologia médica Zhonghui (Shanghai) Co., Ltd. é também reconhecido pelo fornecimento do sistema de USgHIFU. Os autores agradecer Wenzhen Zhu e Junhui Dong para a preparação de fantasma e sua ajuda nos experimentos.
Materials
| Acrylamide | Amresco | D403-2 | |
| Acrylic baseboard | LAO NIAO STORES | customized | |
| Acrylic cylindrical water tank | LAO NIAO STORES | customized | |
| Ammonium persulfate | Yatai United Chemical Co., Ltd (Wuxi, China) | 2017-03-01 | |
| Beaker | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Bis-acrylamide | Amresco | M0172 | |
| Bovine muscle | Market | ||
| Chopping board | JIACHI | JC-ZB40 | |
| Cylindrical plastic phantom holder | QIYINPAI | customized | |
| Degassed deionized water | made by the USgHIFU system | ||
| Electric balance | YINGHENG | 11119453359 | |
| Glass rod | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Knife | SHIBAZI | SL1210-C | |
| Mask | Medicom | 2498 | |
| N,N,N’,N’–Tetramethylethylenediamine | Zhanyun Chemical Co., Ltd (Shanghai, China) | ||
| Rubber glove | AMMEX | YZB/MAL 0587-2018 | |
| Scanner | Fuji Xerox | DocuPrint M268dw | |
| Screwdriver | Stanley | T6 | |
| Silica gel | GE | 381 | |
| Square model | QIYINPAI | customized | |
| Stainless steel spoons | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Sucker | East China Chemical Reagent Instrument Store | ||
| Swine muscle | Market | ||
| USgHIFU system | Zhonghui Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd. | SUA-I |
Riferimenti
- 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).
- 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).
- 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).
- Khokhlova, V. A., et al. Design of HIFU transducers to generate specific nonlinear ultrasound fields. Physics Procedia. 87, 132-138 (2016).
- 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).
- McDannold, N., et al. Uterine leiomyomas: MR imaging-based thermometry and thermal dosimetry during focused ultrasound thermal ablation. Radiology. 240 (1), 263-272 (2006).
- Köhler, M. O., et al. Volumetric HIFU ablation under 3D guidance of rapid MRI thermometry. Medical Physics. 36 (8), 3521-3535 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Masamune, K., Kurima, I., Kuwana, K., Yamashita, H. HIFU positioning robot for less-invasive fetal treatment. Procedia CIRP. 5, 286-289 (2013).
- 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).
- Ellens, N. P. K., et al. The targeting accuracy of a preclinical MRI-guided focused ultrasound system. Medical Physics. 42 (1), 430-439 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chauhan, S., ter Haar, G. FUSBOTUS: empirical studies using a surgical robotic system for urological applications. AIP Conference Proceedings. 911, 117-121 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
