JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

מחט אולטרה סאונד תלת מימדי עצה מעקב עם מקלט אולטרסאונד סיבים אופטיים

Published: August 21, 2018
doi:
10.3791/57207
, , , , , , , ,
1Wellcome/EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences,University College London, 2Department of Medical Physics and Biomedical Engineering,University College London, 3Department of Anaesthesia,University College Hospital, 4St Bartholomew’s Hospital and Queen Mary University of London, 5Institute for Women’s Health,University College London, 6Centre for Medical Imaging Computing,University College London, 7GePaSud,University of French Polynesia, 8Department of Development and Regeneration,KU Leuven (Katholieke Universiteit), 9NIHR University College London Hospitals Biomedical Research Centre

Summary

ויזואליזציה מדויק ויעיל של מכשור רפואי פולשני חשוב מאוד הליכים פולשנית מונחה אולטרה סאונד רבים. כאן, מוצגת שיטת המיקום המרחבי של קצה המחט ביחס החללית אולטרסאונד הדמיה ביצעה התאמה לשפות אחרות.

Abstract

אולטרסאונד משמש לעתים קרובות נהלים פולשנית המנחה, אך להמחיש מכשירים רפואיים היא לעתים קרובות מאתגרת עם זה מודאליות הדמיה. כאשר פריט חזותי אובד, המכשיר הרפואי יכול לגרום טראומה למבנים רקמות קריטי. כאן מוצגת שיטה לאתר את מחט במהלך הליכי תמונה מונחה אולטרה סאונד. שיטה זו כרוכה בשימוש מקלט סיבים אופטיים אולטרסאונד מוצמדת בתוך הצינורית של מחט רפואי לתקשר ultrasonically עם החללית אולטרסאונד חיצוני. המכשיר המותאם אישית הזה מורכב מערך רכיב מתמר המרכזי לצד אלמנט מערכים. בנוסף קונבנציונאלי דו-ממדית (2D) B-מצב אולטראסאונד הדמיה המסופקים על ידי המערך המרכזי, תלת מימדי (3D) מחט מעקב מסופק על ידי מערכי בצד. עבור B-מצב אולטראסאונד הדמיה, מבוצע ברצף transmit-receive סטנדרטי עם beamforming אלקטרונית. לצורך מעקב אולטראסאונד, אולטרסאונד בקידוד Golay שידורי מערכי-4 בצד של מתקבלים על ידי חיישן הידרופון, לאחר מכן האותות שהתקבלו הם המפוענח לזיהוי מיקום מרחבי של קצה המחט ביחס ההדמיה אולטרסאונד בדיקה. כמו אימות מקדים של שיטה זו, הוספות של זוג המחט/הידרופון בוצעו בהקשרים ריאליסטיים קלינית. אולטרסאונד הרומן הזה הדמיה/מעקב בשיטה הוא תואם עם זרימת העבודה הקלינית הנוכחית, והוא מספק אמין מכשיר מעקב במהלך המחט בתוך המטוס ו- out-של-plane הוספות.

Introduction

לוקליזציה מדויק ויעיל של מכשור רפואי פולשני רצוי מאוד בהליכים רבים מונחה אולטרה סאונד פולשנית. הליכים אלה הם נתקל בהקשרים קליניים כגון הרדמה אזורית של ניהול כאב התערבותית1, אונקולוגיה התערבותית2ברפואת3. ויזואליזציה של קצה מכשור רפואי יכול להיות מאתגר עם אולטראסאונד הדמיה. במהלך הוספות בתוך המטוס, מחטים לעיתים קרובות יש ראות עני כאשר זוויות ההכנסה תלולה. יתר על כן, במהלך out-של-plane הוספות, מוט המחט יכול להתפרש בטעות כשייך קצה המחט. כאשר קצה המחט אינה גלויה ultrasonically, זה יכול לגרום לסיבוכים על-ידי פגיעה רקמות קריטי מבנים.

שיטות רבות זמינים להתאים לשפה ומכשור רפואי במהלך אולטראסאונד הדמיה, אבל אחד אמין התואמת זרימת העבודה הקלינית הנוכחית היא הרצויה ביותר. משטחים Echogenic יכול לשמש כדי לשפר את הנראות במהלך זווית תלולה הוספות בתוך מטוס4. מערכות מעקב אלקטרומגנטית ניתן להשתמש במהלך הוספות out-של-המטוס, אך השדה האלקטרו-מגנטי הפרעות קשות יכול לבזות את הדיוק שלהם. אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה ניתן לשפר את הנראות של מכשירים רפואיים בהליכים מסוימים הלב של העובר כאשר הם מוקפים נוזלים5. עם זאת, אולטראסאונד תלת-ממד הדמיה אינו בשימוש נרחב להדרכה מחט, בחלקו בשל המורכבויות המשויכות פרשנות התמונה.

מעקב אולטרה סאונד היא שיטה אשר הראו פוטנציאל אדיר לשיפור מכשור רפואי ניראות6,7,8,9,10,11,12 13, ,14. עם מעקב אולטרה סאונד, המכשיר הרפואי יש חיישן סאונד מוטבע או משדר המקיים באופן פעיל עם אולטרה סאונד חיצוני הדמיה בדיקה. ניתן לזהות את המיקום מכשור רפואי של סאונד נמדד הזמן-של-הטיסות בין סאונד מוטבע חיישן/משדר מתמר שונים אלמנטים של המכשיר. עד כה, הוגבלה אולטראסאונד מעקב על מעקב בתוך המטוס, אשר הגביל במידה רבה את השימוש הקליני.

כאן, הפגנה של מעקב אולטרה סאונד תלת-ממד איך ניתן לבצע אולטרסאונד מותאם אישית הדמיה בדיקה ולא הידרופון סיבים אופטיים מודבקת בתוך הצינורית של מחט (איור 1). המכשיר הזה מותאם אישית, אשר עוצב על ידי המחברים מיוצרים באופן חיצוני, כוללת מגוון מרכזי של אלמנטים מתמר ומערכים בצד ארבע. המערך המרכזי משמש 2D אולטראסאונד הדמיה; מערכי של צד, עבור תלת-ממד מחט עצה מעקב בהופעה עם המקלט אולטרסאונד סיבים אופטיים. הוא הראה כיצד המקלט סיבים אופטיים אולטרסאונד שאפשר למקמו ולשנות מודבקת בתוך הצינורית מחט, כמה דיוק מעקב המערכת נמדד ב- benchtop, ומחקרים קליניים איך ניתן לבצע אימות.

Protocol

1. מערכת חומרה באולטרסאונד מותאם קליני הדמיה בדיקה ליצור עיצוב טיוטה עבור הפריסה של היסודות מתמר את הגשוש מותאם אישית הכולל מערכים המרכזית בצד. להגיש את העיצוב ליצרן של המכשיר הזה. עם משוב מהיצרן, ליצור עיצוב מפורט עבור המכשיר מותאם אישית הכולל ליטושים מתמר בתדר מאפיינים וגיאומטריה (איור 2).הערה: בדרך כלל, יצרן המכשיר מותאם אישית באפשרותך לעצב מערכות אלקטרוניות, הדיור בדיקה ו המחבר בדיקה עבור תאימות עבור סוג מסוים של אולטרסאונד מערכת הדמיה. היצרן יכול לכלול גם בורר מצב הפעולה (חומרה) כדי לקבוע איזו קבוצה של רכיבים 128. נשלחה על-ידי. האולטרסאונד מערכת הדמיה. במצב הדמיה, מיועד המערך המרכזי; במצב מעקב, מערכי בצד של המטופלות. המחט מעקב בחר על הידרופון סיבים אופטיים אולטרסאונד אשר כוללת של סיב אופטי במצב יחיד עם חור פאברי-Pérot בקצה הדיסטלי (הקוטר החיצוני (OD): 150 מיקרומטר).הערה: ההידרופונים המרכיבים של סיב אופטי במצב יחיד עם חור פאברי-Pérot בקצה הדיסטלי (OD: 150 מיקרומטר), זמינים מסחרית. סדקים קרובים לקצה הדיסטלי, בסיבים אופטיים משמשים לעתים קרובות טלקומוניקציה יש שכבת חיפוי (OD: 125 µm), שכבה מאגר (OD: 250 מיקרומטר), ואת מעיל (OD: מיקרומטר 900). באופן חלקי באמצעות אזמל, להסיר את הג’קט מיקרומטר 900 לאורכו של ההידרופון סיב אופטי סיבים, קרוב לקצה הדיסטלי, לחשוף את השכבה מאגר עד ההידרופון יכול שיתאים הצינורית המחט.הערה: עבור חוסן מכני, זה שימושי לשמר את מאגר מגן השכבה/הז’קט בחלק של כבל סיבים אופטיים כי הוא מקורב למחבר ה-סכינים סטריליים. תשמרי על טיפול המקטע השברירי של סיבי לאחר הז’קט מוסר, לפני שהוא מוגן באמצעות הצינורית מחט מוספית המחט רפואי אופקית לשלב אפקית ידנית, להמחיש את מחט עם מיקרוסקופ סטריאו, עם הציר האופטי של המיקרוסקופ מסודרים בצורה אופקית, בניצב המחט. במידת הצורך, לסובב את המחט על צירו כך ניתן לראות פני השטח שיקוע של המחט עם המיקרוסקופ. בקצה הדיסטלי של המחט על רקע למיקרוסקופ, הכנס את השפופרת סיבים אופטיים אולטרסאונד דרך את הצינורית של מתאם טוהי-Borst Sidearm ובעקבות כך דרך מחבר ה-סכינים סטריליים של המחט עד האזור חישה של ההידרופון הוא פשוט מקורב אל פני השטח שיקוע של המחט. בשלב זה, המתאם Sidearm צריך לא להיות מחובר את המחט. מוספית ההידרופון לבמה תרגום (פוליאימיד סרט טוב פועל) כדי למנוע את התנועה בתוך המחט. מוספית ההידרופון לבמה תרגום עם פוליאימיד סרט כדי למנוע תנועה של המכשיר בתוך המחט. אנכית מוספית 20-microliter פיפטה לבמה תרגום אנכי עם קצה מופנות כלפי מטה, השתמש בשני השלבים הזזה אופקית והזזה אנכית כדי למקם את micropipette עצה עד שהוא יהיה סמוך ההידרופון סיבים אופטיים, כ- 0.5 מ מ צינתור לאזור חישה בקצה הדיסטלי. מקום טיפה של דבק אופטי, בסוף micropipette הפרוקסימלית ולהתאים את המחט כדי לאפשר נתיב ישיר מהקצה micropipette למקבל אולטרסאונד סיבים אופטיים. לאחר מכן להשתמש מזרק 10-mL כדי להפעיל לחץ בסוף הפרוקסימלית micropipette לוותר בהדרגה שהדבק מ דיסטלי לתוך המקלט אולטרסאונד סיבים אופטיים, מקפיד להימנע מהחלה דבק חישה אזור או occluding את הצינורית, ו להאיר את מחט עם האור האולטרה סגול עד שהדבק אופטי הוא נרפא. 2. שילוב מערכת להתחבר ההידרופון קונסולת האופטי שלה.הערה: קונסולות אופטי לספק אות מתח אנלוגי פרופורציונליים להלחץ שהתקבלו זמינים מסחרית. לחבר את האולטרסאונד מותאם אישית הדמיה החללית אולטרסאונד במסוף. לבצע רכישות רציף של תמונות אולטרסאונד B-מצב וקטניות מקודד אולטרסאונד למעקב אחר10,14. עבור ייבוא תמונות אולטרסאונד B-מצב, לבצע את הדופק-אקו שידור-קליטה של רצפי עם רכיבי המערך המרכזי. השתמש במתג החומרה כדי לשלוט אם ניתן לגשת לרכיבי המערך בצד או לרכיבי המערך המרכזי. דיגיטייז את האותות הידרופון, את האותות תזמון לפי מההתחלה של שידורי אולטרסאונד בו זמנית עם כרטיס רכישה (DAQ) נתונים. תהליך ולהציג האותות שנרכשה מן הדופק-ההד לשדר-לקבל רצפים, כדי לקבל תמונות אולטרסאונד B-מצב. בנוסף, לעבד ולהציג את האותות הידרופון כדי להתאים לשפה המקלט סיבים אופטיים אולטרסאונד ביחס המכשיר מותאם אישית. עבור הפעילות השנייה, האלגוריתמים מתוארים על ידי שיה ואח. 12 , 14 מכסים את מיקומי קצה המחט על גבי תמונות אולטרסאונד B-מצב. כדי להציג מעקב אחר מידע על-גבי צג תמונה דו-ממדית אולטרסאונד תלת-ממד, ניתן לציין את המיקום של קצה המחט (קואורדינטות לרוחב ועומק) עם צלב; המרחק out-של-המטוס ואת הצד של ההדמיה מטוס, עם גודל וצבע של הצלב הזה, בהתאמה. 3. ניסויים פרה-קליניים אימות בחר את מצב הפעולה באמצעות המתג על החללית אולטרסאונד הדמיה. להוסיף ג’ל האולטראסאונד לחקור את ההדמיה אולטרסאונד מותאם אישית. להכין פנטום סאונד על-ידי הוספת מים לחקות השפיר. בעזרת ההדמיה אולטרסאונד B-מצב, לזהות נוזל מי השפיר הפאנטום כיעד ההכנסה.הערה: המטרה ההכנסה יהיה תלוי ההקשר; זה עשוי לכלול אזור מסוים של רקמות אבחון או טיפול במהלך ניתוח הקליני, או במיקום המיועד פנטום הדמיה לחקות אזור הרקמה. הכנס את המחט לקראת המטרה ההכנסה. במהלך ההוספה, להחליף בין מצבי פעולה (הדמיה ומעקב) באופן רציף באמצעות המתג שעל המכשיר מותאם אישית.

Representative Results

חיות הניסוי נערך על פי תקנות משרד הפנים בריטניה והדרכה בשל מעשה הפעולה של חיות (וצפייה) (1986). הכבשים הוחזק על פי הנחיות משרד הפנים בריטניה הנוגעים לרווחת בעלי חיים; הניסויים נערכו תחת המשרד הביתי פרוייקט רישוי 70/7408 שכותרתו “טרום לידתי טיפול עם תאי גזע, העברה גנטית”. אתיקה אישור לניסויים כבשים סופק על ידי אוניברסיטת מכללת לונדון, הממלכה המאוחדת, הלוחות ביקורת אתיקה של רווחה חיה המכללה וטרינרית רויאל. באישור אתיקה במקום, שימש כבשה בהריון עבור אימות פרה ויוו . לאחר קבלת נרות פרוגסטרון intravaginal 2 שבועות, צאן היו זמן-הזדווגו to הביוץ, כפי שתואר על ידי דוד ואח. 34 -130 ימים של ההיריון, לעצמכם בהריון אחד היה ברעב בין לילה עם דופק לוויה בהריון יכולה לאחר מכן עברה הרדמה כללית המושרה עם הנתרן התיופנטל 20 מ ג ק ג-1 לווריד, נשמר עם 2-2.5 איזופלוריין % חמצן לאחר צנרור באמצעות מכונת הנשמה. צנרור נכונה אושר ע י האזנה לריאות באופן דו-צדדי. הרדמה אושר על ידי הערכה של הקרנית. . רווית חמצן נמדדה באופן רציף באמצעות צג רוויה על הלשון או באוזן. לעצמכם הונח על גבה ב דו-recundancy, צינור השפופרת נחקק כדי להקל על מעבר של תוכן הקיבה. חומר סיכה עינית הוחל על העיניים כדי לשמור על לחות. לאחר החיתוך של גיזת, הבטן של לעצמכם היה כפול שפשף עם חיטוי העור. צימוד סטרילי ג’ל היה מוחל על הבטן, בדיקת אולטרסאונד שימש כדי לאשר שגיל לעצמכם34 וכדי להעריך את השקר בעובר. בסוף הניתוח החיה בצורה הומאנית נרצח באמצעות מנת יתר של הנתרן התיופנטל (40 מ ג ק ג-1 לווריד). המטפל (A.L.D.) זיהה את חבל הטבור כמטרה. מחט הוכנס לתוך חלל הרחם, הטיפ היה במעקב לאורך מסלול זה השיגו של out-של-plane מרחק של 15 מ מ ועומק של 38 מ מ (איור 3). Golay קידוד משופרת של SNR, עם עלייה 7.5-fold ביחס עירור דו-קוטבי קונבנציונאלי (איור 3B). עמדות קצה המחט מסומנים 3D פרסו בתמונת אולטרסאונד 2D באמצעות צלבים עם רוחב הרומז על מצבה העגום של out-של-plane מרחק וצבע מעידה על ההדמיה (שלב 2.6) (איור 3C). איור 1: מבט כולל על המערכת. אולטרסאונד (לנו) הדמיה/מעקב המכשיר מאפשר הדמיה ארה ב 2D והן תלת-ממד המחט מעקב. מונעת על ידי סורק בארה ב מספק שליטה על המעקב רכיב השידורים. מתג מאפשר עבור הבחירה אלקטרונית של אלמנטים מתמר למעבר בין שני מצבי פעולה: הדמיה עם המערך המרכזי ומעקב עם הצד מערכים. סיבים אופטיים הידרופון (FOH) אולטרסאונד מקלט, בתוך לומן של מחט 20 גרם, מקבל את השידורים של מערכי בצד. T/r: שידור/קליטה; LT: הקו הדק; רגל: מסגרת ההדק; PC: מחשב אישי; DAQ: כרטיס רכישה נתונים. זה איור וכיתוב משוחזרות באישור שיה, W. et al. 14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 2: פריסת רכיב מתמר האולטרסאונד מותאם אישית הדמיה בדיקה. מערך מרכזי בעל אלמנטים 128 ו של העדשה אקוסטית מאפשר הדמיה. מערכים בצד, עם אלמנטים 32 בכל שורה ואלמנטים 128 בסך הכל, לאפשר מעקב המחט תלת-ממד. זה איור וכיתוב משוחזרות באישור שיה, W. et al. 14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 3: מחט הכניסה עם תלת-ממד מעקב ויוו. (א) מסומנים המחט עצה עמדות (עיגולים: P1-P6) שהתקבל במהלך ההכנסה לתוך חלל הרחם של כבשה בהריון. (B) יחס אות לרעש (SNRs) של האותות מעקב (המטוס הדמיה: X = 0). שכבת-על (C) של 3 של עמדות מסומנים על גבי תמונה דו-ממדית ארה ב שנרכשה עם המערך המרכזי. אורך כל צלב end-to-end תאמו המרחק out-של-המטוס; הצבע (אדום/צהוב) תאמו הצד של המטוס הדמיה. מפתח תכונות אנטומיות מתוארים עם קווי מתאר (מימין). S: העור; PF: מלעורית שומן; UW: קיר הרחם; AF: נוזל מי השפיר; UC: חבל הטבור; פא: בטן העובר. זה איור וכיתוב משוחזרות באישור שיה, W. et al. 14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

כאן אנחנו מדגימים כיצד 3D ניתן לבצע מעקב אולטראסאונד אולטרסאונד מותאם אישית הדמיה בדיקה, הידרופון סיבים אופטיים משולבים בתוך מחט. מבחינה קלינית תרגום, מספר היבטים של המכשיר מותאם אישית שפותחו במחקר זה הם אטרקטיביים. ממדיו הקומפקטיים מתאימה היטב לשימוש בחללים קטנים כגון השחי תמרון מגושם 3D הדמיה הגששים איפה מאתגר. מגבלה אחת של מימוש מעקב אולטרה סאונד תלת-ממד המובאת כאן היא החלפה ידנית היה נדרש למעבר בין הדמיה ומעקב מצבי. בעתיד ובאופני מיתוג זה יכול להיעשות ישירות על-ידי. את האולטרסאונד מערכת הדמיה.

ההידרופון סיבים אופטיים מתאים מאוד מחט אולטראסאונד מעקב. שלה דרגה גבוהה של מזעור וגמישות מאפשרים ושילובו ומכשור רפואי עם ממדים קטנים לרוחב. רוחב הפס שלו תדר רחב16 מאפשר תאימות עם הגששים אולטרסאונד קליניים שונים. בנוסף, שלה omnidirectionality16 מאפשר מעקב מחטים שנוספים במגוון רחב של זוויות. בסופו של דבר, את חסינותו לטפל בהפרות סדר של שדות אלקטרומגנטיים או מחפצים מתכתיים הופך אותו מתאים יותר קליני הגדרות בניגוד EM מעקב. כדי להשיג סאונד זיהוי רגישות, חור פאברי-Pérot פלאנו-קעורה יכול לשמש בעתיד17. בסופו של דבר, אולטראסאונד מעקב יכול להיות משולב עם באופנים ב סיב אופטי בודד, כגון השתקפות ספקטרוסקופיה18,19,20,21,22, 23, ספקטרוסקופיה24ראמאן,25,טומוגרפיה אופטית קוהרנטית26, ו photoacoustic הדמיה27,28,29,30 , 31 , 32 , 33.

מעקב אולטרה סאונד יש מגבלות המשותפים עם אולטראסאונד הדמיה. ראשית, רקמת heterogeneities השפעה שלילית על מעקב אולטרה סאונד; וריאציות המרחבי מהירות הקול של רקמות יקטן דיוק מעקב, כפי שמתואר על ידי הדמיה מספרית המחקר הקודם14. שנית, אנטומי במבנים מאוד רעיוני על גלי אולטרסאונד, כגון מבנים גרמי או חללים אוויר, הם כנראה לא תואם עם מעקב אולטרה סאונד. בעתיד מחקרים, המיקום קצה המחט שהושג עם שיטות הדמיה אחרות, כגון תלת-ממד המסתובבת C-arm טומוגרפיה ממוחשבת רנטגן, ניתן להשתמש כדי להעריך את הדיוק של מעקב אולטרה סאונד תלת-ממד רקמות הטרוגנית ויוו.

למרות הפיתוחים האחרונים בתחום אולטראסאונד הדמיה, מעקב מדויק מניפולציה יעילה של מכשירים רפואיים תחת הדרכתו של מודאליות הזה עדיין מאתגר, אפילו עבור מטפלים מומחים. תקשורת פעילה בין הגששים אולטרסאונד חיצוני ומכשור רפואי, כפי שמוצג להלן, עשויה לשפר יעילות ובטיחות פרוצדורלי. שיפורים אלה יכול מאוד להקל על אימוץ של אולטראסאונד הדמיה במקום רנטגן fluoroscopy בהקשרים קליני מספר, כגון הוספות בעמוד השדרה לניהול כאב התערבותית. המערכת שפותחה במחקר זה מאפשרת מעקב אולטרה סאונד תלת-ממד ו- 2D אולטראסאונד הדמיה עם החללית אולטרסאונד קומפקטי. זה יכול לשפר מונחה אולטרה סאונד נהלים פולשנית על-ידי מתן לוקליזציה מדויק של קצה המחט בתוך זרימת העבודה הקלינית הנוכחית.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי חדשנית להנדסה בפרס בריאות מאת טרסט (מס ‘ WT101957) ומחקר ממדעי והנדסה המועצה (EPSRC) (מס ‘ NS/A000027/1), על ידי מרכז Wellcome/EPSRC פרס [203145Z/16/Z & NS/A000050/1], על ידי מענק החל מן המועצה האירופית למחקר (מענק מס ‘ ERC-2012-StG, הצעת 310970 MOPHIM), ועל -ידי של גרנט EPSRC הראשון (מס ‘ EP/J010952/1). A.L.D. נתמך על ידי רשת הכיול האוניברסלית/UCLH NIHR מקיף ביו המרכז לחקר. המחברים מודים לצוות המכללה וטרינרית רויאל סיוע חשוב שלהם עם ניסויים ויוו .

Materials

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%
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chin, K., Perlas, A., Chan, V., Brull, R. Needle visualization in ultrasound-guided regional anesthesia: challenges and solutions. Reg. Anesth. Pain Med. 33 (6), 532-544 (2008).
  2. Sridhar, A. N., et al. Image-guided robotic interventions for prostate cancer. Nat. Rev. Urol. 10, 452-462 (2013).
  3. Daffos, F., Capella-Pavlovsky, M., Forestier, F. Fetal blood sampling during pregnancy with use of a needle guided by ultrasound: A study of 606 consecutive cases. Am. J. Obstet. Gynecol. 153 (6), 655-660 (1985).
  4. Hebard, S., Graham, H. Echogenic technology can improve needle visibility during ultrasound-guided regional anesthesia. Reg. Anesth. Pain Med. 36 (2), 185-189 (2011).
  5. Abayazid, M., Vrooijink, G. J., Patil, S., Alterovitz, R., Misra, S. Experimental evaluation of ultrasound-guided 3D needle steering in biological tissue. Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 9 (6), 931-939 (2014).
  6. Nikolov, S. I., Jorgen, A. J. Precision of needle tip localization using a receiver in the needle. IEEE Int Ultrason Symp. , (2008).
  7. Mung, J., Vignon, F., Jain, A. A non-disruptive technology for robust 3D tool tracking for ultrasound-guided interventions. MICCAI 2011. , 153-160 (2011).
  8. Guo, X., Tavakoli, B., Kang, H. J., Kang, J. U., Etienne-Cummings, R., Boctor, E. M. Photoacoustic active ultrasound element for catheter tracking. Proc. SPIE. 8943, 89435M (2014).
  9. Xia, W., et al. In-plane ultrasonic needle tracking using a fiber-optic hydrophone. Med. Phys. 42 (10), 5983-5991 (2015).
  10. Xia, W., et al. Coded excitation ultrasonic needle tracking: An in vivo study. Med. Phys. 43 (7), 4065-4073 (2016).
  11. Xia, W., et al. Interventional photoacoustic imaging of the human placenta with ultrasonic tracking for minimally invasive fetal surgeries. MICCAI 2015. , 371-378 (2015).
  12. Xia, W., et al. 3D Ultrasonic Needle Tracking with a 1.5D Transducer Array for Guidance of Fetal Interventions. MICCAI 2016. , 353-361 (2016).
  13. Xia, W., et al. Fiber optic photoacoustic probe with ultrasonic tracking for guiding minimally invasive procedures. Proc. SPIE. 9539 95390K. 9539, 95390K (2015).
  14. Xia, W., et al. Looking beyond the imaging plane: 3D needle tracking with a linear array ultrasound probe. Sci. Rep. 7, 3674-3682 (2017).
  15. Xia, W., et al. Ultrasonic Needle Tracking with a Fibre-Optic Ultrasound Transmitter for Guidance of Minimally Invasive Fetal Surgery. MICCAI 2017. , 637-645 (2017).
  16. Morris, P., Hurrell, A., Shaw, A., Zhang, E., Beard, P. C. A Fabry-Pérot fiber-optic ultrasonic hydrophone for the simultaneous measurement of temperature and acoustic pressure. J. Acoust. Soc. Am. 125 (6), 3611-3622 (2009).
  17. Zhang, E. Z., Beard, P. C. Characteristics of optimized fiber-optic ultrasound receivers for minimally invasive photoacoustic detection. Proc. SPIE. 9323, 932311 (2015).
  18. Desjardins, A. E., et al. Epidural needle with embedded optical fibers for spectroscopic differentiation of tissue: ex vivo feasibility study. Biomed. Opt. Exp. 2 (6), 1452-1461 (2011).
  19. Desjardins, A. E., et al. Needle stylet with integrated optical fibers for spectroscopic contrast during peripheral nerve blocks. J. Biomed. Opt. 16 (7), 077004 (2011).
  20. Rathmell, J. P., et al. Identification of the Epidural Space with Optical Spectroscopy: An In Vivo Swine Study. Anesthesiology. 113 (6), 1406-1418 (2010).
  21. Balthasar, A., et al. Optical Detection of Vascular Penetration during Nerve Blocks: An in vivo Human. Reg. Anesth. Pain Man. 37 (1), 3-7 (2012).
  22. Brynolf, M., et al. Optical Detection of the Brachial Plexus for Peripheral Nerve Blocks: An in vivo Swine Study. Reg. Anesth. Pain Man. 36 (4), 350-357 (2011).
  23. Soto-Astorga, R. P., West, S. J., Putnis, S., Hebden, J. C., Desjardins, A. E. Epidural catheter with integrated light guides for spectroscopic tissue characterization. Biomed. Opt. Express. 4 (11), 2619-2628 (2013).
  24. Anderson, T. A. Raman Spectroscopy Differentiates Each Tissue From the Skin to the Spinal Cord: A Novel Method for Epidural Needle Placement?. Anesthesiology. 125 (4), 793-804 (2016).
  25. Xie, Y., Bonin, T., Löffler, S., Hüttmann, G., Tronnier, V., Hofmann, U. G. Coronal in vivo forward-imaging of rat brain morphology with an ultra-small optical coherence tomography fiber probe. Phys. Med. & Biol. 58 (3), 555-568 (2013).
  26. Xie, Y., Harsan, L. A., Bienert, T., Kirch, R. D., Von Elverfeldt, D., Hofmann, U. G. Qualitative and quantitative evaluation of in vivo SD-OCT measurement of rat brain. Biomed. Opt. Express. 8 (2), 593-607 (2017).
  27. Xia, W., et al. Performance characteristics of an interventional multispectral photoacoustic imaging system for guiding minimally invasive procedures. J. Biomed. Opt. 20 (8), 086005 (2015).
  28. Mari, J. -. M., Xia, W., West, S. J., Desjardins, A. E. Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical ultrasound probe for discriminating nerves and tendons: an ex vivo pilot study. J. Biomed. Opt. 20 (11), 110503 (2015).
  29. Xia, W., et al. An interventional multispectral photoacoustic imaging platform for the guidance of minimally invasive procedures. Proc. SPIE. 9539, 95390D (2015).
  30. Xia, W., West, S. J., Nikitichev, D. I., Ourselin, S., Beard, P. C., Desjardins, A. E. Interventional multispectral photoacoustic imaging with a clinical linear array ultrasound probe for guiding nerve blocks. Proc. SPIE. 9708, 97080C1-97080C6 (2016).
  31. Gandhi, N., Allard, M., Kim, S., Kazanzides, P., Bell, M. A. L. Photoacoustic-based approach to surgical guidance performed with and without a da Vinci robot. J. Biomed. Opt. 22 (12), 121606 (2017).
  32. Bell, M. A. L., Kuo, N. P., Song, D. Y., Kang, J. U., Boctor, E. M. In vivo visualization of prostate brachytherapy seeds with photoacoustic imaging. J. Biomed. Opt. 19 (12), 126011 (2017).
  33. Piras, D., Grijsen, C., Schütte, P., Steenbergen, W., Manohar, S. Photoacoustic needle: minimally invasive guidance to biopsy. J. Biomed. Opt. 18 (7), 070502 (2013).
  34. David, A. L., et al. Clinically applicable procedure for gene delivery to fetal gut by ultrasound-guided gastric injection: toward prenatal prevention of early-onset intestinal diseases. Hum. Gene Ther. 17 (7), 767-779 (2006).

Tags

3D UltrasoundNeedle Tip TrackingFiber-optic Ultrasound ReceiverFabry-Perot Optical CavityNeedle CannulaTuohy-Borst Sidearm AdapterMicropipetteOptical AdhesiveUltraviolet CuringUltrasound Imaging System

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Xia, W., West, S. J., Finlay, M. C., Pratt, R., Mathews, S., Mari, J., Ourselin, S., David, A. L., Desjardins, A. E. Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver. J. Vis. Exp. (138), e57207, doi:10.3791/57207 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image