Оценки точности таргетинга в фокальной плоскости для УЗИ руководствуясь высокой интенсивности сосредоточены фазированной ультразвуковая система
Summary
Это исследование описывает протокол для оценки точности таргетинга в фокальной плоскости системы фазированной УЗИ руководствуясь высокой интенсивности фокусированного ультразвука.
Abstract
Фазированных решеток все чаще используются в качестве высокой интенсивности фокусированного ультразвука (HIFU) преобразователи в существующих Экстракорпоральная УЗИ руководствуясь HIFU (USgHIFU) системах. HIFU преобразователи в таких системах обычно сферическую форму с центральным отверстием, где США изображений Датчик монтируется и может быть повернут. Изображение на плоскости лечения могут быть реконструированы через последовательность изображений, приобретенных во время вращения зонда. Таким образом план лечения могут быть сделаны на восстановленные изображения. Для того чтобы оценить точность таргетинга в фокальной плоскости таких систем, протокол метода с помощью бычьего мышц и внедрен маркер Фантом описано. В Фантом четыре твердые шарики на углах квадратных смолы модели служат ссылки маркеров в восстановленные изображения. Цели следует перенести таким образом, чтобы его центр и центр площади модели могут совпадать согласно их относительные позиции в восстановленные изображения. Мышцы свиной с толщиной около 30 мм находится выше Фантом для имитации луча в клинических условиях. После sonication проверки плоскости обращения в Фантом и границы связанные поражения добывается из отсканированного изображения. Точность ориентации можно оценить, измеряя расстояние между центрами целевой и поражения, а также три производных параметров. Этот метод не только оценить таргетинга точность целевого, состоящий из нескольких точек фокуса, вместо того, чтобы пятно один фокуса в клинически значимых луча фазированной системы USgHIFU, но он также может использоваться в доклинической оценке или регулярное техническое обслуживание систем USgHIFU с фазированной или самостоятельно целенаправленной HIFU датчика.
Introduction
Фазированных чаще спроектирован и оборудован в HIFU систем1,2,3,4,5,6,7. В USgHIFU фазированной систем США изображений зонд обычно монтируется в центральное отверстие сферической HIFU датчика1,2,8. Зонд вращающийся для ориентации и образ восстановления в трехмерном пространстве9. Для безопасности и эффективности лечения HIFU требуется точной ориентации. Однако большинство исследований для оценки точности таргетинга выполнены для магнитного резонанса руководствуясь HIFU систем или систем USgHIFU с самостоятельной целенаправленной HIFU датчик10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. описанный ниже метод предназначен для оценки точности таргетинга в фокальной плоскости для USgHIFU фазированных систем.
Говядину мышцы/маркер встроенный Фантом вдоль клинически значимых луча используется в оценке определение точности системы фазированной клинических USgHIFU. Квадратный модель с четырьмя мячами в углах сфабрикованы и встроенных, в сочетании с бычьим мышц, в прозрачный призрак. Правильного шестиугольника выбран в качестве цели, основанные на позициях центров четыре шарика, выявленных в реконструированных США изображении на плоскости лечения. После sonications HIFU проверки плоскости лечения Фантом, и границы поражения, а также позиции четырех шаров, может быть определен в отсканированного изображения. Точность ориентации можно оценить, измеряя расстояние между центрами целевой и поражения, а также три производных параметров.
Этот метод проще, чем измерение нацеленности ошибки с использованием роботизированной движение с конкретной ссылки объекта11,17,18 и более клинически значимых по сравнению с методом на основе разовая очаговая пятно абляции в однородной Фантом10. Этот метод может использоваться при оценке точности таргетинга USgHIFU фазированных систем. Он может использоваться также для других USgHIFU систем, оснащенных собственной целенаправленной HIFU преобразователи.
Protocol
Representative Results
Discussion
Роботизированные компоненты были использованы для экстракорпоральной USgHIFU систем. Для оценки точности таргетинга таких систем, ссылка маркеры11,12,18, в пробирке ткани17, опухоль имитировать модели и чувствительных к темпера…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана в части национального фонда Китая естественных наук (81402522), Шанхай ключ технологии R & D программы (17441907400) от Шанхайский университет науки и технологии Комиссии муниципалитета Шанхая Фонд исследований медицинской техники (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui медицина (Шанхай) Co., Ltd. также признается для обеспечения системы USgHIFU. Авторы благодарят Wenzhen Чжу и Джуньху Донг Фантом подготовки и их помощь в экспериментах.
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 |
References
- 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).
