تقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري الموجهة بالموجات فوق الصوتية عالية كثافة وركز نظام المصفوفة على مراحل بالموجات فوق الصوتية
Summary
تصف هذه الدراسة وضع بروتوكول لتقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري نظام المصفوفة على مراحل الموجهة بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة مركزة بالموجات فوق الصوتية.
Abstract
ويتزايد استخدام صفائف التدريجي كمحولات طاقة الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (هيفو) في النظم الموجودة خارج الجسم هيفو (أوسغيفو) الموجهة بالموجات فوق الصوتية. محولات هيفو في هذه النظم عادة كروية الشكل مع وجود ثقب مركزي حيث شنت الولايات المتحدة مجس تصوير ويمكن تدويرها. يمكن بناؤها الصورة على طائرة العلاج من خلال تسلسل الصور المكتسبة أثناء التناوب للتحقيق. ولذلك، يمكن إجراء خطة العلاج على الصور أعيد بناؤها. من أجل تقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري لهذه النظم، بروتوكول طريقة استخدام الأبقار العضلات وجزءاً لا يتجزأ من علامة الوهمية وصف. الوهمية، أربع كرات صلبة في زوايا نموذج الراتنج مربعة بمثابة علامات مرجعية في الصورة أعيد بناؤها. يجب نقل الهدف حيث أن مركزها ومركز النموذج مربع يمكن أن يتزامن وفقا لمواقفهم النسبي في الصورة أعيد بناؤها. يتم وضع العضلات الخنازير بسمك حوالي 30 ملم أعلاه الوهمية لتقليد مسار الشعاع في إعدادات السريرية. بعد سونيكيشن، يتم تفحص الطائرة المعاملة في الوهمية ويستخرج حدود الآفة المرتبطة بها من الصورة الممسوحة ضوئياً. ويمكن تقييم دقة الاستهداف بقياس المسافة بين مراكز المستهدفة والآفة، فضلا عن ثلاثة معلمات المشتقة. هذا الأسلوب لا يمكن فقط تقييم دقة الاستهداف المستهدفة تتكون من النقاط المحورية متعددة بدلاً من بقعة تركيز واحدة في مسار شعاع ذات صلة سريرياً نظام المصفوفة على مراحل أوسغيفو، ولكن يمكن أيضا استخدامه في التقييم السريري أو الصيانة الدورية لأنظمة أوسغيفو تم تكوينه مع محول هيفو الصفيف على مراحل أو ذاتية التركيز.
Introduction
الصفيف التدريجي على نحو متزايد مصممة ومجهزة في هيفو نظم1،2،3،،من45،،من67. في أنظمة الصفيف على مراحل أوسغيفو، شنت مجس تصوير الولايات المتحدة عادة في حفرة وسط كروية هيفو محول طاقة1،،من28. التحقيق للتدوير لإعادة الإعمار الاستهداف والصورة في الفضاء ثلاثي الأبعاد9. مطلوب الاستهداف الدقيق لسلامة وفعالية العلاج هيفو. ومع ذلك، تم إجراء معظم الدراسات لتقييم دقة الاستهداف في نظم هيفو الموجهة بالرنين المغناطيسي أو نظم أوسغيفو تم تكوينه مع مركزة الذاتي هيفو محول طاقة10،11، 12 , 13 , 14 , 15 , 16-غرض الطريقة الموضحة أدناه تقييم دقة الاستهداف في المستوى البؤري لأنظمة الصفيف التدريجي أوسغيفو.
فانتوم العضلات/علامة-جزءا لا يتجزأ من الأبقار على طول مسار الشعاع ذات الصلة سريرياً يستخدم في تقييم دقة استهداف نظام المصفوفة على مراحل أوسغيفو السريرية. نموذج مربع مع أربع كرات في الزوايا ملفقة والمضمنة، بالاقتران مع العضلات الأبقار، إلى شبح شفافة. مسدس منتظم محدداً كهدف استناداً إلى مواقف مراكز الكرات الأربع المحددة في صورة الولايات المتحدة أعيد بناؤها على متن الطائرة في المعاملة. بعد سونيكيشنز هيفو، يتم تفحص الطائرة المعاملة من الوهمية، ويمكن تحديد خط الحدود للآفة، وكذلك مواقف الكرات الأربع، في الصورة الممسوحة ضوئياً. ويمكن تقييم دقة الاستهداف بقياس المسافة بين مراكز المستهدفة والآفة، فضلا عن ثلاثة معلمات المشتقة.
الأسلوب أبسط من قياس الخطأ استهداف باستخدام حركة الروبوتية مع إشارة محددة كائن11،،من1718 وذات الصلة سريرياً أكثر بالمقارنة مع الأسلوب استناداً إلى تنسيق واحد بقعة الاجتثاث في وهمية متجانسة10. يمكن استخدام هذا الأسلوب في تقييم دقة استهداف أنظمة الصفيف التدريجي أوسغيفو. يمكن استخدامه أيضا لأنظمة أوسغيفو أخرى مجهزة بمحولات الطاقة هيفو مركزة الذاتي.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد استخدمت مكونات الروبوتية خارج الجسم بالأنظمة أوسغيفو. لتقييم دقة الاستهداف لهذه النظم، مرجع علامات11،،من1218، الأنسجة في المختبر17وورم-تقليد النماذج وأشباح حساسة لدرجة الحرارة وقد استخدمت وحدها أو في تركيبة 10</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل جزئيا من خلال مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية (81402522)، وشنغهاي مفتاح التكنولوجيا والتطوير د برنامج (17441907400) من العلوم ولجنة بلدية شانغهاي للتكنولوجيا، وجامعة شانغهاي جياو تونغ صندوق أبحاث الهندسة الطبية (YG2017QN40، YG2015ZD10). التكنولوجيا الطبية تشونغ (شانغهاي) المحدودة للمسلم أيضا لتوفير نظام أوسغيفو. يشكر المؤلفون تشو وينزين ودونغ جوني لإعداد الوهمية ومساعدتها في التجارب.
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).
