Evaluatie van Targeting nauwkeurigheid in het brandvlak voor een echografie-geleide High-intensity gericht echografie geleidelijk-matrix systeem
Summary
Deze studie beschrijft een protocol om te evalueren van de targeting nauwkeurigheid in het brandvlak van een echografie-geleide high intensity gerichte echografie geleidelijk-array systeem.
Abstract
Phased arrays worden steeds meer gebruikt als hoge intensiteit geconcentreerd ultrageluid (HIFU) omvormers in de bestaande Extracorporale echografie-geleide HIFU (USgHIFU) systemen. De HIFU omvormers in dergelijke systemen zijn meestal sferisch in vorm met een gat in het midden waar een Amerikaanse imaging sonde is gemonteerd en kan worden gedraaid. Het beeld op het vlak van behandeling kan worden gereconstrueerd door middel van de Afbeeldingsvolgorde verworven tijdens de rotatie van de sonde. Daarom kan het behandelingsplan op de gereconstrueerde beelden worden gemaakt. Teneinde de targeting nauwkeurigheid in het brandvlak van dergelijke systemen, het protocol van een methode met behulp van een runderen wordt spier en marker-embedded phantom beschreven. In de phantom dienen vier stevige ballen op de hoeken van een vierkant hars model als de referentie-markeringen in het gereconstrueerde beeld. Het doel moet worden verplaatst zodat zowel het centrum als het centrum van het vierkante model volgens hun relatieve positie in het gereconstrueerde beeld kunnen samenvallen. Varkens spier met een dikte van ongeveer 30 mm is boven de phantom na te bootsen de lichtbundel pad in klinische instellingen geplaatst. Na ultrasoonapparaat, het vliegtuig van de behandeling in de phantom wordt gescand en de grens van de bijbehorende laesie wordt gewonnen uit de gescande afbeelding. De targeting nauwkeurigheid kan worden geëvalueerd door het meten van de afstand tussen de centers van doelgroep en laesie, evenals drie afgeleide parameters. Deze methode niet alleen bepalen de targeting nauwkeurigheid van het doel dat bestaat uit meerdere focal vlekken in plaats van een enkele focal plek in een klinisch relevante lichtbundel pad van de USgHIFU geleidelijk-array systeem, maar het kan ook worden gebruikt in de preklinische evaluatie of regelmatig onderhoud van USgHIFU systemen die zijn geconfigureerd met geleidelijk-matrix of zelf gerichte HIFU transducer.
Introduction
De phased array is steeds ontworpen en uitgerust in HIFU systemen1,2,3,4,5,6,7. In USgHIFU geleidelijk-array systemen, is een Amerikaanse imaging sonde meestal gemonteerd in het gat in het midden van de sferische HIFU transducer1,2,8. De sonde is draaibare voor targeting en afbeelding wederopbouw in de driedimensionale ruimte9. Precieze targeting is vereist voor de veiligheid en de werkzaamheid van de HIFU-behandeling. Echter zijn het merendeel van de studies voor de beoordeling van gericht op nauwkeurigheid uitgevoerd voor magnetische resonantie-geleide HIFU systemen of USgHIFU systemen die zijn geconfigureerd met een zelf gerichte HIFU transducer10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. het doel van de hieronder beschreven methode is om de targeting nauwkeurigheid in het brandvlak voor USgHIFU phased array systemen.
Een boviene spier/marker-embedded phantom langs het pad van klinisch relevante lichtbundel wordt gebruikt bij de evaluatie van de targeting nauwkeurigheid van een klinische USgHIFU geleidelijk-array systeem. Een vierkante model met vier ballen op de hoeken is vervaardigd en ingebed, in combinatie met boviene spier, in de transparante phantom. Een regelmatige zeshoek is geselecteerd als de target op basis van de standpunten van de centra van vier ballen geïdentificeerd in het gereconstrueerde beeld van de VS op het vlak van de behandeling. Na HIFU de sonications, het vliegtuig van de behandeling van de phantom wordt gescand en de grens van de laesie, evenals de standpunten van de vier ballen, kunnen worden bepaald in de gescande afbeelding. De targeting nauwkeurigheid kan worden geëvalueerd door het meten van de afstand tussen de centers van doelgroep en laesie, evenals drie afgeleide parameters.
De methode is eenvoudiger dan de meting van de targeting fout robotic verkeer met een specifieke verwijzing object11,17,18 en meer klinisch relevante in vergelijking met de methode gebaseerd op één focal ter plaatse van het baarmoederslijmvlies in een homogene phantom10. Deze methode kan worden gebruikt bij de evaluatie van de targeting nauwkeurigheid van USgHIFU phased array systemen. Het kan ook worden gebruikt voor andere systemen van de USgHIFU uitgerust met zelf gerichte HIFU omvormers.
Protocol
Representative Results
Discussion
Robotic componenten zijn gebruikt voor extracorporele USgHIFU systemen. Om te evalueren van de targeting juistheid van dergelijke systemen, referentie markeringen11,12,18, zijn in vitro weefsel17, tumor-mimic modellen en temperatuurgevoelige phantoms gebruikt alleen of in combinatie 10,20. Vergeleken met de protocollen in deze studies, deze method…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de nationale Natural Science Foundation van China (81402522), het Shanghai sleutel Technology R & D programma (17441907400) van de wetenschap en technologie Commissie van de gemeente van de Shanghai en Shanghai Jiao Tong Universiteit Medische techniek onderzoeksfonds (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui medische technologie (Shanghai) Co., Ltd. wordt ook erkend voor het verstrekken van het USgHIFU-systeem. De auteurs bedanken Wenzhen Zhu en Junhui Dong voor de phantom voorbereiding en hun hulp in de experimenten.
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).
