הערכת דיוק מיקוד ב מישור מוקד עבור מונחה אולטרה סאונד בעוצמה גבוהה ממוקד אולטרסאונד בהדרגה, מערך מערכת
Summary
מחקר זה מתאר פרוטוקול כדי להעריך את רמת הדיוק מיקוד במישור המוקד של מערכת בהדרגה, מערך מונחה אולטראסאונד אולטראסאונד ממוקד בעוצמה גבוהה.
Abstract
מופע מערכים משמשים יותר ויותר מתמרים אולטרסאונד ממוקד בעוצמה גבוהה (HIFU) במערכות קיימות בעיות מונחה אולטרה סאונד HIFU (USgHIFU). מתמרים HIFU במערכות כאלה הם בדרך כלל כדורית במצב עם חור מרכזי שבו מכשיר בדיקה הדמיה של ארה ב הוא רכוב, ניתן לסובב. התמונה על המטוס של טיפול יכול יורכבו דרך רצף תמונות שנרכש במהלך הסיבוב של המכשיר. לכן, תוכנית הטיפול יכול להתבצע על תמונות המשוחזרת. על מנת להעריך את הדיוק מיקוד במישור המוקד של מערכות כאלה, הפרוטוקול של שיטה באמצעות שור מתואר שריר, סמן-מוטבע פנטום. ב. הפאנטום, ארבעה כדורים מוצקים בפינות של דגם מרובע שרף לשמש סמני הפניה בתמונה המשוחזרת. המטרה, צריך לעבור כך המרכז שלו והן למרכז של דגם מרובע יכול לחפוף על פי העמדות שלהם יחסית בתמונה המשוחזרת. החזירים שריר עם עובי של 30 מ מ ממוקמת מעל הפאנטום לחקות את נתיב קרן בהגדרות קליניים. לאחר sonication, המטוס טיפול בהפאנטום נסרק, הגבול של הנגע המשויך מופק מן התמונה הסרוקה. ניתן להעריך את הדיוק מיקוד על ידי מדידת המרחק בין המרכזים של היעד ואת הנגע, וכן שלושה פרמטרים נגזרות. שיטה זו בלבד אין אפשרות להעריך את הדיוק מיקוד של היעד המורכב מספר כתמים נקודתית ולא מקום מוקד יחיד בנתיב קרן הרלוונטית קלינית של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU, אבל זה יכול לשמש גם בהערכה פרה או תחזוקה שוטפת של מערכות USgHIFU מוגדר עם מתמר HIFU בהדרגה, מערך או עצמית ממוקדת.
Introduction
מערך מופע יותר ויותר תוכנן, מצוידים ב HIFU מערכות1,2,3,4,5,6,7. במערכות בהדרגה, מערך USgHIFU, מכשיר בדיקה הדמיה של ארה ב הוא רכוב בדרך כלל בתוך החור המרכזי של כדורית HIFU מתמר1,2,8. החללית היא rotatable עבור שחזור מיקוד ותמונה ב מרחב תלת-ממדי9. פילוח מדויק נדרש עבור הבטיחות והיעילות של טיפול HIFU. עם זאת, רוב המחקרים על ההערכה של מיקוד דיוק בוצעו עבור מערכות HIFU מונחה תהודה מגנטית או מערכות USgHIFU בתצורה של עצמית ממוקדת HIFU מתמר10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. מטרת בשיטה המתוארת להלן היא להעריך את רמת הדיוק מיקוד ב מישור מוקד למערכות מערך מופע USgHIFU.
פנטום שריר/סמן-מוטבע שור לאורך השביל קרן הרלוונטית קלינית משמש בהערכה של דיוק מיקוד של מערכת בהדרגה, מערך USgHIFU קלינית. דגם מרובע עם ארבעה כדורים בפינות מפוברק, מוטבע, בשילוב עם שריר, לתוך הפאנטום שקוף. משושה רגיל נבחרה כיעד בהתבסס על העמדות של המרכזים של ארבעה כדורים זיהה בתמונת ארה ב המשוחזרת במישור הטיפול. לאחר HIFU sonications, המטוס טיפול של הפאנטום נסרק, הגבול של הנגע, כמו גם את העמדות של ארבעה כדורים, יכול להיקבע בתוך התמונה הסרוקה. ניתן להעריך את הדיוק מיקוד על ידי מדידת המרחק בין המרכזים של היעד ואת הנגע, וכן שלושה פרמטרים נגזרות.
השיטה היא פשוטה יותר המדידה של השגיאה מיקוד באמצעות תנועה רובוטית הפניה ספציפית אובייקט11,17,18 , רלוונטי יותר קלינית לעומת השיטה המבוסס על מוקד יחיד אבלציה ספוט ב דמה הומוגנית של10. בשיטה זו ניתן להשתמש בהערכה של דיוק USgHIFU מערך מופע מערכות מיקוד. זה יכול גם לשמש עבור מערכות אחרות-USgHIFU מצוידים מתמרים HIFU עצמית ממוקדת.
Protocol
Representative Results
Discussion
רכיבים רובוטית שימשו עבור מערכות USgHIFU בעיות. כדי להעריך את הדיוק מיקוד של מערכות כאלה, הפניה סמני11,12,18, רקמות במבחנה17הגידול-לחקות מודלים, הרגיש פאנטום שימשו לבד או בשילוב 10,20. לעומת הפרוטוקולים …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו בתמיכתם באופן חלקי את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (81402522), שנגחאי מפתח טכנולוגיה ופיתוח (17441907400) מן המדע, הטכנולוגיה עמלה של עיריית שנגחאי, והוא אוניברסיטת ג’יאו טונג שאנגחאי קרן מחקרים הנדסה רפואית (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui טכנולוגיה רפואית (שנגחאי) ושות’, בע מ הוא הודה גם למתן את המערכת USgHIFU. המחברים מודים דז’ו Wenzhen, Junhui דונג על ההכנה פנטום וסיוע שלהם בניסויים.
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).
