Summary

초음파 위상 어레이 시스템에 초점을 맞춘 초점면에 타겟팅 정확도 초음파 유도 높은 강도 대 한 평가

Published: March 06, 2019
doi:

Summary

이 연구는 고 강도 집중 된 초음파 초음파 기반 위상 어레이 시스템의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는 프로토콜을 설명 합니다.

Abstract

위상 배열 점점 기존의 체 외 초음파 유도 장내 (USgHIFU) 시스템에서 고 강도 집중 된 초음파 (장내) 변환기로 사용 하 고 있습니다. 이러한 시스템에서 장내 트랜스듀서는 미국 이미징 프로브 장착 회전 수 중앙 구멍 모양에 일반적으로 구형. 치료의 평면에 이미지 프로브 회전 동안 이미지 시퀀스를 통해 개축 될 수 있다. 따라서, 치료 계획 복원된 이미지를 만들 수 있습니다. 이러한 시스템은 소를 사용 하 여 메서드의 프로토콜의 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 근육과 팬텀 마커 포함 설명 되어 있습니다. 팬텀에 평방 수 지 모델의 모서리에 4 개의 단단한 공 복원 이미지에서 참조 마커 역할을 합니다. 그것의 센터와 사각형 모델의 센터 복원된 이미지에서 그들의 상대적인 위치에 따라 일치 수 있도록 목표를 이동 해야 합니다. 약 30 mm의 두께 가진 돼지 근육 임상 설정에서 빔 경로 모방 하기 위해 팬텀 위에 배치 됩니다. 쥡니다, 후 팬텀에서 치료 비행기 검색 하 고 관련 된 병 변의 경계 스캔 한 이미지에서 추출 됩니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다. 이 메서드는 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 임상으로 관련 된 빔 경로에 단일 초점 보다는 오히려 여러 초점 명소의 구성 된 대상의 타겟팅 정확도 평가 수 없습니다 하지만 그것은 또한 전 임상 평가에 사용 될 수 또는 위상 어레이 또는 자동 초점 장내 변환기로 구성 된 USgHIFU 시스템의 정기적인 유지 보수.

Introduction

위상 배열 점점 설계 및 장내 시스템1,2,3,,45,,67에 장착. USgHIFU 위상 어레이 시스템, 미국 이미징 프로브는 일반적으로 구형 장내 변환기1,2,8중앙 구멍에 장착 됩니다. 프로브는 3 차원 공간9에 지정 하 고 이미지 재건을 위해 회전. 정확한 타겟팅 하는 것이 안전 및 장내 치료의 효능에 대 한 필요 합니다. 그러나, 정확도 표적으로 하기의 평가 대 한 연구의 대부분 자기 공명 유도 장내 시스템이 나 USgHIFU는 자동 초점된 장내 변환기10,11, 를 사용 하 여 구성에 대 한 수행 되었습니다. 12 , 13 , 14 , 15 , 16. 아래 설명 된 메서드 USgHIFU 위상 배열 시스템용 초점면에 타겟팅 정확도 평가 하는.

임상으로 관련 된 빔 경로 따라 소 근육/마커-임베디드 팬텀 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가에 사용 됩니다. 모서리에 4 개의 공으로 평방 모델 조작 이며 투명 한 팬텀으로 소 근육을 함께에서 포함. 일반 육각 치료 평면에 재구성 된 미국 이미지에서 확인 된 4 개의 공의 센터의 위치에 따라 대상으로 선택 됩니다. 장내 sonications 후 팬텀의 치료 비행기 검사 되 고 4 개의 볼을의 위치 뿐만 아니라, 병 변 경계 스캔 한 이미지에서 확인할 수 있습니다. 타겟팅 정확도 3 파생 매개 변수 뿐만 아니라 대상 및 병 변의 센터 사이 거리를 측정 하 여 평가할 수 있습니다.

방법은 특정 참조 개체11,,1718 와 로봇 움직임을 사용 하 여 대상 오류의 측정 보다 간단 하 고 방법에 비해 더 많은 임상 관련 단일 초점에 따라 균질 팬텀10자리 제거. 이 메서드는 USgHIFU 위상 배열 시스템의 타겟팅 정확도의 평가에 사용할 수 있습니다. 그것은 또한 자동 초점된 장내 트랜스듀서와 다른 USgHIFU 시스템 사용할 수 있습니다.

Protocol

1. 마커 설계 및 제조 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용 하 여 사각형 모델 디자인. 40 m m의 길이와 두께의 2. 장소 사각형 모델의 각 모서리에 10 m m 직경을 가진 단단한 공 막대기로 양쪽을 설정 합니다. 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 감광 성 수 지를 사용 하 여 인쇄에 대 한 자료로. 제조에 대 한 제조 업체에 3D 모델 파일을 보냅니다. 2. 팬?…

Representative Results

우리 유령을 전용 세 가지 다른 크기의 목표와 임상 USgHIFU 위상 어레이 시스템의 타겟팅 정확도 평가 했다. 그림 1 0 °와 90 °의 각도에서 미국의 이미지를 표시합니다. 인터페이스는 명확 하 고 사각형 모델의 막대기는 미국 이미지에 밝은. 그림 2 에서는 치료 비행기와 가장 큰 대상의 초점 명소에 재건된 미국 이미지를 보여 줍…

Discussion

로봇 부품 체 외 USgHIFU 시스템에 대 한 사용 되었습니다. 참조 마커11,,1218, 이러한 시스템의 타겟팅 정확도 평가 하기 위해 생체 외에서 조직17, 종양 모방 모델, 및 온도 민감한 유령 사용 되었습니다 하거나 10,20. 그 연구에서 프로토콜에 비해,이 방법은 더 임상 관?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품 일부는 국립 자연 과학 재단의 중국 (81402522), 상하이 키 기술 R & D 프로그램 (17441907400) 과학 및 기술 위원회의 상해 자치 제, 및 상해 Jiao 집게 대학에 의해 지원 되었습니다. 의료 공학 연구 기금 (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui 의료 기술 (상해) Co., 주식 회사는 또한 USgHIFU 시스템을 제공 하기 위한 인정. 저자 감사 Wenzhen Zhu 팬텀 준비 및 실험에 있는 그들의 원조 Junhui 동.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Khokhlova, V. A., et al. Design of HIFU transducers to generate specific nonlinear ultrasound fields. Physics Procedia. 87, 132-138 (2016).
  5. 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).
  6. McDannold, N., et al. Uterine leiomyomas: MR imaging-based thermometry and thermal dosimetry during focused ultrasound thermal ablation. Radiology. 240 (1), 263-272 (2006).
  7. Köhler, M. O., et al. Volumetric HIFU ablation under 3D guidance of rapid MRI thermometry. Medical Physics. 36 (8), 3521-3535 (2009).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Masamune, K., Kurima, I., Kuwana, K., Yamashita, H. HIFU positioning robot for less-invasive fetal treatment. Procedia CIRP. 5, 286-289 (2013).
  12. 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).
  13. Ellens, N. P. K., et al. The targeting accuracy of a preclinical MRI-guided focused ultrasound system. Medical Physics. 42 (1), 430-439 (2015).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Chauhan, S., ter Haar, G. FUSBOTUS: empirical studies using a surgical robotic system for urological applications. AIP Conference Proceedings. 911, 117-121 (2007).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
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Cite This Article
Li, K., Bai, J., Chen, Y., Ji, X. Evaluating Targeting Accuracy in the Focal Plane for an Ultrasound-guided High-intensity Focused Ultrasound Phased-array System. J. Vis. Exp. (145), e59148, doi:10.3791/59148 (2019).

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