Odak düzlemi hedefleme doğruluk bir ultrason destekli yoğun için değerlendirilmesi odaklı ultrason aşamalı-array sistemi
Summary
Bu çalışmada yoğun odaklı ultrason ultrason destekli aşamalı-array sistemi odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için bir protokol açıklar.
Abstract
Faz dizi giderek daha yoğun odaklı ultrason (HIFU) dönüştürücü varolan ekstrakorporeal ultrason destekli HIFU (USgHIFU) sistemlerinde kullanılan. HIFU dönüştürücüler bu tür sistemleri genellikle küresel şekli bir merkez deliği nerede bir ABD görüntüleme sonda monte edilir ve döndürülebilir. Tedavi boyutunda görüntü aracılığıyla sondayı döndürme sırasında alınan görüntü sırası yeniden olabilir. Bu nedenle, tedavi planı yeniden oluşturulan görüntülerde yapılabilir. Bu tür sistemleri, bir sığır kullanarak bir yöntem Protokolü odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için kas ve marker gömülü hayalet açıklanan. Hayalet, bir kare reçine modelinin köşelerinde dört katı top yeniden oluşturulan resmi başvuru işaretlerinin olarak hizmet vermektedir. Böylece hem Merkezi hem de merkezi kare modelinin göreli konumlarını yeniden oluşturulan resmi göre denk hedef taşınması gereken. Domuz kas 30 mm kalınlığında klinik ayarları ışın yolundaki taklit etmek için hayalet yukarıda yer alıyor. Sonication sonra hayalet tedavi düzlemde inceden inceye gözden geçirmek ve ilişkili lezyon sınır taranan görüntü elde edilir. Hedefleme doğruluk hedef ve lezyon merkezlerinin yanı sıra üç türev parametreleri arasındaki mesafeyi ölçerek değerlendirilebilir. Bu yöntem yalnızca USgHIFU aşamalı-array sistemi bir klinik ışın yolundaki tek bir odak nokta yerine birden fazla odak noktalar oluşan hedef hedefleme doğruluğunu değerlendirmek olamaz, ama aynı zamanda preklinik değerlendirilmesinde kullanılabilir veya düzenli bakım USgHIFU sistemleri aşamalı-dizi veya kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücü ile yapılandırılmış.
Introduction
Faz dizi giderek tasarlanmış ve HIFU sistemleri1,2,3,4,5,6,7‘ donatılmıştır. USgHIFU aşamalı-dizi sistemlerinde, bir ABD görüntüleme sonda genellikle küresel HIFU dönüştürücü1,2,8Merkez deliğe monte edilmiştir. Soruşturma üç boyutlu uzay9hedefleme ve görüntü yeniden inşası için dönebilen. Hassas hedefleme güvenliği ve etkinliği HIFU tedavisi için gereklidir. Ancak, doğruluk hedefleme değerlendirme için çalışmaların en manyetik rezonans güdümlü HIFU sistemleri veya yapılandırılmış bir kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücü10,11ile, USgHIFU sistemleri için gerçekleştirilen 12 , 13 , 14 , 15 , 16. USgHIFU faz dizi sistemler için odak düzlemi hedefleme doğruluk değerlendirmek için aşağıda açıklanan yöntemin amacı olduğunu.
Bir sığır kas/işaretleyici-gömülü hayalet klinik ışın yol boyunca bir klinik USgHIFU aşamalı-array sistemi hedefleme doğruluğunu değerlendirilmesinde kullanılır. Kare bir modeli köşelerinde dört top ile fabrikasyon ve sığır kas, birlikte şeffaf hayalet içine gömülü. Düzenli bir Altıgen pozisyonlar yeniden oluşturulan ABD resmi tedavi uçakta tanımlanan dört top merkezlerinden temel hedef olarak seçildi. HIFU sonications sonra tedavi uçak Hayalet’in inceden inceye gözden geçirmek ve lezyon sınır, hem de dört top pozisyonlar Taranan görüntüde belirlenebilir. Hedefleme doğruluk hedef ve lezyon merkezlerinin yanı sıra üç türev parametreleri arasındaki mesafeyi ölçerek değerlendirilebilir.
Yöntem bir özel başvuru nesnesi11,17,18 ile robot hareketi kullanarak hedefleme hata ölçümü daha kolaydır ve yöntemi ile karşılaştırıldığında daha fazla klinik olarak ilgili tek odak dayalı Spot ablasyon homojen bir hayalet10. Bu yöntem USgHIFU faz dizi sistemleri hedefleme doğruluğunu değerlendirilmesinde kullanılabilir. Kendi kendine odaklı HIFU dönüştürücüler ile donatılmış diğer USgHIFU sistemler için de kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Robot bileşenleri ekstrakorporeal USgHIFU sistemleri için kullanılmıştır. Bu tür sistemleri, başvuru işaretleri11,12,18, hedefleme doğruluğunu değerlendirmek için tüp bebek doku17, tümör-taklit modeller ve sıcaklığa duyarlı hayaletler tek başına veya birlikte kullanılmıştır 10,20. Bu çalışmalarda protokolleri ile karş…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser kısmen Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (81402522), Shanghai anahtar teknoloji R & D programı (17441907400) bilim ve teknoloji Komisyonu Shanghai Belediyesi ve Shanghai Jiao Tong Üniversitesi tarafından desteklenen Tıbbi mühendislik Araştırma Fonu (YG2017QN40, YG2015ZD10). Zhonghui tıbbi teknoloji (Shanghai) Ltd. Şti., ayrıca USgHIFU sistem sağlamak için kabul etti. Yazarlar Wenzhen Zhu ve Junhui Dong hayalet hazırlık ve deneyler onların yardım için teşekkür ederiz.
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).
