Évaluation de ciblage de précision dans le plan Focal pour une haute intensité guidée par échographie porté progressivement-tableau échographe
Summary
Cette étude décrit un protocole pour évaluer la précision de ciblage dans le plan focal d’un système de barrettes progressivement guidée par échographie des ultrasons focalisés de haute intensité.
Abstract
Multi-éléments sont plus utilisés comme transducteurs d’ultrasons focalisés de haute intensité (UFHI) dans les systèmes existants sur les HIFU (USgHIFU) Extracorporels guidée par échographie. Les transducteurs HIFU dans de tels systèmes sont généralement sphériques en forme avec un trou central où une sonde d’imagerie US est montée et peut pivoter. L’image sur le plan de traitement peut être reconstituée par le biais de la séquence d’images acquise au cours de la rotation de la sonde. Par conséquent, le plan de traitement peut être fait sur les images reconstruites. Afin d’évaluer la précision de ciblage dans le plan focal de tels systèmes, le protocole d’une méthode à l’aide d’un bovin, le muscle et le fantôme de marqueur incorporé est décrite. Le fantôme, quatre balles solides aux coins d’un modèle carré résine servent les marqueurs de référence dans l’image reconstituée. La cible doit être déplacée afin que tant son centre et le centre du carré modèle peuvent coïncider selon leur position relative dans l’image reconstituée. Muscle de porc d’une épaisseur d’environ 30 mm est placé au-dessus du fantôme pour imiter la marche des rayons en milieu clinique. Après la sonication, le plan de traitement dans le fantôme est scanné et la limite de la lésion associée est extraite de l’image numérisée. La précision de ciblage peut être évaluée en mesurant la distance entre les centres des cibles et de la lésion, ainsi que trois paramètres dérivés. Cette méthode ne peut pas seulement évaluer la précision de ciblage de l’objectif consistant en plusieurs taches focales plutôt qu’un seul foyer dans un faisceau cliniquement pertinentes du système progressive-tableau USgHIFU, mais il peut être également utilisé dans l’évaluation préclinique ou entretien régulier des systèmes USgHIFU configuré avec sonde HIFU progressive-tableau ou autocentrée.
Introduction
Les multiéléments est plus conçu et équipé l’HIFU systèmes1,2,3,4,5,6,7. Dans les systèmes de USgHIFU de barrettes progressivement, une sonde d’imagerie US est généralement fixée dans le trou central de l’HIFU sphérique transducteur1,2,8. La sonde est rotative pour la reconstruction de ciblage et de l’image dans l’ espace à trois dimensions9. Ciblage précis est nécessaire pour la sécurité et l’efficacité du traitement par HIFU. Cependant, la plupart des études d’évaluation de ciblage de précision ont été effectuée pour la résonance magnétique des systèmes de HIFU ou USgHIFU configuré avec un autocentrées HIFU transducteur10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16. l’objectif de la méthode décrite ci-dessous est d’évaluer la précision de ciblage dans le plan focal pour systèmes multiéléments USgHIFU.
Un fantôme de muscle/marqueur-embedded bovin sur le chemin du faisceau cliniquement pertinente est utilisé dans l’évaluation de la précision de ciblage d’un système de phases-tableau clinique USgHIFU. Un modèle carré avec quatre balles dans les coins est fabriqué et intégré, en combinaison avec le muscle de bovin, dans le fantôme transparent. Un hexagone régulier est sélectionné comme cible basée sur les positions des centres de quatre balles dans l’image US reconstituée sur le plan de traitement. Après sonications HIFU, le plan de traitement du fantôme est scanné, et la limite de la lésion, ainsi que les positions des quatre balles, peuvent être déterminées dans l’image numérisée. La précision de ciblage peut être évaluée en mesurant la distance entre les centres des cibles et de la lésion, ainsi que trois paramètres dérivés.
La méthode est plus simple que la mesure de l’erreur de ciblage à l’aide de mouvements robotiques avec une référence spécifique objet11,17,18 et plus cliniquement pertinente par rapport à la méthode basée sur simple focale Spot ablation dans un fantôme homogène10. Cette méthode peut être utilisée dans l’évaluation de la précision de ciblage des systèmes multiéléments USgHIFU. Il peut être également utilisé pour d’autres systèmes de USgHIFU équipés de transducteurs HIFU autocentrées.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les composants robotiques ont été utilisés pour USgHIFU extra-corporels. Pour évaluer la précision de ciblage de tels systèmes, référence marqueurs11,12,18, tissus in vitro17, modèles de tumeur-mimic et thermosensibles fantômes ont été utilisés seuls ou en association 10,,20. En comparaison avec les protocoles de ces études, cette m?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu en partie par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (81402522), le Shanghai Key Technology R & D Program (17441907400) de la Science and Technology Commission de la municipalité de Shanghai et l’Université Jiao Tong de Shanghai Fonds de recherche de l’ingénierie médicale (YG2017QN40, YG2015ZD10). Technologie médicale de Zhonghui (Shanghai) Co., Ltd. est également reconnu pour fournir le système de USgHIFU. Les auteurs remercient Wenzhen Zhu et Junhui Dong pour la préparation de fantôme et de leur assistance dans les expériences.
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 |
Referências
- 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).
