Сравнение МРТ и КТ, используемых для коррекции черепа

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 13407 (2022) Цитировать эту статью

1764 Доступа

2 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Транскраниальный фокусированный ультразвук с системой InSightec Exablate использует термическую абляцию для лечения двигательных и аффективных расстройств, а также нарушения гематоэнцефалического барьера для терапии опухолей. Система использует изображения компьютерной томографии (КТ) для расчета фазовых поправок, учитывающих аберрации, вызванные человеческим черепом. В этой работе исследуется, можно ли использовать изображения магнитного резонанса (МР) в качестве альтернативы изображениям КТ для расчета фазовых поправок. Фазовые поправки рассчитывались с использованием гидрофонного метода «золотого стандарта» и стандартного метода трассировки лучей InSightec. Маска бинарного МР-изображения, МР-моделированная КТ (MRsimCT) и КТ-изображения трех человеческих черепов ex vivo были предоставлены в качестве входных данных для метода трассировки лучей InSightec. Дегазированные человеческие черепа ex vivo были обработаны ультразвуком с помощью полусферического преобразователя с фазированной решеткой 670 кГц (InSightec Exablate 4000). Растровые 3D-сканы профилей пучков были получены с помощью гидрофона, установленного на 3-осевой системе позиционирования. Фокальные пятна оценивались с использованием шести показателей: давление на цель, пиковое давление, интенсивность на цели, пиковая интенсивность, ошибка позиционирования и объем фокусного пятна. Исследовались мишени, расположенные в геометрическом фокусе и на расстоянии 5 мм латеральнее геометрического фокуса. Статистической разницы между какими-либо показателями ни в одной из целей при использовании MRsimCT или CT для коррекции фазовой аберрации не было. В отличие от MRsimCT, использование КТ-изображений для коррекции аберраций требует регистрации МР-изображений в день лечения; Было показано, что несовмещение КТ в пределах ± 2 градусов ошибки вращения по трем измерениям снижает интенсивность фокального пятна до 9,4%. Изображения MRsimCT, используемые для коррекции фазовой аберрации черепа, дают те же результаты, что и коррекция на основе КТ, при этом избегая как ошибок регистрации КТ в МР, так и ненужного воздействия на пациента ионизирующего излучения.

Транскраниальное фокусированное ультразвуковое исследование (ФУЗ) — это безоперационный терапевтический метод, который применяется у людей для термической абляции1,2,3,4 в качестве альтернативы открытой хирургии головного мозга, нейромодуляции5,6,7 для исследования схем мозга и открытия гематоэнцефалического барьера8 ,9,10,11 для улучшения адресной доставки лекарств в мозг. В этих случаях ультразвук передается через неповрежденный череп и фокусируется глубоко в ткани мозга, вызывая термические или биомеханические эффекты. Эти эффекты могут быть временными или необратимыми в зависимости от параметров, используемых во время лечения.

Фокусировка ультразвука через неповрежденный череп является сложной задачей, поскольку череп дефокусирует ультразвуковой луч и смещает фокусное пятно от цели. Коррекция эффектов черепа очень сложна из-за неоднородности черепа внутри и среди пациентов, часто различающегося по толщине, форме, размеру и составу костей. Различия между черепами приводят к широкому диапазону эффективности транскраниального ультразвука у разных пациентов, так что одна и та же приложенная мощность может привести к четырехкратному диапазону повышения температуры в фокальной точке12.

Было предложено множество методов для учета аберрирующего воздействия черепа с целью перефокусировки фокального пятна. Эти методы включают трассировку лучей13,14,15, временную область с конечной разностью (FDTD)14,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26, псевдоспектральную временную область (PSTD)27. ,28,29,30,31 и гибридный угловой спектр (HAS)12,32,33,34,35,36,37. Хотя эти методы различаются в теории и реализации, у них есть одно сходство: им необходимо компьютерно моделировать череп, чтобы оценить и скорректировать его аберрирующие эффекты. Для клинической абляции изображения компьютерной томографии (КТ) используются для создания компьютерных моделей черепа. Однако использование КТ имеет ряд недостатков. Во-первых, предоперационные КТ-изображения должны быть совмещены с интраоперационными изображениями магнитного резонанса (МР), что потенциально может привести к ошибкам регистрации. Ошибки в регистрации могут поставить под угрозу фазовую коррекцию и привести к ухудшению характеристик формирования диаграммы направленности. Во-вторых, КТ подвергает пациентов воздействию ионизирующего излучения, что нежелательно, например, в педиатрической популяции. Его также нежелательно использовать с нейромодуляцией, поскольку добровольцам может быть отказано в участии в экспериментах, необходимых для внедрения технологии для использования человеком. В-третьих, использование КТ-изображений увеличивает накладные расходы на рабочий процесс лечения, требуя отдельных сеансов визуализации для получения всех предоперационных изображений.