中科院苏州医工所崔崤峣、苏州医院沈军团队:基于微型超声探头的骨组织超声传播特性对脊柱椎弓根螺钉置入导航|AME作者面对面

学术   健康医疗   2024-10-06 06:03   北京  
编者按“AME 作者面对面” 是微信公众号 “AME科研时间” 的特色专栏。编辑部精心挑选了发表在 AME 旗下杂志的优秀论著,诚邀作者总结亮点,分享研究成果,旨在进一步推动医学同行之间的交流和进步。

分享团队:

中科院苏州生物医学工程技术研究所崔崤峣团队和苏州市立医院沈军团队


所刊杂志:

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文章标题:

基于微型超声探头的骨组织超声传播特性:对脊柱椎弓根螺钉置入导航的意义(Ultrasound propagation characteristics within bone tissue of miniature ultrasound probe: Implications for spinal navigation of pedicle screw placement)

内容亮点


螺钉固定的准确性对患者的安全至关重要,基于CT成像的传统导航方法存在许多局限性。该研究通过实验数据对比分析,揭示了骨组织的超声传播特性及其与CT成像结果之间的相关性,探讨了超声导航在椎弓根内固定术中的潜在应用。


该研究利用3块牛脊柱松质骨标本和五块人脊柱同种异体骨块,通过逐渐削减松质骨层的厚度,模拟椎弓根内固定术中螺钉穿孔的过程。使用5个非聚焦微型超声探头,频率分别为2.2 MHz、2.5 MHz、3 MHz、12 MHz和30 MHz,通过超声透射实验和背散射实验研究松质骨和皮质骨的超声传播特性。通过MicroCT Skyscan 1174(Bruker,比利时)获得骨组织的CT特征。实验结果表明,低频(2-3 MHz)超声有效地穿透松质骨层,深度约为5 mm,衰减系数低于10 dB/cm;相反,高频(12 MHz)超声在松质骨中表现出明显的信号衰减,达到55.8 dB/cm。松质骨界面处回波信号的幅度与骨样本松质骨层厚度呈负相关(平均r=-0.84),即随着松质骨层在皮质骨上的厚度减小,回波信号幅度逐渐增加(P<0.05)。当达到皮质骨界面时,回波信号幅度迅速增加,可高达原来的8倍。骨样本CT结果与松质骨层厚度成负相关(平均r=-0.83), 超声背向散射实验结果的整体变化趋势与MicroCT扫描结果(BV/TV、Tb.Pf、Tb.Th和Tb.N)一致,结果显示骨样本的超声特征和MicroCT数据结果,与松质骨样本的分布密切相关。

由此得出结论,理论上可以通过多标记点(≥5)、多频率(≥3)综合探测,根据回波信号幅值连续3个以上或突然成倍提升,为医生螺钉穿孔的早期警告信号;统计结果表明骨组织背散射信号幅值与Micro-CT扫描结果之间存在显著相关性,这些发现具有重要的临床意义,超声检测骨组织有潜力在未来一定程度上结合和取代CT扫描,给临床医生提供新的安全有效的诊疗手段。然而,在临床椎弓根内固定术中钉道内壁形状不规则、钉道内充满血液及骨质碎片,超声如何进行钉道内导航需要更多实验来验证。(论著中文信息由第一作者整理提供,欲览英文原文请扫描下方二维码)

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第一作者:李培洋



 

李培洋,2012年本科毕业于吉林大学电子与工程学院,2015年硕士毕业于中国科学院大学(长春光学精密机械与物理研究所),师从崔崤峣研究员,2015年就职于中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用声学室,2019年博士就读于复旦大学电子与信息专业,师从崔崤峣研究员,2022年晋升为副研究员。作为项目负责人主持苏州市科技计划项目1项和企业横向课题5项,作为第一作者的论文发表在Applied Acoustics,Micromachines,IEEE,《压电与声光》《中华生物医学工程》等杂志上,参与发表SCI论文10余篇,第一发明人专利5项,参与申请专利30多项。


通讯作者:崔崤峣



 

崔崤峣,研究员,博士生导师。现任中科院苏州生物医学工程技术研究所医用声学室主任,中科院“百人计划”研究员,江苏省“双创人才”,2019年中科院巾帼建功先进人物,2020年度苏州魅力科技团队获得者,2021年中国科学院年度先锋人物,2022年国家重点研发计划项目负责人。1996年、1999年和2002年分别在西安交通大学获学士、硕士和博士学位。2003年初至2010年底先后在法国里昂工程师大学、英国牛津大学、邓迪大学从事生物医学超声相关科研工作。2011年初回国,加入中科院苏州医工所。主持国家重点研发计划、江苏省重点研发计划、中科院装备研制等多项课题。主要研发聚焦微小尺寸超声换能器的设计、制备以及配套各种应用超声主机系统,应用领域包括:血管内超声、超声消化内镜、支气管超声内镜、骨科以及神经外科等领域,开发的微型换能器支持多家相关企业,整机技术通过技术授权、横向合作等多种灵活形式实现成果转移转化。2015年以核心技术注册成立高新技术企业,主要从事高频微型超声探头设计、研发与生产,以及相应的应用产品研发,2018年获批国家高新技术企业。


通讯作者:沈军



 


沈军,医学博士,主任医师,教授,南京医科大学博士研究生导师,南京医科大学附属苏州医院(苏州市立医院)骨科主任。江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次培养对象(中青年领军人才);江苏省卫生领军人才;苏州市姑苏卫生重点人才等。中国医药教育协会骨科脊柱分会常委,江苏省康复医学会修复重建专业委员会常委,江苏省医学会骨科学分会委员,中国老年保健协会骨科微创分会委员,江苏省医师协会骨科学分会脊柱学组委员,苏州市医学会骨科学专业委员会脊柱学组副组长,苏州市中西医结合学会脊柱医学专业委员会副主任委员。主持江苏省科技厅社会发展重点研发项目(临床前沿技术)2项、江苏省自然科学基金面上项目、“333”人才课题、江苏省卫生厅面上项目等多项省部级课题。以通讯作者和第一作者在SCI收录期刊和中华期刊等发表论文20余篇,专利授权10余项。



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