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Enregistrement W4318684554 · doi:10.1016/j.ultrasmedbio.2022.12.012

Comparing Phantom and Animal Metrics Applied in the Determination of Focused Ultrasound Stable and Inertial Cavitation Levels

2023· article· en· W4318684554 sur OpenAlexafffund
Michael R. Smith, Sonia Khan, Laura Curiel

Notice bibliographique

RevueUltrasound in Medicine & Biology · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueUltrasound and Hyperthermia Applications
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMitacsJadavpur University
Mots-clésHydrophoneCavitationImaging phantomSIGNAL (programming language)AcousticsMaterials scienceBiomedical engineeringNoise (video)UltrasoundComputer scienceBiological systemNuclear magnetic resonancePhysicsOpticsArtificial intelligenceMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

OBJECTIVE: The opening of the blood-brain barrier (BBB) to allow therapeutic drug passage can be achieved by inducing microbubble cavitation using focused ultrasound (FUS). This approach can be monitored through analysis of the received signal to distinguish between stable cavitation associated with safe BBB opening and inertial cavitation associated with blood vessel damage. In this study, FUS phantom and animal studies were used to evaluate the experimental conditions that generate several cross-consistent metrics having the potential to be combined for the reliable, automatic control of cavitation levels. METHODS: Typical metrics for cavitation monitoring involve observing changes in the spectrum generated by applying the discrete Fourier transform (DFT) to the time domain signal detected using a hydrophone during FUS. A confocal hydrophone was used to capture emissions during a 10 ms FUS burst, sampled at 32 ns intervals, to produce 321,500 points and a high-resolution spectrum when transformed. The FUS spectra were analyzed to show the impact that equipment-transients and well-known DFT-related distortions had on the metrics used for cavitation control. A new approach, physical sparsification (PH-SP), was introduced to sharpen FUS spectral peaks and minimize the effect of these distortions. DISCUSSION: It was demonstrated that the general spectral signal-to-noise ratio (SNR) could be improved by removing the initial noisy phantom hydrophone signal transient. Minor changes in the transient length digitally removed from the sampled values significantly changed the spectral bandwidths of all the harmonically related FUS signals. We evaluated signal processing techniques to minimize the impact these DFT-related distortions on area-under-the-curve (AUC) metric calculations, and we identified the advantages of using PH-SP and proposed new metrics when characterizing FUS spectral properties. The results show many second, third and sub-harmonic metrics provide cross-consistent evidence of changes between stable and inertial cavitation levels. Removing the first harmonic signal component with a hardware low-pass filter allowed the hydrophone gain to be boosted without introducing distortion, leading to an improved analysis of the sub-harmonic signal orders of magnitude smaller in intensity. Metrics that optimized the energy in the real component of the complex-valued PH-SP spectra provided a 32% increase in the sub-harmonic sensitivity compared to standard metrics. CONCLUSION: A preliminary investigation of existing and proposed metrics showed that system noise could be large enough to mask the transition between stable and inertial cavitation. Strong narrowing of sub-harmonic peak shapes on applying physical sparsification (PH-SP) were seen in both phantom and animal studies. However, validating equivalent trends of the metrics with pressure were limited by the increased system noise level in the animal study combined with the natural variability between subjects studied. The combined use of hardware low-pass filters and physical sparsification to selectively removing distortions in the spectrum allowed the optimization of metrics for cavitation monitoring by improving the sub-harmonic sensitivity.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,040
Tête enseignante GPT0,285
Écart entre enseignants0,245 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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