Yksityiskohtainen selitys kaikuisten neulankärkien akustisen visualisoinnin periaatteesta

Kulmakiviefekti ja mikrokuplien sirontamekanismi

https://www.nature.com/articles/s41598-024-72620-8

Miksi tavalliset ruostumattomasta teräksestä valmistetut neulat "katoavat" ultraäänessä? Tämä alkaa akustisella impedanssilla ja peiliheijastuksella. Ihmisen pehmytkudoksen ja metallin välillä on valtava akustinen impedanssiero; teoriassa metallin pitäisi näyttää erittäin "kirkkaalta". Kuitenkin sileä sylinterimäinenneulapinta toimii kuin kupera peili,{0}}kun ultraäänisäde (yleensä ihoon nähden kohtisuoraan tuleva) muodostaa pienen kulman neulan akselin kanssa (esim. 15 astetta –30 astetta sisään-ulos-tasopunktiosta), peiliheijastusaalto poikkeaa anturin vastaanottosektorista, ja näyttö menee zereocho on tyhjä. Tämä tunnetaan nimellä "Specular Reflection Failure".

Ekogeenisten neulojen ratkaisutapa on muuttaa peiliheijastus diffuusiksi sironnaksi. On olemassa kaksi pääasiallista toteutustapaa:

① Geometrisen mikrorakenteen muokkaus (mikro-etsaus / kuoppaus / kulmakiviefekti)

Valmistajat käyttävät nanosekunnin lasereita tai tarkkoja kemiallisia etsauksia neulan pinnalla olevien tuhansien mikronin-mittakaavaisten kuoppien, urien tai 90 asteen sisäkulmien (Cornerstone/Corner Cube -sarjat) käsittelemiseen. Kun ultraääni tulee näihin suorakulmaisiin-uriin, se läpikäy kaksi ortogonaalista heijastusta, jotka kääntävät energian takaisin alkuperäistä polkua pitkin (tai lähelle) koettimeen-tämä on "kulmakiviefekti", joka on samanlainen kuin liikennettä heijastavien kissansilmien periaate. Hunajakennolliset mikro-ruudukkojärjestelmät voivat ylläpitää jatkuvaa voimakasta kaikua ±40 asteen tulokulma-alueella, mikä tekee niistä tavanomaisen ratkaisun korkealaatuisille -hermolohkoneuloille. Tämä käsittely ei muuta neulan ulkohalkaisijaa, eikä siihen liity pinnoitteen irtoamisen riskiä, ​​mutta se vaatii merkittäviä laiteinvestointeja, ja korkein käsittelyvaikeus on neulan viistekärjen alueella.

② Mikrokuplia sisältävä polymeeripinnoite (Ekogeeninen polymeeripinnoite)

Lääketieteelliset polyuretaani/siloksaanipolymeerit sekoitetaan suljettujen mikrokuplien kanssa (ilma tai inertti kaasu) tai seostetaan korkean-impedanssin hiukkasilla, kuten sinkkioksidilla/titaanidioksidilla, ja pinnoitetaan sitten neulan rungolle kastopinnoitus- ja kuivausprosesseilla. Kudokseen päästyään kudosnesteen ja pinnoitteen välille muodostuu lukemattomia pieniä akustisen impedanssin rajapintoja; mikrokuplat toimivat vahvoina sirontalähteinä, jolloin koko neulan varsi hehkuu kirkkaasti skannaustasolla. Cook Medicalin EchoTip®-sarja käyttää tätä tekniikkaa. Sen etuna on täyspitkä-peitto jopa biopsian lovien yli ja erittäin näkyvä visualisointi; Haittapuolena on, että toistuva pyyhkiminen, alkoholidesinfiointi tai sterilointi korkeassa lämpötilassa{6}}voi vahingoittaa kuplakerrosta, ja jotkin tuotteet on tarkoitettu vain kertakäyttöön.

③ Hiekkapuhallus / Anodisointi karhennus

Korundin ilmavirtausiskun käyttäminen -mikronin-tason epätasaisuuksien muodostamiseen-alhaisin kustannuksin, mutta kaiun voimakkuus vaihtelee suuresti kulman mukaan, ja syvän-kudoksen visualisointi on heikompaa kuin kaksi ensimmäistä menetelmää, joita käytetään enimmäkseen lähtötason tuotteissa.

Muita visualisoinnin laatuun vaikuttavia tekijöitä ovat: ultraäänen taajuus (korkeataajuiset lineaariset anturit antavat hyvän visualisoinnin pinnallisille hermolohkoille; matalataajuiset kuperat ryhmät sopivat syvälle elimelle, mutta pienemmällä resoluutiolla), vahvistusasetukset (liian suuri vahvistus hukuttaa neulan varjon meluun; sopivasti pienentämällä neulan kärjen tason tunnistaminen helpottuu). (in-tasossa voit seurata koko akselia, ulos-of-tasossa näkyy vain kärkipiste, joten kärjen vahvistaminen on välttämätöntä).

Viimeaikaisessa tutkimuksessa on myös yritetty integroida pietsosähköisiä antureita tai impedanssitunnistusta neulan kärkeen aktiiviseen paikan merkintään, mutta tätä ei ole vielä kaupallistettu mittakaavassa. Kaiken kaikkiaan kahden suuren koulukunnan ymmärtäminen "mikrorakenteen diffuusi sironta vs. pinnoitekuplasironta" auttaa kliinistä valintaa skenaarion perusteella-pintahermolohkot suosivat syövytettyjä tyyppejä (kestävät, selkeät kärjet), kun taas syväbiopsiat ja vedenpoisto pyrkivät kohti päällystettyjä tyyppejä (täys-pituuden kirkkaus, ei-pitkän näkyvyyden kirkkaus).