הסבר מפורט על עקרון ההדמיה האקוסטית של קצות מחט אקוגניות

אפקט אבן פינה ומנגנון פיזור מיקרובועות

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

מדוע מחטי נירוסטה רגילות "נעלמות" באולטרסאונד? זה מתחיל עם עכבה אקוסטית והשתקפות ספקולרית. יש הבדל עצום בעכבה אקוסטית בין רקמה רכה אנושית למתכת; תיאורטית, מתכת צריכה להיראות מאוד "בהירה". עם זאת, גלילי חלקמַחַטפני השטח פועלים כמו מראה קמורה-כאשר קרן האולטרסאונד (בדרך כלל נופלת בניצב לעור) יוצרת זווית קטנה עם ציר המחט (כגון 15 מעלות -30 מעלות בחוץ-מה-ניקור המישור), גל ההחזר הספקקולרי סוטה מהסקטור המהדהד, וההד מתקרב למסך הבדיקה. זה ידוע בשם "כישלון השתקפות ספקולרי".

גישת הפתרון של מחטים אקוגניות היא להמיר השתקפות אספקלריה לפיזור מפוזר. ישנם שני נתיבי יישום עיקריים:

① שינוי מיקרו-מבנה גיאומטרי (מיקרו-תחריט / גומות / אפקט אבן פינה)

היצרנים משתמשים בלייזרים של ננו-שניות או בתחריט כימי מדויק כדי לעבד אלפי בורות בקנה מידה-מיקרון, חריצים או פינות פנימיות של 90 מעלות (מערכי Cornerstone/Corner Cube) על פני המחט. כאשר אולטרסאונד נכנס לחריצים הישרים- הללו, הוא עובר שתי השתקפויות אורתוגונליות המקפלות את האנרגיה לאחור לאורך (או ליד) הנתיב המקורי לבדיקה-זהו "אפקט אבן הפינה", בדומה לעקרון של עיני חתול מחזירות תנועה. מערכי רשת מיקרו- של חלת דבש יכולים לשמור על הדים חזקים קבועים בטווח זווית תקיפה של ±40 מעלות, מה שהופך אותם לפתרון המיינסטרים עבור מחטים של חסימות עצבים- גבוהה. טיפול זה אינו משנה את הקוטר החיצוני של המחט ואינו טומן בחובו סיכון של ניתוק ציפוי, אך דורש השקעת ציוד משמעותית, עם קושי העיבוד הגבוה ביותר באזור קצה המחט.

② ציפוי פולימרי המכיל בועות מיקרו (ציפוי פולימר אקוגני)

פולימרי פוליאוריטן/סילוקסן רפואיים מעורבים עם בועות מיקרו סגורות (אוויר או גז אינרטי) או מסוממים בחלקיקי עכבה- גבוהה כגון תחמוצת אבץ/טיטניום דו-חמצני, ואז מצופים על גוף המחט באמצעות תהליכי טבילה-ציפוי וייבוש. פעם אחת ברקמה, נוצרים אינספור ממשקי עכבה אקוסטית זעירים בין נוזל הרקמה לציפוי; בועות מיקרו פועלות כמקורות פיזור חזקים, מה שגורם לכל ציר המחט לזהור בבהירות על פני מישור הסריקה. סדרת EchoTip® של Cook Medical משתמשת בטכנולוגיה זו. היתרון שלו הוא כיסוי באורך מלא- אפילו על פני חריצי ביופסיה, עם הדמיה גלויה מאוד; החיסרון הוא שניגוב חוזר, חיטוי אלכוהול או עיקור-בטמפרטורה גבוהה עלולים לפגוע בשכבת הבועות, ומוצרים מסוימים מיועדים לשימוש חד פעמי בלבד.

③ התזת חול / חיספוס אנודיז

שימוש בהשפעה של זרימת אוויר קורונדום כדי ליצור אי אחידות ברמת -מיקרו-תת-רמה-אפשרות העלות הנמוכה ביותר, אך עוצמת ההד משתנה מאוד עם הזווית, והדמיית רקמות עמוקה- חלשה יותר משתי השיטות הראשונות, המשמשות בעיקר במוצרים ברמת הכניסה-.

גורמים נוספים המשפיעים על איכות ההדמיה כוללים: תדר אולטרסאונד (גוני מערך ליניארי בתדר-גבוה מספקים הדמיה טובה לחסימות עצבים שטחיות; מערכים קמורים בתדר-נמוכים מתאימים לאיברים עמוקים אך עם רזולוציה נמוכה יותר), הגדרות רווח (הגברה גבוהה מדי מטביעה את צל המחט מפחיתה את נקודת הרעש, וההתנקות ברעש קלה יותר); (במישור-מאפשר מעקב אחר הפיר המלא, מחוץ-מהמישור-מציג רק את נקודת הקצה, כך שחיזוק הקצה חיוני).

מחקרים אחרונים ניסו גם לשלב חיישנים פיזואלקטריים או חישת עכבה בקצה המחט לצורך סימון מיקום פעיל, אך זה עדיין לא פורסם בקנה מידה. בסך הכל, הבנת שתי האסכולות העיקריות של "פיזור מפוזר של מיקרו-מבנה לעומת פיזור בועות ציפוי" מסייעת לבחירה קלינית לפי תרחיש-בלוקים שטחיים של עצבים מעדיפים סוגים חרוטים (קצוות עמידים, ברורים), בעוד ביופסיות עמוקות וניקוז נוטים לסוגים מצופים (בהירות באורך-מלא, נראות חריטה).