מדוע מחטי פלדה רגילות נעלמות תחת אולטרסאונד בעוד מחטים אקוגניות נשארות בהירות

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

כדי להבין איךאקוגנימחטים פועלות, יש קודם כל לתפוס את המנגנונים הפיזיים הבסיסיים של הדמיית אולטרסאונד רפואית. בדיקות אולטרסאונד פולטות גלי קול בתדירות גבוהה של 1.5-15 מגה-הרץ אל גוף האדם. עקב הבדלים בעכבה אקוסטית (Z=ρ × c, צפיפות × מהירות הקול) בין רקמות שונות, מתרחשות השתקפויות ממשק. הדים המתקבלים על-ידי הבדיקה מעובדים לתמונות בגווני אפור-השתקפויות חזקות מופיעות לבנים (היפר-אקויים), בעוד שהשתקפויות חלשות/נעדרות נראות שחורות (אנכואיות או היפו-אקויות).

הקירות של מחטי נירוסטה רפואיות רגילות, לאחר ליטוש אלקטרו, חלקים במיוחד, עם משטחים המתקרבים למראות אידיאליות. כאשר אולטרסאונד פוגע בזוויות שאינן-מאונכות (המקרה ברוב הדקירות הקליניות ב-מישור), מתרחשת השתקפות ספקולרית על משטח המתכת החלק. הגל המוחזר סוטה מהגזרה הקולטת של הגשושית על פי חוק השוות של זוויות אירוע וזוויות מוחזרות, וכמעט ולא מחזיר הד למתמר. כתוצאה מכך, גוף המחט מתכהה או אפילו נעלם לחלוטין על המסך. יתר על כן, למרות שקיים הבדל עכבה אקוסטית בין פלדה לרקמה רכה, המשטח הגלילי הרציף החלק מייצר אותות פיזור חלשים ביותר, מה שהופך את מקטע הפיר האמצעי לקשה במיוחד להבחין.

מחטים אקוגניות מתגברות על מגבלה זו על ידי הצגת אתרי פיזור לאחור בשפע:

• שינוי מיקרו-טופוגרפיה (תחריט התזת חול/מיקרו-גומות/חריצים מיקרו-ספירליים/מחזירי פינות):חריטת לייזר או תחריט כימי יוצרת מרקמים גסים בקנה מידה מיקרוני או בורות רגילים בטווח של כ-5-30 מ"מ מקצה המחט או לאורך הפיר המלא, ומפריעים להמשכיות פני השטח. מבנים מיקרו אלה מפזרים אולטרסאונד מקרי בחזרה לעבר הגשושית מכיוונים שונים; "מחזירי אבן פינה" שתוכננו במיוחד מבטיחים לפחות החזרת אלומה חלקית על פני טווח זוויתי רחב.
• ממשקי אי-התאמה של עכבה אקוסטית (ציפוי מיקרו-בועות גז פולימרי{{0}):​ בועות מיקרו אטומות (אוויר/N₂/גז אינרטי) בקוטר 1-5 מיקרומטר מפוזרות באופן אחיד בתוך מטריצת פוליאוריטן/סיליקון רפואית. הבועות, הפולימר והרקמה הסובבת יוצרים הבדלי עכבה אקוסטית מסיביים, ויוצרים פיזור אינטנסיבי של ריילי. ציפויי מיקרו-בועות יכולים לשפר את עוצמת הד גוף המחט ב-15-25 dB, ולשמור על פסים לבנים בהירים גם על רקע מורכב.
• עיצוב שיפוע ואזור:​מוצרים-מתקדמים מווסתים באופן סגמנטלי את ריכוז הבועות המיקרו או את צפיפות החריטה לאורך ציר המחט-מחזקים את ההשתקפות במקטע הדיסטלי (הקצה) ללוקליזציה מדויקת תוך הפחתה מתונה של השתקפות פרוקסימלית כדי למנוע חפצים מוגזמים למסוך מטרות עמוקות יותר.

אזהרות חשובות: אם ציפויי מיקרו-בועות פולימריים טבולים לטווח ארוך- או נתונים לדקירות חוזרות ונשנות המאפשרות חדירת נוזלים, מיקרו-בועות עלולות להיעקר, מה שיוביל להפחתת הד. סוגים חרוטים פיזית אינם מושפעים מטבילה אך כרוכים במורכבות ייצור גבוהה יותר. ללא קשר למנגנון, המהות היא יצירה מלאכותית של ממשקי השתקפות/פיזור אקוסטיים בעלי אוריינטציה אקוסטית בשפע כדי להפוך "בריחה ספקולרית" ל"חזרת השתקפות מפוזרת", תוך שמירה על המחט "זוהרת" ברציפות בגזרת האולטרסאונד.