Подробное объяснение принципа акустической визуализации эхогенных кончиков игл.

Краеугольный эффект и механизм рассеяния микропузырьков

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

Почему обычные иглы из нержавеющей стали «исчезают» под воздействием ультразвука? Это начинается с акустического импеданса и зеркального отражения. Существует огромная разница в акустическом импедансе между мягкими тканями человека и металлом; теоретически металл должен выглядеть очень «ярким». Однако гладкая цилиндрическаяиголкаповерхность действует как выпуклое зеркало-когда ультразвуковой луч (обычно падающий перпендикулярно коже) образует небольшой угол с осью иглы (например, 15–30 градусов при проколе вне-из-плоскости), волна зеркального отражения отклоняется от сектора приема зонда, эхо становится почти нулевым и экран гаснет. Это известно как «отказ зеркального отражения».

Решением проблемы эхогенных игл является преобразование зеркального отражения в диффузное рассеяние. Существует два основных пути реализации:

① Модификация геометрической микроструктуры (микро-травление / углубление / эффект краеугольного камня)

Производители используют наносекундные лазеры или прецизионное химическое травление для обработки ямок, канавок или внутренних углов размером в тысячи микрон- или внутренних углов под углом 90 градусов (массивы Cornerstone/Corner Cube) на поверхности иглы. Когда ультразвук попадает в эти прямоугольные-бороздки, он претерпевает два ортогональных отражения, которые возвращают энергию вдоль (или вблизи) исходного пути к датчику-это «эффект краеугольного камня», аналогичный принципу отражения движения кошачьими глазами. Сотовые микро-сеточные массивы могут поддерживать постоянные сильные эхосигналы в диапазоне углов падения ±40 градусов, что делает их основным решением для высококлассных-игл для блокады нервов. Эта обработка не изменяет внешний диаметр иглы и не несет риска отслоения покрытия, но требует значительных инвестиций в оборудование, при этом наибольшая сложность обработки возникает в области скоса кончика иглы.

② Полимерное покрытие, содержащее микропузырьки (эхогенное полимерное покрытие)

Медицинские полиуретановые/силоксановые полимеры смешиваются с закрытыми микропузырьками (воздухом или инертным газом) или легируются частицами с высоким-импедансом, такими как оксид цинка/диоксид титана, а затем наносятся на корпус иглы посредством процессов погружения-покрытия и сушки. Попав в ткань, между тканевой жидкостью и покрытием образуется бесчисленное количество крошечных акустических импедансных границ; Микропузырьки действуют как сильные источники рассеяния, заставляя весь стержень иглы ярко светиться в плоскости сканирования. В серии EchoTip® компании Cook Medical используется эта технология. Его преимуществом является-охват всей длины, даже над насечками для биопсии, с чрезвычайно заметной визуализацией; недостатком является то, что многократное протирание, дезинфекция спиртом или стерилизация при высокой-температуре могут повредить пузырьковый слой, а некоторые продукты предназначены только для одноразового использования.

③ Пескоструйная обработка/анодирование, шероховатость

Использование воздействия корундового воздушного потока для формирования неровностей суб-микронного-уровня-самый дешевый вариант, но интенсивность эха сильно зависит от угла, а глубокая-визуализация тканей слабее, чем первые два метода, которые в основном используются в продуктах-начального уровня.

Другие факторы, влияющие на качество визуализации, включают: частоту ультразвука (высоко-частотные линейные датчики обеспечивают хорошую визуализацию при блокаде поверхностных нервов; низкочастотные выпуклые матрицы подходят для глубоких органов, но с более низким разрешением), настройки усиления (чрезмерно высокое усиление заглушает тень иглы; соответствующее снижение усиления облегчает идентификацию кончика иглы) и плоскость прокола (в-плоскости позволяет отслеживать весь стержень, только за пределами-плоскости- показывает точку на кончике, поэтому усиление кончика имеет важное значение).

В недавних исследованиях также была предпринята попытка интеграции пьезоэлектрических датчиков или датчиков импеданса на кончике иглы для активной маркировки положения, но это еще не было коммерциализировано в больших масштабах. В целом, понимание двух основных школ «диффузное рассеяние микроструктуры и рассеяние пузырьков покрытия» помогает в клиническом выборе по сценарию.-Поверхностные блокады нервов отдают предпочтение типам с травлением (прочные, прозрачные кончики), тогда как глубокая биопсия и дренаж имеют тенденцию к типам с покрытием (яркость на всю-длину, видимость насечек).