Keskeiset tekniikat korkean intensiteetin fokusoidun ultraäänikasvainterapialaitteen kehittämisessä

Viime vuosina soveltaminen HIFU-pietsokanturi- ultraääni kasvainhoidon alalla on ollut laajalti huolissaan kotimaassa ja ulkomailla. On raportoitu, että lähes 10 kotimaista valmistajaa on investoinut paljon työvoimaa ja resursseja kliinisten sovellusten kehittämiseen monissa sairaaloissa, jotka ovat saaneet melko paljon onnistuneita raportteja, kuten pahanlaatuiset luukasvaimet, maksasyöpä, rintasyöpä pehmytkudossarkooma ja munuaissyöpä. Valtion elintarvike- ja lääkevirasto laati joulukuussa 2002 'Säännökset korkean intensiteetin ultraäänifokusointilaitteiden kliinisen tutkimuksen johtamisesta', 'High-intensity Ultraäänifokusointikoneen tuotestandardien on katettava tekniset vaatimukset' ja 'High-intensity Ultrasound Focusing -tekniset vaatimukset'. HIFU-anturi pietsokeramiikka ohjeisiin soveltuu koneen käyttöön ja tekniset vaatimukset korkean intensiteetin ultraäänifokusointikoneen vaikutusten analysointiin on julkaistu elokuussa 2003 maakuntien (piirit, kunnat) elintarvike- ja lääkehallinnossa ja niiden on noudatettava toteutusta. Ulkomaiset teokset HIFU:n perustutkimuksesta ovat syvällisempiä ja spesifisempiä, mutta kliinisen laboratoriojohtamisen ja resurssien vuoksi suhteellisen myöhään kliinisessä käytännössä. Tekniikan kehityksen näkökulmasta tämä artikkeli esittelee kattavasti tärkeimmät teknologiat, jotka on suunniteltu korkean intensiteetin fokusoitujen kuorsauskasvainhoitolaitteiden kehityksessä viime vuosina jatkokehitystä ja referenssiä varten.

Korkean intensiteetin fokusoitu ultraäänijärjestelmä tuottaa suoraan riittävän voimakkaita HIFU-ultraäänifokusointipisteitä.vastaava taajuus ja koko vaikuttavat vaurioon lyhyessä ajassa .esim. niiden teknisten vaatimusten mukaisesti, jotka on sisällytettävä tuotteen eritelmiin HIFU-ultraääni lääkitystä varten

terapiakoneet. Ultraääniantureita käytetään korkean intensiteetin fokusoidussa ultraäänihoidossa, jonka toimintataajuus on 4,5-5 MHz. Hoitopään polttovälin suurin äänenvoimakkuus ei ole pienempi kuin emakon vastus ja äänikentän amplitudi on suurempi kuin pääkeilan. Amplitudi on pienempi kuin 8 d B, ja akustisen polttoalueen poikkileikkausaluetta rajoittaa 6 d B äänenpainehäviö. Tällä hetkellä korkean intensiteetin fokusoitujen ultraääniantureiden päätyyppiä on kliiniseen käyttöön: yksi on moniryhmätarkennus, eli useiden pienten ultraäänitehojen käyttäminen korkean polttosyvyyden saavuttamiseksi on superimpampenssialueella; toinen on yksikköanturi. Anturin keskelle sijoitetaan yleensä pyöreä reikä ja B-ultraäänivalvontaanturi vaurion sijainnin ja prosessin seurannan tarkoituksen saavuttamiseksi. Yleensä nykyiset korkean intensiteetin fokusoidut ultraäänianturit pietsosähköisissä käyttävät PZT-keraamisia materiaaleja, joilla on korkea sähkömekaaninen hyötysuhde, mutta jotka ovat alttiita halkeamiselle. Antureissa on pääasiassa kahta tyyppiä vibraattorilinssiä ja kovera pallomainen kuori itsefokusoivaa. Akustisen linssitilan korkean intensiteetin tarkentava ultraäänianturi on vähemmän tehokas johtuen itse linssin vaimennusvaikutuksesta, ja itse akustinen linssi on ultraääniaaltojen absorptio, joka myös muuttaa helposti akustista linssiä.

Vaihtamalla sopivaa objektiivia on helppo säätää polttoväliä.Korkean intensiteetin keskittynyt pietsosähköinen keraaminen ultraäänikasvainhoitokone on kehitetty ja valmistettu varhaisessa vaiheessa. Korkean intensiteetin fokusoitu ultraäänianturi koveran pallomaisen kuoren itsefokusoivassa tilassa on suhteellisen yksinkertainen tehovahvistimen teoreettisessa analyysissä ja ohjausjärjestelmässä. Siinä on kypsä analyysi- ja suunnittelumenetelmä, ja ihanteellisen muodon polttoväli on helppo toteuttaa. Suurikokoiset, suuritehoiset koverat pallomaiset pietsosähköiset kiekot ovat kuitenkin melko vaikeita valmistusprosessissa; käytössä on myös joitain rajoituksia, kuten kyvyttömyys kestää suuria iskukuormituksia kiekkojen materiaalien tasaisuuden vuoksi, ja kiekkoja syntyy helposti. HIFU-pietson polttoväli määräytyy suoraan geometrian mukaan, eikä sitä voi säätää. Siksi sen soveltamisella on myös tiettyjä rajoituksia. Tyypillisten korkean intensiteetin fokusoitujen ultraääniantureiden geometria on noin 60 - 1 20 mm, polttoväli 40 - 2 80 m ja polttotehon tiheys 300 cc/m.

Tehokkuuden parantamiseksi Pietsokeraaminen painonpudotuslaskin pitkä ultraäänianturi, yksikköanturin rakennetta parannellaan ja pietsosähköisen kiteen vastakkaiselle puolelle jätetään onkalo niin, että ultraääniaallon vastakkaiseen suuntaan etenevä osa heijastuu säännöllisesti, positiivisella suunnalla ,Päällä oleva ultraääni-anturi, joka suurentaa transducerin päällekkäin.