ニードルハイドロフォンは、高強度焦点式超音波（HIFU）システムの最終的な校正器として機能し、処置開始前に音響フィールドの精度を検証します。超音波波の3次元スキャンを実行することにより、正確な幾何学的焦点を見つけ、空間ピーク強度を測定して、エネルギーが意図した場所に正確に届けられることを保証します。
HIFUにおける中心的な課題は、目に見えない高エネルギー音波を、周囲の領域を損傷することなく微細な標的に誘導することです。ニードルハイドロフォンは、音響フィールドをマッピングすることでこの問題を解決し、物理的な出力が理論的な治療計画と一致することを保証する検証ステップとして機能します。
音響校正のメカニズム
3次元フィールドマッピング
精度を確保するために、ニードルハイドロフォンは単一の静的測定を行いません。トランスデューサーによって生成された音響フィールドの3次元スキャンを実行します。
このプロセスにより、音圧の詳細な地形図が作成されます。これにより、エンジニアや臨床医は、超音波ビームの形状と挙動を実際の空間で視覚化できます。
幾何学的焦点の特定
HIFUの最も重要な側面は焦点です。熱を発生させるために音波が収束する特定の場所です。
ハイドロフォンは、この幾何学的焦点を正確に特定します。この位置を機械的に検証することで、デバイスが腫瘍に向けられたときに、最大エネルギーがその座標に正確に供給されることが保証されます。
安全性と有効性の確保
空間ピーク強度の測定
精度とは、エネルギーがどこに行くかだけでなく、どれだけのエネルギーが到達するかということです。
ハイドロフォンは、空間ピーク音響強度を測定します。このデータは、デバイスが標的組織を効果的にアブレーションするのに十分なエネルギーを生成できることを確認します。
偶発的な損傷の防止
HIFUにおける主な安全上のリスクは、焦点の周囲の健康な非標的細胞の意図しない破壊です。
音響フィールドを事前に校正することにより、ハイドロフォンは音響エネルギーが標的の場所に厳密に放出されることを保証します。この厳格な検証プロセスにより、標的外病変や健康な組織への火傷のリスクが最小限に抑えられます。
正確な測定のための前提条件
安定した環境の必要性
ハイドロフォンはフィールドを測定しますが、その測定の精度は、それが動作する媒体の純度に依存します。
測定セットアップと並行して、脱イオン化された脱気水を循環させるために、連続的なポンプ灌流システムがよく使用されます。
音響干渉の排除
この循環により、音響遮蔽を引き起こしたり、エネルギー経路をシフトさせたりして、不正確なハイドロフォン読み取りにつながる可能性のある気泡が除去されます。
さらに、システムはトランスデューサーからの残留熱を放散します。これにより、校正およびマッピングプロセス中にエネルギー供給が安定して純粋に保たれます。
目標に合わせた適切な選択
HIFUシステムを設計する場合でも、臨床プロトコルを確立する場合でも、ニードルハイドロフォンは品質管理の基準となります。
- 安全性を最優先する場合：エネルギーの急激な低下を確保し、隣接する健康な組織を保護するために、ハイドロフォンのビーム周辺部をマッピングする能力を優先してください。
- 有効性を最優先する場合：ハイドロフォンを使用して空間ピーク強度を検証し、システムが焦点に必要な熱線量を提供できることを確認してください。
焦点式超音波の精度は、仮定ではなく、厳格なハイドロフォン校正によって検証される測定可能な事実です。
概要表：
| 校正機能 | HIFU精度における役割 | 結果へのメリット |
|---|---|---|
| 3Dフィールドマッピング | 音圧の地形を視覚化 | ビーム形状の精度を保証 |
| 焦点特定 | 正確な幾何学的収束を特定 | エネルギーが標的組織に到達することを保証 |
| 強度測定 | 空間ピーク音響強度を検証 | 効果的な熱線量供給を確認 |
| 脱気水準備 | 気泡と音響遮蔽を排除 | 測定干渉を防止 |
| 安全性検証 | ビーム周辺部とエネルギー低下をマッピング | 健康な細胞への偶発的な損傷を最小限に抑える |
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参考文献
- Heba Badawe, Massoud L. Khraiche. Experimental and Computational Analysis of High-Intensity Focused Ultrasound Thermal Ablation in Breast Cancer Cells: Monolayers vs. Spheroids. DOI: 10.3390/cancers16071274
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Belislaser ナレッジベース .
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