Hifuデバイスで脱気水が使用されるのはなぜですか？臨床結果のための正確な音響伝達を確保する

高密度焦点式超音波（HIFU）システムにおいて、脱気水は音波の完全性を破壊する微細な気泡を除去するため、基本的なカップリング媒体となります。この特別な処理なしでは、通常の水に含まれる溶解ガスが音響ビームを妨害し、患者の安全性と治療効果の両方を損なうことになります。

核心的な洞察：脱気水の主な機能は、「透明な」音響経路を提供することです。マイクロバブルを除去することで、システムは超音波エネルギーの散乱や発生源付近での「激しいキャビテーション」を防ぎ、熱が患者の皮膚やデバイス自体ではなく、特定の内部ターゲットでのみ発生するようにします。

音響伝送の物理学

生体組織との整合性

脱気水は人間の組織に似た音響インピーダンスを持っています。

この類似性は、エネルギーのシームレスな伝達に不可欠です。インピーダンスが一致すると、超音波は最小限の抵抗でデバイスから体内へ通過します。

インピーダンスが不一致の場合、超音波エネルギーのかなりの部分が界面で反射されます。この反射により、ターゲットに届けられるエネルギーが減少し、予測不可能な干渉パターンが生じます。

エネルギー損失の防止

通常の水には、溶存酸素やその他のガスが含まれています。

これらのガスは「空気核」と呼ばれる微細な泡として存在します。肉眼では見えませんが、高周波音波にとって重大な障害となります。

脱気は、これらの障害物を取り除き、低損失の伝送経路を作成します。これにより、音響エネルギーの完全な強度が意図した治療深度に到達することが保証されます。

気泡除去の重要な役割

激しいキャビテーションの軽減

高強度場では、マイクロバブルは激しいキャビテーションを起こします。

HIFUエネルギーにさらされると、既存のマイクロバブルは爆発的に膨張・収縮する可能性があります。この現象は、エネルギーが患者に到達する前に音響エネルギーを吸収します。

脱気水を使用することで、システムはこのキャビテーションの「種」を排除します。これにより、カップリング媒体自体のエネルギー損失を防ぎます。

音響散乱の排除

気泡は超音波ビームを散乱させます。

エネルギーは、正確な焦点に収束するのではなく、気泡に当たるとランダムな方向に拡散します。この「デフォーカス」効果により、治療は非効率的になります。

脱気水は、ビームがコヒーレントであることを保証します。これにより、歪みなく深部組織に音響エネルギーを正確に伝達できます。

安全性と機器の保護

表面の火傷の防止

散乱したエネルギーは重大な安全上の危険です。

気泡が皮膚表面近くでエネルギーを散乱させると、意図しない局所的な過熱を引き起こします。これにより、内部病変を治療する代わりに、痛みを伴う皮膚の火傷につながる可能性があります。

脱気は、エネルギーを内部に集中させます。熱がカップリング界面ではなく、病変部位で発生するようにします。

トランスデューサーの保護

キャビテーション気泡はハードウェアを損傷する可能性があります。

トランスデューサー表面近くの気泡によって生成される熱と衝撃波は、圧電（PZT）素子を侵食または亀裂させる可能性があります。これにより、デバイスの寿命と性能の安定性が低下します。

さらに、循環水は冷却剤として機能します。動作中に発生する熱を放散し、ビームの均一性を維持します。

運用上のトレードオフの理解

再飽和のリスク

水は時間とともに自然にガスを再吸収します。

脱気水は開放環境では不安定であり、空気から積極的に酸素を引き込みます。システムが密閉されていないか、継続的に脱気されていない場合、水は急速に効果を失います。

サポートシステムの複雑さ

水の純度を維持するには、積極的な管理が必要です。

HIFUシステムには、多くの場合、循環ポンプと真空脱気ユニットが必要です。これにより、単純なゲルベースのカップリング方法と比較して、機械的な複雑さとメンテナンス要件が増加します。

目標に合わせた適切な選択

最適なHIFUパフォーマンスを確保するには、カップリング媒体の品質を厳密に維持する必要があります。

患者の安全が最優先事項の場合：意図しない皮膚表面の火傷の主な原因である音響散乱を防ぐために、脱気を優先してください。
治療効果が最優先事項の場合：エネルギー伝達を最大化し、ビームのデフォーカスを防ぐために、水に空気核が含まれていないことを確認してください。
デバイスの寿命が最優先事項の場合：繊細なトランスデューサー表面へのキャビテーション損傷を防ぐために、高純度の脱気水を維持してください。

要約すると、脱気水は単なる液体ではなく、超音波エネルギーが安全、正確、かつ効率的に伝達されることを保証する重要な光学コンポーネントです。

概要表：

特徴	脱気水	通常の水道水
音響経路	透明＆コヒーレント	散乱＆拡散
エネルギー伝達	正確な焦点精度	高いエネルギー損失
安全リスク	低い（内部ターゲティング）	高い（皮膚表面の火傷）
デバイスへの影響	トランスデューサー寿命を延長	キャビテーション損傷を引き起こす
インピーダンス	人間の組織と一致	空気核による不一致

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参考文献

J.Q. Chen, Wen‐Yih Isaac Tseng. Proton resonance frequency shift‐weighted imaging for monitoring MR‐guided high‐intensity focused ultrasound transmissions. DOI: 10.1002/jmri.22582

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 .