Giải thích chi tiết về nguyên lý hình ảnh âm thanh của đầu kim tạo tiếng vang

Hiệu ứng nền tảng và cơ chế tán xạ vi bọt

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

Tại sao kim inox thông thường lại “biến mất” dưới sóng siêu âm? Điều này bắt đầu với trở kháng âm thanh và phản xạ gương. Có sự chênh lệch trở kháng âm thanh rất lớn giữa mô mềm của con người và kim loại; về mặt lý thuyết, kim loại sẽ trông rất "sáng". Tuy nhiên, một hình trụ trơncây kimbề mặt hoạt động giống như một gương cầu lồi-khi chùm siêu âm (thường vuông góc với da) tạo thành một góc nhỏ với trục kim (chẳng hạn như 15 độ –30 độ ở ngoài-của-mặt phẳng), sóng phản xạ gương lệch khỏi khu vực tiếp nhận của đầu dò, tiếng vang gần như bằng 0 và màn hình trống. Điều này được gọi là "Lỗi phản xạ gương."

Cách tiếp cận giải pháp của kim tạo tiếng vang là chuyển đổi phản xạ gương thành tán xạ khuếch tán. Có hai đường dẫn triển khai chính:

① Sửa đổi cấu trúc vi mô hình học (Khắc-vi mô/Hiệu ứng làm mờ/Hiệu ứng nền tảng)

Các nhà sản xuất sử dụng tia laser nano giây hoặc phương pháp khắc hóa học chính xác để xử lý các lỗ, rãnh có kích thước hàng nghìn micron- hoặc các góc bên trong 90 độ (Mảng đá góc/Khối góc) trên bề mặt kim. Khi siêu âm đi vào các rãnh góc vuông này, nó sẽ trải qua hai phản xạ trực giao làm gấp năng lượng trở lại dọc theo (hoặc gần) đường dẫn ban đầu tới đầu dò-đây là "Hiệu ứng nền tảng", tương tự như nguyên tắc của mắt mèo phản chiếu giao thông. Mảng lưới vi mô-tổ ong có thể duy trì tiếng vang mạnh liên tục trong phạm vi góc tới ±40 độ, khiến chúng trở thành giải pháp chủ đạo cho kim chặn dây thần kinh-cao cấp. Việc xử lý này không làm thay đổi đường kính ngoài của kim và không có nguy cơ bong lớp phủ nhưng đòi hỏi đầu tư thiết bị đáng kể, với độ khó xử lý cao nhất ở khu vực đầu vát kim.

② Lớp phủ polyme chứa vi bọt (Lớp phủ polyme phản âm)

Polyme polyurethane/siloxane y tế được trộn với các vi bọt kín (không khí hoặc khí trơ) hoặc được pha tạp với các hạt-có trở kháng cao như oxit kẽm/titanium dioxide, sau đó phủ lên thân kim thông qua quá trình phủ-nhúng và sấy khô. Khi ở trong mô, vô số giao diện trở kháng âm thanh nhỏ hình thành giữa dịch mô và lớp phủ; các vi bọt hoạt động như nguồn tán xạ mạnh, làm cho toàn bộ trục kim phát sáng rực rỡ trên mặt phẳng quét. Dòng EchoTip® của Cook Medical sử dụng công nghệ này. Ưu điểm của nó là bao phủ toàn bộ-khả năng bao phủ ngay cả trên các rãnh sinh thiết, với khả năng hiển thị cực kỳ rõ ràng; nhược điểm là việc lau nhiều lần, khử trùng bằng cồn hoặc khử trùng ở nhiệt độ-cao có thể làm hỏng lớp bong bóng và một số sản phẩm chỉ được thiết kế để sử dụng một lần.

③ Phun cát / Làm nhám anodizing

Sử dụng tác động của luồng không khí corundum để tạo ra sự không đồng đều ở cấp độ phụ-micron{1}}không đồng đều-là tùy chọn có chi phí thấp nhất nhưng cường độ tiếng vang thay đổi rất nhiều theo góc và khả năng hiển thị mô-sâu yếu hơn hai phương pháp đầu tiên, chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm cấp độ cơ bản.

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng hiển thị bao gồm: tần số siêu âm (đầu dò mảng tuyến tính tần số-cao cung cấp hình ảnh tốt cho các khối thần kinh bề ngoài; mảng lồi tần số-thấp phù hợp với các cơ quan sâu nhưng có độ phân giải thấp hơn), cài đặt khuếch đại (mức tăng quá cao làm át tiếng ồn của bóng kim; mức tăng giảm thích hợp giúp xác định đầu kim dễ dàng hơn) và mặt phẳng đâm thủng (trong-mặt phẳng cho phép theo dõi toàn bộ trục, ngoài{3}}mặt phẳng chỉ hiển thị chấm đầu, vì vậy việc gia cố đầu kim là cần thiết thiết yếu).

Nghiên cứu gần đây cũng đã cố gắng tích hợp các cảm biến áp điện hoặc cảm biến trở kháng ở đầu kim để đánh dấu vị trí hoạt động, nhưng điều này vẫn chưa được thương mại hóa ở quy mô lớn. Nhìn chung, việc hiểu rõ hai trường phái chính về "tán xạ khuếch tán cấu trúc vi mô và tán xạ bong bóng lớp phủ" giúp lựa chọn lâm sàng theo tình huống-các khối thần kinh bề ngoài thiên về loại khắc (bền, đầu rõ ràng), trong khi sinh thiết sâu và dẫn lưu có xu hướng hướng tới các loại được phủ (độ sáng-toàn bộ, khả năng hiển thị khía).