La configurazione di una camera del trasduttore HIFU è progettata per risolvere specifiche sfide acustiche e termiche. È necessario riempire la camera con acqua deionizzata per creare un mezzo puro e non conduttivo che corrisponda alle proprietà acustiche del tessuto umano, raffreddando contemporaneamente l'elettronica interna del dispositivo. Il film di polietilene (PE) è richiesto per sigillare questo ambiente liquido perché è acusticamente trasparente, consentendo alle onde ad alta intensità di passare al paziente senza distorsioni o perdite di energia.
Concetto chiave Questo design ottimizza il trasferimento di energia acustica proteggendo sia le apparecchiature che il paziente. L'acqua deionizzata agisce come stabilizzatore termico e adattatore di impedenza, mentre il film di PE funge da barriera invisibile agli ultrasuoni, garantendo che il fascio focalizzato rimanga preciso ed efficace.
Il ruolo critico dell'acqua deionizzata
Massimizzare la trasmissione acustica
L'obiettivo principale di un dispositivo a ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) è trasferire energia dal trasduttore al corpo con una perdita minima. L'acqua deionizzata viene utilizzata perché la sua impedenza acustica corrisponde strettamente a quella del tessuto umano.
Questo adattamento di impedenza è vitale per ridurre al minimo le perdite per riflessione all'interfaccia tra il dispositivo e la pelle. Se il mezzo all'interno del trasduttore differisse in modo significativo dalla densità tissutale, gran parte dell'energia rimbalzerebbe invece di penetrare nell'area target.
Garantire la sicurezza elettrica
I trasduttori HIFU funzionano utilizzando componenti elettronici ad alta tensione, in particolare elementi PZT (piezoelettrici). L'acqua normale contiene minerali e ioni che conducono elettricità, il che pone un grave rischio di cortocircuito del dispositivo.
L'acqua deionizzata non è conduttiva. Rimuovendo ioni e impurità, l'acqua crea un ambiente dielettrico sicuro che previene archi elettrici, garantendo che il dispositivo funzioni in modo sicuro anche mentre i componenti sommersi sono attivi.
Regolazione termica e stabilità
La generazione di onde acustiche ad alta frequenza produce un calore significativo all'interno degli elementi PZT. Senza raffreddamento attivo, questi elementi si surriscalderebbero, portando a un degrado delle prestazioni o a un guasto.
L'acqua deionizzata circolante agisce come un refrigerante altamente efficiente. Dissipando questo calore, l'acqua mantiene la stabilità del fascio acustico, garantendo che l'erogazione di energia rimanga uniforme e prevedibile durante tutto il trattamento.
La funzione del film di polietilene (PE)
Trasparenza acustica
Per far uscire l'energia dalla camera d'acqua ed entrare nel paziente, il materiale di sigillatura deve essere effettivamente invisibile alle onde sonore. Il film di polietilene (PE) viene utilizzato perché è acusticamente trasparente.
Questa proprietà garantisce che il film non assorba o rifletta le onde ultrasoniche. Permette all'energia focalizzata di proiettarsi verso la pelle senza interferenze, preservando la forma e l'intensità previste del fascio.
Contenimento durevole
La camera richiede una sigillatura sufficientemente robusta da contenere l'acqua ma sufficientemente flessibile da adattarsi all'area di trattamento. Il film di PE fornisce una barriera durevole e a prova di perdite.
Mantiene l'integrità della camera d'acqua, impedendo l'ingresso di bolle d'aria. L'aria è il nemico della propagazione degli ultrasuoni; anche bolle microscopiche possono disperdere il fascio e interrompere il trattamento.
Comprendere i compromessi operativi
Il rischio di impurità
Sebbene l'acqua deionizzata sia il mezzo ideale, la sua purezza non è permanente. Nel tempo, i materiali all'interno della camera possono rilasciare ioni nell'acqua, aumentandone lentamente la conducibilità.
Se la qualità dell'acqua si degrada, aumenta il rischio di guasti elettrici. Inoltre, le impurità possono creare dispersione acustica, riducendo la precisione del punto focale e potenzialmente alterando il profilo di sicurezza del trattamento.
Degrado del materiale
Il film di PE è sottoposto a uno stress costante dovuto a vibrazioni ad alta frequenza e fluttuazioni termiche. Sebbene durevole, non è indistruttibile.
Se il film si degrada o si increspa, può causare un'accumulazione di energia sulla superficie della pelle. Ciò compromette la funzione di "assistenza alla sicurezza" della forma del fascio, portando potenzialmente a ustioni epidermiche anziché a un trattamento dei tessuti profondi.
Garantire prestazioni e sicurezza
Per massimizzare l'efficacia e la durata delle apparecchiature HIFU, gli operatori devono dare priorità all'integrità di questi materiali di consumo.
- Se la tua priorità principale è la sicurezza delle apparecchiature: Verifica regolarmente la resistività dell'acqua di raffreddamento per garantire che rimanga non conduttiva e protegga gli elementi PZT.
- Se la tua priorità principale è il comfort del paziente: Ispeziona la superficie del film di PE prima di ogni utilizzo; eventuali bolle o increspature possono distorcere il fascio e aumentare la sensazione di calore superficiale.
- Se la tua priorità principale è l'efficacia del trattamento: Assicurati che il sistema di circolazione dell'acqua funzioni correttamente per mantenere la stabilità termica e l'uniformità del fascio.
La sinergia tra acqua deionizzata e film di PE è il fondamento di un'erogazione di energia HIFU sicura e coerente.
Tabella riassuntiva:
| Componente | Funzione principale | Perché è critico |
|---|---|---|
| Acqua deionizzata | Adattamento di impedenza | Corrisponde alla densità del tessuto umano per ridurre al minimo la riflessione dell'energia. |
| Acqua deionizzata | Raffreddamento termico | Dissipa il calore dagli elementi PZT per prevenire guasti del dispositivo. |
| Acqua deionizzata | Isolamento elettrico | Le proprietà non conduttive prevengono cortocircuiti e archi elettrici. |
| Film di PE | Trasparenza acustica | Consente alle onde ultrasoniche di passare senza perdita di energia. |
| Film di PE | Contenimento del liquido | Sigilla la camera per prevenire bolle d'aria che disperdono il fascio. |
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Riferimenti
- Jacek Calik, Natalia Sauer. Healing Process after High-Intensity Focused Ultrasound Treatment of Benign Skin Lesions: Dermoscopic Analysis and Treatment Guidelines. DOI: 10.3390/jcm13040931
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da Belislaser Base di Conoscenza .
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