Hifu 장치에 탈기수가 사용되는 이유는 무엇인가요? 임상 결과를 위한 정확한 음향 전달 보장

탈기수는 고강도 집속 초음파(HIFU) 시스템의 기본 커플링 매질입니다. 이는 음파의 무결성을 파괴하는 미세한 공기 방울을 제거하기 때문입니다. 이 특정 처리가 없으면 일반 물에 녹아 있는 가스가 음향 빔을 방해하여 환자 안전과 치료 효과 모두를 손상시킵니다.

핵심 통찰: 탈기수의 주요 기능은 "투명한" 음향 경로를 제공하는 것입니다. 미세 기포를 제거함으로써 시스템은 초음파 에너지의 산란과 소스 근처의 "격렬한 캐비테이션"을 방지하여 열이 환자의 피부나 장치 자체가 아닌 특정 내부 표적에서만 생성되도록 합니다.

음향 전달의 물리학

생체 조직과의 정합

탈기수는 인체 조직과 유사한 음향 임피던스를 가지고 있습니다.

이 유사성은 에너지의 원활한 전달에 중요합니다. 임피던스가 일치하면 초음파 파동이 최소한의 저항으로 장치에서 신체로 통과합니다.

임피던스가 일치하지 않으면 초음파 에너지의 상당 부분이 계면에서 반사됩니다. 이 반사는 표적에 전달되는 에너지를 감소시키고 예측할 수 없는 간섭 패턴을 생성합니다.

에너지 손실 방지

일반 물에는 용해된 산소 및 기타 가스가 포함되어 있습니다.

이러한 가스는 종종 "공기 핵"이라고 불리는 미세한 기포 형태로 존재합니다. 육안으로는 보이지 않지만 고주파 음파에 상당한 장애물 역할을 합니다.

탈기는 이러한 장애물을 제거하여 저손실 전송 경로를 만듭니다. 이를 통해 음향 에너지의 전체 강도가 의도된 치료 깊이에 도달하도록 합니다.

기포 제거의 중요 역할

격렬한 캐비테이션 완화

고강도 필드에서 미세 기포는 격렬한 캐비테이션을 겪습니다.

HIFU 에너지에 노출되면 기존 미세 기포가 폭발적으로 팽창하고 붕괴될 수 있습니다. 이 현상은 환자에게 도달하기 전에 음향 에너지를 흡수합니다.

탈기수를 사용함으로써 시스템은 이 캐비테이션의 "씨앗"을 제거합니다. 이는 커플링 매질 자체 내에서의 에너지 손실을 방지합니다.

음향 산란 제거

기포는 초음파 빔을 산란시킵니다.

에너지가 정확한 초점에 수렴하는 대신, 기포에 부딪히면 무작위 방향으로 확산됩니다. 이 "초점 흐림" 효과는 치료를 비효율적으로 만듭니다.

탈기수는 빔이 일관되게 유지되도록 합니다. 이를 통해 왜곡 없이 깊은 표적 조직에 음향 에너지를 정확하게 전달할 수 있습니다.

안전 및 장비 보호

표면 화상 방지

산란된 에너지는 주요 안전 위험입니다.

기포가 피부 표면 근처에서 에너지를 산란시키면 의도하지 않은 국소 과열을 유발합니다. 이는 내부 병변을 치료하는 대신 고통스러운 피부 화상을 유발할 수 있습니다.

탈기는 에너지를 내부로 집중시킵니다. 열이 커플링 계면이 아닌 병변 부위에서 생성되도록 합니다.

트랜스듀서 보호

캐비테이션 기포는 하드웨어를 손상시킬 수 있습니다.

트랜스듀서 표면 근처의 기포 발생으로 생성된 열과 충격파는 압전(PZT) 소자를 침식하거나 균열시킬 수 있습니다. 이는 장치의 수명과 성능 안정성을 저하시킵니다. 또한, 순환수는 냉각수 역할을 합니다. 작동 중 발생하는 열을 발산하여 빔 균일성을 유지합니다.

운영상의 절충안 이해

재포화 위험

물은 시간이 지남에 따라 자연적으로 가스를 재흡수합니다.

탈기수는 개방된 환경에서 불안정합니다. 공기에서 산소를 공격적으로 다시 흡수합니다. 시스템이 밀폐되지 않거나 지속적으로 탈기되지 않으면 물은 효과를 빠르게 잃게 됩니다.

지원 시스템의 복잡성

물의 순도를 유지하려면 적극적인 관리가 필요합니다.

HIFU 시스템에는 종종 순환 펌프와 진공 탈기 장치가 필요합니다. 이는 단순한 겔 기반 커플링 방법에 비해 기계적 복잡성과 유지보수 요구 사항을 추가합니다.

목표에 맞는 올바른 선택

최적의 HIFU 성능을 보장하려면 커플링 매질의 품질을 엄격하게 유지해야 합니다.

환자 안전이 최우선이라면: 의도하지 않은 표면 피부 화상의 주요 원인인 음향 산란을 방지하기 위해 탈기를 우선시하십시오.
치료 효과가 최우선이라면: 에너지 전달을 최대화하고 빔 초점 흐림을 방지하기 위해 물에 공기 핵이 없는지 확인하십시오.
장치 수명이 최우선이라면: 섬세한 트랜스듀서 표면에 대한 캐비테이션 손상을 방지하기 위해 고순도 탈기수를 유지하십시오.

요약하자면, 탈기수는 단순한 유체가 아니라 초음파 에너지가 안전하고 정확하며 효율적으로 전달되도록 보장하는 중요한 광학 구성 요소입니다.

요약 표:

특징	탈기수	일반 수돗물
음향 경로	투명하고 일관됨	산란되고 확산됨
에너지 전달	정확한 초점 정확도	높은 에너지 손실
안전 위험	낮음 (내부 표적)	높음 (피부 표면 화상)
장치 영향	트랜스듀서 수명 연장	캐비테이션 손상 유발
임피던스	인체 조직과 일치	공기 핵으로 인해 불일치

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참고문헌

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

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