Wie wird eine Ultraschalloperation durchgeführt?

Abid Ullah, Schlafentzug

Ultraschall-Chirurgie war immer möglich, das einzige Problem war die Genauigkeit. Dies wurde jetzt mit einer neuen Technologie, die als Magnetresonanztemperatur-Bildgebung bekannt ist, gelöst. Bei einer Ultraschalloperation wird der Brennpunkt zuerst unter Verwendung einer Ultraschallwelle mit niedriger Amplitude getestet, die die Temperatur leicht erhöht. Die Magnetresonanztemperatur-Bildgebung nimmt dann den Bereich erhöhter Temperatur auf, der dann verwendet wird, um herauszufinden, wo genau im Körper der Ultraschall fokussiert ist.

[Die meisten (alle) meiner Antwort unten stammen aus dem Buch MRI-Guided Focused Ultrasound Surgery [1]]

Ultraschall wird durch Anlegen einer Radiofrequenzspannung (HF-Spannung) an ein Material erzeugt, das piezoelektrisch ist (Material, das sich zusammenzieht und proportional zur angelegten Spannung ausdehnt). Dieses piezoelektrische Element ist in einem Wandler untergebracht, der longitudinale Ultraschallwellen erzeugt. In dem Wandler ist das piezoelektrische Element eine Platte mit gleichmäßiger Dicke. Die Platte ist mit dem Gehäuse mit einer elastischen Befestigung verbunden, die sie frei schwingen lässt. Die maximale Leistung kann geliefert werden, wenn der Wandler nahe an seiner Resonanzfrequenz betrieben wird (wenn die Dicke der Platte gleich der Wellenlänge ist / 2). Bei Piezo-Composite-Materialien kann jedoch eine Reihe von Frequenzen verwendet werden. Besondere Vorsicht ist bei Materialien geboten, die in einem Ultraschallwandler verwendet werden, wenn es in einem MRI-Gerät verwendet wird.

Eine Ultraschallwelle kann durch Linsen fokussiert werden (akustische Linsen bestehen aus Materialien, in denen die Schallgeschwindigkeit anders ist als im Kopplungsmedium) oder Reflektoren (Reflektoren sind teurer für Linsen, verursachen aber keine Absorptionsverluste wie bei Linsen), oder indem der Wandler selbstfokussiert wird (durch elektrisches Fokussieren).

Elektrisches Fokussieren kann erreicht werden, indem Arrays von kleinen Wandlern verwendet werden, die mit RF-Signalen mit geeigneten Phasenverzögerungen und Amplituden angesteuert werden, so dass die von allen Elementen emittierten Wellen in dem gewünschten Brennpunkt in Phase sind. Die Elementgröße bestimmt das Volumen, innerhalb dessen der Fokus bewegt werden kann, da der Fokus innerhalb des Volumens sein muss, in dem alle von den Elementen erzeugten Strahlen sich überlappen. Die Fokussierung auf einen Ort außerhalb dieser Lautstärke führt zu sekundären Brennpunkten. Ein Ultraschallstrahl kann irgendwo vor der Anordnung fokussiert werden, wenn der Mitte-Mitte-Abstand des Elements eine Wellenlänge von 2 oder kleiner ist.

Bildquelle: MRT-geführte fokussierte Ultraschallchirurgie [1]

Heute ist das Phased Array die Waffe der Wahl in der Ultraschallchirurgie (sozusagen).

Biologische Wirkungen von Ultraschall

Ultraschall interagiert mit Gewebe durch die Partikelbewegung und die Druckschwankung, die mit der Wellenausbreitung verbunden sind. Erstens verlieren alle Ultraschallwellen kontinuierlich Energie durch Absorption, was zu einer Erhöhung der Temperatur innerhalb des Gewebes führt. Wenn die Temperaturerhöhung groß genug ist und für einen angemessenen Zeitraum aufrechterhalten wird, verursacht die Exposition Gewebeschäden. Dieser thermische Effekt, der für die Koagulation oder Ablation von Gewebe verwendet werden kann, ist ähnlich dem, der bei Verwendung anderer Erwärmungsverfahren mit gleicher thermischer Belastung erhalten wird. Zweitens kann die Druckwelle bei Hochdruckamplituden die Bildung von kleinen Gasblasen verursachen, die akustische Energie konzentrieren. Eine ähnliche Energiefokussierung kann durch die Oszillation bereits vorhandener kleiner Blasen hervorgerufen werden. Diese Art der Wechselwirkung zwischen einer Schallwelle und einem Gaskörper wird als Kavitation bezeichnet und kann eine Vielzahl von Bioeffekten aus Veränderungen der Zellmembranpermeabilität zur vollständigen Zerstörung von Gewebe verursachen. Schließlich können die mechanischen Spannungen und Dehnungen, die mit der Wellenausbreitung verbunden sind, manchmal direkte Veränderungen in einem biologischen System verursachen. Die mechanischen Wechselwirkungen zwischen Ultraschall und Gewebe umfassen Strahlungskraft und -druck, Strahlungsdrehmoment und Strömung.

Weitere Informationen finden Sie in diesem TED-Video:

Quellen:

[1] MRI-geführte fokussierte Ultraschall-Chirurgie: http://www.amazon.com/MRI-Guided ...

Bernard Racey

Surgical Physcian Assistant, 15 Jahre Erfahrung in allen chirurgischen Fachrichtungen, mit fortgeschrittener Erfahrung in N ...
Beantwortet 26. März 2017 · Autor hat 116 Antworten und 170.5k Antwortansichten

Ich bin also nicht sicher, ob Sie fragen, ob sich das Eutasound als chirurgische Option oder als Diagnosemöglichkeit eignet. In der Chirurgie verwenden wir ständig Ultraschall, um einen Bereich von Interesse während der Operation zu lokalisieren, etwa wie ein Tumor. Das Problem mit der Verwendung von Ultraschall, speziell im Gehirn, ist, dass der Schädel einen großen Teil der Ultraschallwellen reflektiert, so dass es relativ nutzlos ist, es sei denn, ein Teil des Schädels wurde entfernt Anschließend ersetzen wir einen Teil des Schädels. Unter diesen Umständen nutzen wir Ultraschall, um die Menge des Gehirns zu reduzieren, die während der Operation gestört ist.

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