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診斷超聲不可能是完全無害的 (小心保護胎兒)

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發表於 2017-7-14 18:51:09 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
診斷超聲不可能是完全無害的 (小心保護胎兒)

在受控環境中由脈沖超聲產生的瞬時氣穴(氣體球/核)閾值(氣蝕/空爆臨界、爆破值)的影響
Mechanical Engineering, Yale University, Yale Station #2159, New Haven, Connecticut 06520
(Received 12 October 1989; accepted for publication 20 July 1990)

瞬態空化(氣蝕/空爆)是一種離散現象,其成因依賴於穩定的氣穴核(氣體球)或其主液體。用於評估瞬態空化的可能性以簡易描述閾值壓力或啟動氣泡生長和隨後的崩潰所需的最小聲壓。已經開發的一種自動化實驗裝置,用於通過在0.76,0.99和2.30MHz的超聲波突發短音波確定在流體中產生的氣穴閾值。使用流體射流通過失真換能器(Insonifying Transducer)的焦點區域追蹤潛在氣穴。測試的潛在氣穴核包括1-pm聚苯乙烯球(polystyrene spheres) 由1至10 pm範圍內,用人血清白蛋白穩定的微泡和全血成分。瞬態空化是通過對空爆泡沫分散聲音以敏感的被動聲學技術來檢測。引用水中瞬態空化閾值對高粘度流體和稀釋全血中的測量。這些空化閾值的實驗測量闡明了超聲、宿主液和氣穴參數在確定這些閾值方面的重要性。這些結果在預測氣穴發生的近似分析理論的上下文中被解釋。

認為伴隨短暫氣穴空爆現象的塌陷微泡產生的高溫和高壓已經引起超聲在醫學中的注意

特別關注由診斷和高強度治療超聲產生的瞬時氣穴空爆。在細胞水平上的潛在可能性:例如,在臨床診斷中,聚焦的超聲波脈衝回波技術利用高達1700W / cm2(水中測量)的空間峰值,峰值強度高達39.0atm(3.9MPa)的峰值負壓。在脈衝聲納回音應用中峰值負的聲壓高達26 bar,脈衝的持續時間可以長達30個週期,儘管並不是所有最大值都是針對相同的脈衝實現。瞬時空化引起的損傷機制主要來源於氣泡崩潰相關的高壓和高溫。從塌陷的氣泡產生的高壓衝擊波可以機械地損壞周圍的物質。當瞬態空化發生在固體表面旁邊時,在塌陷期間可能形成高速液體射流,產生足夠的衝擊以足夠對金屬表面造成可觀察的損傷。在塌陷腔之氣體中產生的高溫可引起可能損害周圍生物材料的自由基形成。最令人擔憂的是由於自由基生成導致的診斷超聲從產品損傷到細胞膜和胎兒胎兒細胞遺傳物質破壞的潛在危險,這是高崩潰溫度的結果。

美國國家輻射測量委員會和美國國家衛生研究院共同診斷影像學檢查委員會審查了超聲波生物學效應的研究報告。這些研究的整體意圖在於如何診斷和治療超聲波與組織和生物材料間的相互作用,並尋找上述損傷機制的生物學表現。這些評論都表明,診斷超聲可能不是完全無害的,並建議更多的重新搜索專門針對測試系統,這將提供一個更好的數據庫來開發合理的生物效應和風險估計。

然而,流行病學研究和調查以及25年以來的廣泛臨床使用,沒有證據顯示診斷超聲有任何不利影響。 Ziskin和Petittis的統計學說,微量影響,長期延遲效應和某些遺傳效應可能容易地逃避在有限或有偏差樣本群體研究中的檢測。由於潛在的損害性質,重要的是要搜索體內發生氣蝕的區域以及生物相關物質在體外發生空化的條件。聲波空化初始值由特定閾值劃分:在循環的稀薄階段期間啟動流體中空穴發展所需的最低聲壓。許多參數影響該閾值,包括:初始氣穴核尺寸和特徵,脈衝特徵(如脈衝重複頻率和脈衝持續時間),聲頻和主體流體參數。體外閾值測量允許更微細的控制和監測宿主液體和氣穴核特徵,這是在體內環境中不能提供的情況。在此給了其中測量瞬時空化開始的聲閾值壓力作為流體,氣穴核和超聲參數的函數研究,並產生關於空化開始所需的條件。這些實驗使用的檢測方案僅對微泡的存在敏感,並不表示這種空穴活動的後果。然而,對瞬時氣穴開始條件的準確理解是評估與診斷超聲相關的潛在風險是必要成分。最終,這種理解必須擴展到體內環境才可予以肯定。

請自行了解實驗詳細....


結論

已經部分地研究了瞬時氣穴爆破的條件,以此作為評估診斷超聲應用潛在風險的工具。已經發現超聲波的峰值壓力和頻率是控制氣穴發生的主要參數。在這項研究中,沒有研究較長脈衝持續時間(> 10gs)和脈衝重複頻率的影響,也可能證明是重要的。這些參數的控制是通過診斷超聲來限制空化產生的最明顯手段。 Albunex® 微泡水中的閾值表明,如果回波造影劑注射到血液中,則可以在體內做成空穴。然而,這種體內空化事件是否會發生,或者如果它們是否會引起生物損傷,仍然有待確定。此外,由於紅細胞不含有遺傳物質,所以這些細胞的局部破壞可能沒有什麼影響。近似的分析理論證明了在特定的頻率下氣穴增生發生的氣穴核的最佳尺寸對應於超聲參數的體液中存在或不存在體液中最佳尺寸的氣穴核是未來研究的重要問題。從使用全血作為潛在氣穴核的載體的實驗結果可以得出結論,這樣的最佳尺寸的氣穴核不存在於人血液中。應檢查其他流體,如羊水,尿液,膽汁和淋巴液,以確定是否存在氣穴核。這些流體和血液中的測量應在臨床上有用的診斷超聲頻率範圍內進行。



Copyrights: TendonCARE Biophysics Co. Ltd.
Raymond Cheng




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