L'eau dégazée est le milieu de couplage fondamental dans les systèmes à ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) car elle élimine les bulles d'air microscopiques qui détruisent l'intégrité des ondes sonores. Sans ce traitement spécifique, les gaz dissous présents dans l'eau ordinaire perturberaient le faisceau acoustique, compromettant à la fois la sécurité du patient et l'efficacité du traitement.
Idée clé : La fonction principale de l'eau dégazée est de fournir un chemin acoustique « transparent ». En éliminant les microbulles, le système empêche la dispersion de l'énergie ultrasonore et la « cavitation violente » près de la source, garantissant que la chaleur est générée uniquement à la cible interne spécifique plutôt que sur la peau du patient ou sur l'appareil lui-même.
La physique de la transmission acoustique
Adaptation aux tissus biologiques
L'eau dégazée possède une impédance acoustique similaire à celle des tissus humains.
Cette similitude est essentielle pour le transfert d'énergie sans heurts. Lorsque l'impédance correspond, les ondes ultrasonores passent de l'appareil au corps avec une résistance minimale.
Si l'impédance n'était pas adaptée, des portions importantes de l'énergie ultrasonore seraient réfléchies par l'interface. Cette réflexion réduit l'énergie délivrée à la cible et crée des schémas d'interférence imprévisibles.
Prévention de la perte d'énergie
L'eau ordinaire contient de l'oxygène dissous et d'autres gaz.
Ces gaz existent sous forme de bulles microscopiques, souvent appelées « noyaux d'air ». Bien qu'invisibles à l'œil nu, ils constituent des obstacles importants pour les ondes sonores à haute fréquence.
Le dégazage élimine ces obstacles pour créer un chemin de transmission à faible perte. Cela garantit que toute l'intensité de l'énergie sonore atteint la profondeur de traitement prévue.
Le rôle essentiel de l'élimination des bulles
Atténuation de la cavitation violente
Dans les champs de haute intensité, les microbulles subissent une cavitation violente.
Lorsqu'elles sont exposées à l'énergie HIFU, les microbulles existantes peuvent se dilater et s'effondrer de manière explosive. Ce phénomène absorbe l'énergie acoustique avant même qu'elle n'atteigne le patient.
En utilisant de l'eau dégazée, le système élimine les « germes » de cette cavitation. Cela empêche la perte d'énergie dans le milieu de couplage lui-même.
Élimination de la dispersion acoustique
Les bulles provoquent la dispersion du faisceau ultrasonore.
Au lieu de converger vers un point focal précis, l'énergie se diffuse dans des directions aléatoires lorsqu'elle frappe une bulle. Cet effet de « défocusage » rend le traitement inefficace.
L'eau dégazée garantit que le faisceau reste cohérent. Cela permet une diffusion précise de l'énergie acoustique vers les tissus cibles profonds sans distorsion.
Sécurité et protection de l'équipement
Prévention des brûlures de surface
L'énergie dispersée constitue un danger majeur pour la sécurité.
Lorsque les bulles dispersent l'énergie près de la surface de la peau, cela provoque un surchauffement local involontaire. Cela peut entraîner des brûlures cutanées douloureuses au lieu de traiter la lésion interne.
Le dégazage concentre l'énergie en interne. Il garantit que la chaleur est générée au niveau du site de la lésion, et non à l'interface de couplage.
Protection du transducteur
Les bulles de cavitation peuvent endommager le matériel.
La chaleur et les ondes de choc générées par les bulles près de la face du transducteur peuvent éroder ou fissurer les éléments piézoélectriques (PZT). Cela dégrade la durée de vie et la stabilité des performances de l'appareil.
De plus, l'eau en circulation agit comme un liquide de refroidissement. Elle dissipe la chaleur générée pendant le fonctionnement pour maintenir l'uniformité du faisceau.
Comprendre les compromis opérationnels
Le risque de ré-saturation
L'eau réabsorbe naturellement les gaz avec le temps.
L'eau dégazée est instable dans un environnement ouvert ; elle absorbera agressivement l'oxygène de l'air. Si le système n'est pas scellé ou dégazé en continu, l'eau perdra rapidement son efficacité.
Complexité des systèmes de support
Le maintien de la pureté de l'eau nécessite une gestion active.
Les systèmes HIFU nécessitent souvent des pompes de circulation et des unités de dégazage sous vide. Cela ajoute une complexité mécanique et des exigences de maintenance par rapport aux méthodes de couplage simples à base de gel.
Faire le bon choix pour votre objectif
Pour garantir des performances HIFU optimales, la qualité du milieu de couplage doit être strictement maintenue.
- Si votre objectif principal est la sécurité du patient : Privilégiez le dégazage pour éviter la dispersion acoustique, qui est la principale cause des brûlures cutanées involontaires en surface.
- Si votre objectif principal est l'efficacité du traitement : Assurez-vous que l'eau est exempte de noyaux d'air pour maximiser la transmission d'énergie et éviter le défocusage du faisceau.
- Si votre objectif principal est la longévité de l'appareil : Maintenez une eau dégazée de haute pureté pour éviter les dommages par cavitation à la surface délicate du transducteur.
En résumé, l'eau dégazée n'est pas seulement un fluide ; c'est un composant optique essentiel qui garantit que l'énergie ultrasonore est délivrée de manière sûre, précise et efficace.
Tableau récapitulatif :
| Caractéristique | Eau Dégazée | Eau du Robinet Ordinaire |
|---|---|---|
| Chemin Acoustique | Transparent et Cohérent | Dispersé et Diffus |
| Délivrance d'Énergie | Précision de Focalisation | Pertes d'Énergie Élevées |
| Risque de Sécurité | Faible (Ciblage Interne) | Élevé (Brûlures de Surface Cutanée) |
| Impact sur l'Appareil | Prolonge la Durée de Vie du Transducteur | Cause des Dommages par Cavitation |
| Impédance | Correspond aux Tissus Humains | Non Adaptée en raison des Noyaux d'Air |
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Références
- 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
Cet article est également basé sur des informations techniques de Belislaser Base de Connaissances .
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