Pressure field measurements of a therapeutic ultrasound transducer

Abstract

Ultraääniaallot etenevät kudoksissa yleensä vahingoittamatta niitä nostaen vain hieman kudosten lämpötilaa. Kun ultraäänen intensiteetti nousee, aalto muuttuu epälineaariseksi eli osa energiasta siirtyy ylemmille harmonisille taajuuksille. Koska ultraäänen abrsorptio kasvaa taajuuden noustessa, ultraäänen kudoksille luovuttama energia kasvaa huomattavasti, kun aalto muuttuu epälineaariseksi.

Korkeaintensiteettinen fokusoitu ultraäänileikkaus (HIFU surgery) on lääketieteellinen toimenpide, jossa fokusoitu ultraääni kohdistetaan esimerkiksi kasvaimeen, jolloin kasvaimen lämpötila nousee. Jos lämpötila saadaan nousemaan yli 55°C, niin kudos tuhoutuu välittömästi. Fokusoivalla ultraäänilähettimellä voidaan saada aikaan akustinen kenttä, jossa suurin osa energiasta keskittyy tarkkareunaiseen fokaalipisteeseen, kun muualla akustinen intensiteetti pysyy melko pienenä. Tällöin hoito voidaan kohdistaa suoraan kasvaimeen ja muut terveet kudokset säästyvät.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä mittausohjelma, joka mittaa fokusoivan ultraäänilähettimen painekentän eli akustisen kentän. Mittausohjelma on osa Philips Medical Systems:in ultraääniprojektia, jossa tarkoituksena on tehdä laite, jolla voidaan suorittaa kohdunsisäisten hyvänlaatuisten kasvaimien magneettikuvausohjattuja ultraäänileikkauksia.

Painemittaus tehdään neulamaisella hydrofonilla, joka on kiinnitetty kolmesta lineaarimoottorista koostuvaan positiontisysteemiin. Moottoreiden ansiosta hydrofonilla voidaan nopeasti skannata tasoja tai tilavuuksia mittausaltaassa. Painemittausten tarkoituksena on varmistaa fokaalipisteen koko ja muoto. Mittauksella on myös tärkeä osa hoitomuodon turvallisuuden varmistamisessa.

Työn kohteena oleva mittausohjelma ohjaa painekentän mittauksessa tarvittavia moottoreita sekä hydrofonin signaalit tallentavaa digitoijaa. Mittauksen aluksi ohjelma asettaa lineaarimoottoreiden liikeradat siten, että hydrofoni skannaa esimerkiksi tason. Moottorit lähettävät mittauspisteissä liipaisupulsseja ultraäänilähetintä ajavalle signaaligeneraattorille, ja hydrofoni mittaa syntyneet akustiset aallot muuttaen ne sähköisiksi signaaleiksi. Hydrofonilta tulevat signaalit digitoidaan ja tallennetaan tietokoneelle. Tallennetusta datasta etsitään signaalien amplitudit sekä vaiheet, jonka jälkeen tulokset näytetään käyttäjälle. Ohjelma tehtiin National Instrumentsin LabView-ohjelmalla.