Systemau Uwchsain – Gweld yr Anweledig gyda Thonnau Sain

Mae technoleg uwchsain fodern wedi trawsnewid delweddu meddygol o luniau anatomegol statig i asesiadau swyddogaethol deinamig, a hynny i gyd heb ymbelydredd ïoneiddio. Mae'r erthygl hon yn archwilio'r ffiseg, y cymwysiadau clinigol, a'r arloesiadau arloesol mewn uwchsain diagnostig.

Egwyddorion Ffisegol
Mae uwchsain meddygol yn gweithredu ar amleddau 2-18MHz. Mae'r effaith piezoelectrig yn trosi ynni trydanol yn ddirgryniadau mecanyddol yn y trawsddygiwr. Mae iawndal ennill amser (TGC) yn addasu ar gyfer gwanhad sy'n ddibynnol ar ddyfnder (0.5-1 dB/cm/MHz). Mae datrysiad echelinol yn dibynnu ar donfedd (λ = c/f), tra bod datrysiad ochrol yn ymwneud â lled y trawst.

Amserlen Esblygiad

• 1942: Cymhwysiad meddygol cyntaf Karl Dussik (delweddu'r ymennydd)
• 1958: Datblygodd Ian Donald uwchsain obstetrig
• 1976: Mae trawsnewidyddion sgan analog yn galluogi delweddu graddfa lwyd
• 1983: Cyflwynwyd Doppler Lliw gan Namekawa a Kasai
• 2012: Mae'r FDA yn cymeradwyo dyfeisiau maint poced cyntaf

Moddau Clinigol

1. Modd-B
   Delweddu graddlwyd sylfaenol gyda datrysiad gofodol i lawr i 0.1mm
2. Technegau Doppler

• Doppler Lliw: Mapio cyflymder (terfyn Nyquist 0.5-2m/s)
• Doppler Pŵer: 3-5 gwaith yn fwy sensitif i lif araf
• Doppler Sbectrol: Yn mesur difrifoldeb stenosis (mae cymhareb PSV >2 yn dynodi >50% o stenosis carotid)

3. Technegau Uwch

• Elastograffeg (Mae anystwythder yr afu >7.1kPa yn dynodi ffibrosis F2)
• Uwchsain wedi'i wella â chyferbyniad (microswigod SonoVue)
• Delweddu 3D/4D (mae'r Voluson E10 yn cyflawni datrysiad voxel o 0.3mm)

Cymwysiadau sy'n Dod i'r Amlwg

• Uwchsain Ffocws (FUS)
  • Abladiad thermol (goroesiad 3 blynedd o 85% mewn cryndod hanfodol)
  • Agor rhwystr gwaed-ymennydd ar gyfer triniaeth Alzheimer
• Uwchsain Pwynt Gofal (POCUS)
  • Archwiliad FAST (sensitifrwydd o 98% ar gyfer yr hemoperitonewm)
  • Llinellau-B uwchsain yr ysgyfaint (cywirdeb o 93% ar gyfer edema ysgyfeiniol)

Ffiniau Arloesi

1. Technoleg CMUT
   Mae trawsddygiaduron uwchsonig microbeirianedig capasitif yn galluogi lled band eang iawn (3-18MHz) gyda lled band ffracsiynol o 40%.
2. Integreiddio AI

• Mae Samsung S-Shearwave yn darparu mesuriadau elastograffeg dan arweiniad AI
• Mae cyfrifiad EF awtomataidd yn dangos cydberthynas o 0.92 ag MRI cardiaidd

3. Chwyldro Llaw
   Mae Butterfly iQ+ yn defnyddio 9000 o elfennau MEMS mewn dyluniad sglodion sengl, gan bwyso dim ond 205g.
4. Cymwysiadau Therapiwtig
   Mae histotripsi yn abladu tiwmorau heb ymledoliad gyda chavitation acwstig (treialon clinigol ar gyfer canser yr afu).

Heriau Technegol

• Cywiro gwyriad cyfnod mewn cleifion gordew
• Dyfnder treiddiad cyfyngedig (15cm ar 3MHz)
• Algorithmau lleihau sŵn brith
• Rhwystrau rheoleiddio ar gyfer systemau diagnostig sy'n seiliedig ar AI

Mae'r farchnad uwchsain fyd-eang ($8.5B yn 2023) yn cael ei hail-lunio gan systemau cludadwy, sydd bellach yn cyfrif am 35% o werthiannau. Gyda thechnolegau sy'n dod i'r amlwg fel delweddu uwch-gydraniad (delweddu pibellau gwaed 50μm) a thechnegau rendro niwral, mae uwchsain yn parhau i ailddiffinio ffiniau diagnosteg anfewnwthiol.