用于冠脈成像的60MHz微型高頻換能器的設計

血管內(nèi)超聲成像（Intravascular Ultrasound Imaging，IVUS）作為一種診斷動脈粥樣硬化斑塊的工具，由于其安全、高效和操作簡便，在臨床應用中得到了快速發(fā)展。在IVUS系統(tǒng)中，超聲換能器是重要的部件之一，對成像性能起決定性作用。提高超聲換能器的成像分辨率可以獲得更多圖像細節(jié)，有助于臨床獲取動脈粥樣硬化斑塊的細節(jié)信息。此外，超聲換能器還需要具有足夠的穿透深度，能夠?qū)Π邏K和血管進行完整評估。而成像分辨率和成像深度都與超聲換能器的頻率密切相關，且二者相互制約。如何在提高IVUS成像系統(tǒng)分辨率的同時，保證其穿透深度仍滿足冠脈成像需求，是目前臨床和工程界關注的熱點問題之一。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自中國科學院深圳先進技術研究院、中國科學院大學、深圳北芯生命科技股份有限公司的研究團隊，根據(jù)冠脈成像實際需求，綜合考慮成像分辨率和成像深度，優(yōu)化設計了一種中心頻率為60MHz的微型高頻換能器，其超聲成像分辨率顯著提高，且成像深度滿足冠脈成像的需求，有望為臨床提供更精細的指導優(yōu)化。相關研究成果已發(fā)表于《集成技術》期刊。

研究人員綜合考慮設計、加工難度，規(guī)劃出一個滿足臨床需求的適用中心頻率帶（51～66MHz），選擇60MHz為工作中心頻率，并以此頻率完成了換能器的仿真設計和制作加工。經(jīng)測試，該換能器實際中心頻率為57.25MHz，與設計值相近，其有效孔徑尺寸為0.5mm × 0.6mm，縱向分辨率為28.42μm，橫向分辨率為146.99μm。

60MHz高頻換能器

與商用40MHz換能器相比，該60MHz換能器的分辨率明顯提升，且可以保證冠脈成像所需的穿透深度。性能測試對比結(jié)果顯示，商用換能器的橫向分辨率和縱向分辨率分別為211.9μm和42.7μm；而該換能器的橫向分辨率和縱向分辨率明顯提高，達到146.99μm和28.42μm，該分辨率對于評估纖維帽厚度具有較大優(yōu)勢。成像深度測試結(jié)果表明，商用換能器的穿透深度為7.4mm，而該換能器的穿透深度為5.21mm，雖然低于商用換能器，但依然完全滿足評估動脈粥樣硬化所需穿透深度的需求（大于5mm）。

為了進一步驗證該換能器在臨床中的實際表現(xiàn)，研究人員基于該換能器制備了高頻IVUS成像導管，并對活體健康巴馬小型豬心臟冠狀動脈進行了成像。成像結(jié)果顯示，與商用換能器相比，該換能器具有更強的細微形態(tài)特征捕獲能力，能夠更清晰地看到血管中膜內(nèi)層邊界和血管支架結(jié)構(gòu)。該高分辨率換能器對支架植入的指導作用大有幫助，如針對支架擴張不良、支架異位、支架斷裂等問題可提供更精細的指導優(yōu)化。

換能器分辨率測試結(jié)果

換能器穿透深度測試結(jié)果

豬心冠脈活體成像結(jié)果

綜合而言，該研究通過優(yōu)化換能器的中心頻率，設計并制備了一種滿足臨床要求的微型高頻換能器，可提升血管內(nèi)成像效果；且其可直接利用現(xiàn)有加工設備和成熟工藝，在臨床應用和轉(zhuǎn)化中具有優(yōu)勢。

審核編輯：郭婷