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用于冠脉成像的60MHz微型高频换能器的设计

MEMS 来源:MEMS 作者:MEMS 2022-10-18 16:21 次阅读

血管内超声成像(Intravascular Ultrasound Imaging,IVUS)作为一种诊断动脉粥样硬化斑块的工具,由于其安全、高效和操作简便,在临床应用中得到了快速发展。在IVUS系统中,超声换能器是重要的部件之一,对成像性能起决定性作用。提高超声换能器的成像分辨率可以获得更多图像细节,有助于临床获取动脉粥样硬化斑块的细节信息。此外,超声换能器还需要具有足够的穿透深度,能够对斑块和血管进行完整评估。而成像分辨率和成像深度都与超声换能器的频率密切相关,且二者相互制约。如何在提高IVUS成像系统分辨率的同时,保证其穿透深度仍满足冠脉成像需求,是目前临床和工程界关注的热点问题之一。

据麦姆斯咨询报道,近期,来自中国科学院深圳先进威廉希尔官方网站 研究院、中国科学院大学、深圳北芯生命科技股份有限公司的研究团队,根据冠脉成像实际需求,综合考虑成像分辨率和成像深度,优化设计了一种中心频率为60MHz的微型高频换能器,其超声成像分辨率显著提高,且成像深度满足冠脉成像的需求,有望为临床提供更精细的指导优化。相关研究成果已发表于《集成威廉希尔官方网站 》期刊。

研究人员综合考虑设计、加工难度,规划出一个满足临床需求的适用中心频率带(51~66MHz),选择60MHz为工作中心频率,并以此频率完成了换能器的仿真设计和制作加工。经测试,该换能器实际中心频率为57.25MHz,与设计值相近,其有效孔径尺寸为0.5mm × 0.6mm,纵向分辨率为28.42μm,横向分辨率为146.99μm。

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60MHz高频换能器

与商用40MHz换能器相比,该60MHz换能器的分辨率明显提升,且可以保证冠脉成像所需的穿透深度。性能测试对比结果显示,商用换能器的横向分辨率和纵向分辨率分别为211.9μm和42.7μm;而该换能器的横向分辨率和纵向分辨率明显提高,达到146.99μm和28.42μm,该分辨率对于评估纤维帽厚度具有较大优势。成像深度测试结果表明,商用换能器的穿透深度为7.4mm,而该换能器的穿透深度为5.21mm,虽然低于商用换能器,但依然完全满足评估动脉粥样硬化所需穿透深度的需求(大于5mm)。

为了进一步验证该换能器在临床中的实际表现,研究人员基于该换能器制备了高频IVUS成像导管,并对活体健康巴马小型猪心脏冠状动脉进行了成像。成像结果显示,与商用换能器相比,该换能器具有更强的细微形态特征捕获能力,能够更清晰地看到血管中膜内层边界和血管支架结构。该高分辨率换能器对支架植入的指导作用大有帮助,如针对支架扩张不良、支架异位、支架断裂等问题可提供更精细的指导优化。

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换能器分辨率测试结果

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换能器穿透深度测试结果

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猪心冠脉活体成像结果

综合而言,该研究通过优化换能器的中心频率,设计并制备了一种满足临床要求的微型高频换能器,可提升血管内成像效果;且其可直接利用现有加工设备和成熟工艺,在临床应用和转化中具有优势。

审核编辑:郭婷

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原文标题:用于血管内成像的60MHz高频超声换能器设计及其成像

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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