血管內超聲成像（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展。在IVUS系統中，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，有助于臨床獲取動脈粥樣硬化斑塊的細節信息。此外，超聲換能器還需要具有足夠的穿透深度，能夠對斑塊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，根據冠脈成像實際需求，綜合考慮成像分辨率和成像深度，優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化。相關研究成果已發表于《集成技術》期刊。
研究人員綜合考慮設計、加工難度，規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勢。成像深度測試結果表明，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，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。成像結果顯示，與商用換能器相比，該換能器具有更強的細微形態特征捕獲能力，能夠更清晰地看到血管中膜內層邊界和血管支架結構。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化。
換能器分辨率測試結果
換能器穿透深度測試結果
豬心冠脈活體成像結果
綜合而言，該研究通過優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，可提升血管內成像效果；且其可直接利用現有加工設備和成熟工藝，在臨床應用和轉化中具有優勢。
論文鏈接：
https://doi.org/10.12146/j.issn.2095-3135.20220517001
