超聲換能器拍了拍你:別看我小,安裝心臟支架離不開我
2020年11月22日06:30

  來源:中國科普博覽

  近日,我國心臟支架技術實現了全面突破,投入量產,均價從1.3萬元降至700元。如此利好的行為,為患者省下了不少錢。讓“看病難,看病貴”、“大病拖垮一個家庭”的情況得到了一定的緩解。

  事實上,在一場心臟支架手術中,貴的不僅是心臟支架,用於放置心臟支架的專用設備也很貴。這是因為,造心臟支架是技術活,很難,造出放置支架的設備也是技術活,也很難。

  這些設備集中了高頻微型超聲換能器、高精度機械掃瞄旋轉、高分辨數據採集/傳輸/處理等眾多核心關鍵技術,目前我國仍處於研發攻堅階段。

  以上述關鍵部件中的“微型高頻超聲換能器”的設計與研製為例,我們來說說中國研發放置心臟支架設備的攻堅之路。

  Part。 1

  想要把心臟支架放置得更精準,首先得看得準

  要想把心臟或是其它血管支架精準地放置到合適位置,需要先看清心臟或血管內部情況。

  在冠脈內放置支架過程中,會出現支架沒有完全緊貼血管壁或擴張不對稱的情況。多項研究表明,藥物釋放支架的擴張不全和支架貼壁不良是發生血栓和支架再狹窄的主要手術危險因素之一,而血管內超聲成像指導可以對放置支架提供極大的幫助,從而進一步保證了療效。

  說到聲音,我們很容易想到聽覺,同理,說到成像,我們容易想到視覺,為什麼超聲能成像?

  其實,超聲成像的原理還真的就是“聽到聲音”。經驗豐富的人在挑西瓜的時候,用手拍一拍西瓜,就能根據聲音判斷出西瓜的好壞。簡單來說,超聲成像也是這樣的基本原理。只是拍一拍我們身體結構的這個名為超聲換能器的器件,發出的是超過我們耳朵聽覺範圍的超聲波,這種聲波不但不會對我們的身體造成傷害,而且能夠對我們的身體結構、形態特徵,像拍照一樣“畫”出來讓我們看。

  換句話說,血管內超聲成像設備就是利用安裝在心導管前端的微型超聲換能器,從血管內部成像來做個“B超”,拍照反映血管腔大小和血管壁結構的介入性超聲診斷技術。

  有了這種技術,醫生就有了一雙檢查病人心血管內部結構的眼睛。病人血管的內部有什麼異常,比如是否有粥樣硬化斑塊,斑塊穩定還是正在惡化等等信息便盡收眼底。瞭解了這些之後,要不要做介入治療,治療方位主要集中在何處等關鍵問題就能得到精準的決策。最後治療效果也能利用該技術得到良好的反饋。

  基於此,近年來,血管內超聲已成為冠心病等心血管疾病診斷治療的重要影像手段,被認為是冠狀動脈血管檢查的“金標準”,被廣泛應用於冠狀動脈介入的輔助治療中。

  Part。 2

  “拿下”血管內超聲成像技術

  很長一段時間,我國的血管內超聲設備市場一直被國外產品壟斷。壟斷就意味著,價格高,並且大批醫療資金不得不因此流進了國外廠商的錢包。

  帶著打破壟斷,造福國人的使命,中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所醫用聲學室團隊於2011年起率先開展血管內超聲探頭與成像設備研發,得到了國家科技支撐計劃項目資助。

  該團隊通過多年努力,攻克了高頻\超高頻換能器設計、基於MEMS微納技術的壓電復合材料精密加工、高性能探頭封裝測試等關鍵技術,打破國外技術壁壘,2015年首先成功研製出了具有自主知識產權的新型血管內超聲探頭樣品和成像設備樣機,並配合企業順利進行核心部件高頻探頭的產品定型和工程化開發。其成品的血管內超聲探頭核心部件——微型血管內超聲換能器,尺寸僅為1/4粒芝麻大小,其頻率可以達到60MHz,最高解像度可以達到50-60微米尺度。

中科院蘇州醫工所自主研發的血管內超聲成像(IVUS)探頭和超聲內窺鏡微探頭 圖片來源:作者提供
中科院蘇州醫工所自主研發的血管內超聲成像(IVUS)探頭和超聲內窺鏡微探頭 圖片來源:作者提供

  隨著時間的推移,蘇州醫工所自主研發的高頻微型換能器的品種越來越多,應用範圍越來越廣,可以被用於心血管、消化、呼吸、神經外科、骨科、泌尿科等很多臨床領域。在“十三五”期間先後獲得了6項國家重點研發計劃支援,開展各種內窺式、植入式專用超聲探頭以及配套設備的研發。

  2016年,中科院醫工所醫學超聲團隊又在國家重點研發計劃“體內超聲診斷設備檢測體模研發及質量安全性研究”項目支援下,重點開展血管內超聲檢測體模研發和設備安全性可靠性驗證,還主要參加製定了《血管內超聲診斷設備通用技術要求》。該標準是國內首個血管內超聲相關的行業標準,於2019年正式頒布實施,為該類儀器設備的註冊檢驗提供了技術標準和依據。

中科院蘇州醫工所自主研發的消化超聲內鏡探頭和呼吸超聲內鏡探頭 圖片來源:作者提供
中科院蘇州醫工所自主研發的消化超聲內鏡探頭和呼吸超聲內鏡探頭 圖片來源:作者提供

  目前,對於心血管相關的專用診斷設備的研製,我們仍處於攻堅階段。隨著技術的發展,相信“看病難,看病貴”、“大病拖垮一個家庭”的日子會成為歷史。

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