用于冠脉成像的60MHz微型高频换能器的设计

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技术研究院、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《集成技术》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。

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。

换能器分辨率测试结果

换能器穿透深度测试结果

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