中科院苏州医工“拿下”血管内超声成像技术 安装心脏支架离不开它

摘要:

近日,我国心脏支架技术实现了全面突破,投入量产,均价从1.3万元降至700元。如此利好的行为,为患者省下了不少钱。让“看病难,看病贵”、“大病拖垮一个家庭”的情况得到了一定的缓解。事实上,在一场心脏支架手术中,贵的不仅是心脏支架,用于放置心脏支架的专用设备也很贵。这是因为,造心脏支架是技术活,很难,造出放置支架的设备也是技术活,也很难。

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这些设备集中了高频微型超声换能器、高精度机械扫描旋转、高分辨数据采集/传输/处理等众多核心关键技术,目前我国仍处于研发攻坚阶段。

以上述关键部件中的“微型高频超声换能器”的设计与研制为例,我们来说说中国研发放置心脏支架设备的攻坚之路。

想要把心脏支架放置得更精准,首先得看得准

要想把心脏或是其它血管支架精准地放置到合适位置,需要先看清心脏或血管内部情况。

在冠脉内放置支架过程中,会出现支架没有完全紧贴血管壁或扩张不对称的情况。多项研究表明,药物释放支架的扩张不全和支架贴壁不良是发生血栓和支架再狭窄的主要手术危险因素之一,而血管内超声成像指导可以对放置支架提供极大的帮助,从而进一步保证了疗效。

说到声音,我们很容易想到听觉,同理,说到成像,我们容易想到视觉,为什么超声能成像?

其实,超声成像的原理还真的就是“听到声音”。经验丰富的人在挑西瓜的时候,用手拍一拍西瓜,就能根据声音判断出西瓜的好坏。简单来说,超声成像也是这样的基本原理。只是拍一拍我们身体结构的这个名为超声换能器的器件,发出的是超过我们耳朵听觉范围的超声波,这种声波不但不会对我们的身体造成伤害,而且能够对我们的身体结构、形态特征,像拍照一样“画”出来让我们看。

换句话说,血管内超声成像设备就是利用安装在心导管前端的微型超声换能器,从血管内部成像来做个“B超”,拍照反映血管腔大小和血管壁结构的介入性超声诊断技术。

有了这种技术,医生就有了一双检查病人心血管内部结构的眼睛。病人血管的内部有什么异常,比如是否有粥样硬化斑块,斑块稳定还是正在恶化等等信息便尽收眼底。了解了这些之后,要不要做介入治疗,治疗方位主要集中在何处等关键问题就能得到精准的决策。最后治疗效果也能利用该技术得到良好的反馈。

基于此,近年来,血管内超声已成为冠心病等心血管疾病诊断治疗的重要影像手段,被认为是冠状动脉血管检查的“金标准”,被广泛应用于冠状动脉介入的辅助治疗中。

“拿下”血管内超声成像技术

很长一段时间,我国的血管内超声设备市场一直被国外产品垄断。垄断就意味着,价格高,并且大批医疗资金不得不因此流进了国外厂商的钱包。

带着打破垄断,造福国人的使命,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用声学室团队于2011年起率先开展血管内超声探头与成像设备研发,得到了国家科技支撑计划项目资助。

该团队通过多年努力,攻克了高频超高频换能器设计、基于MEMS微纳技术的压电复合材料精密加工、高性能探头封装测试等关键技术,打破国外技术壁垒,2015年首先成功研制出了具有自主知识产权的新型血管内超声探头样品和成像设备样机,并配合企业顺利进行核心部件高频探头的产品定型和工程化开发。其成品的血管内超声探头核心部件——微型血管内超声换能器,尺寸仅为1/4粒芝麻大小,其频率可以达到60MHz,最高分辨率可以达到50-60微米尺度。

中科院苏州医工所自主研发的血管内超声成像(IVUS)探头和超声内窥镜微探头 图片来源:作者提供

中科院苏州医工所自主研发的血管内超声成像(IVUS)探头和超声内窥镜微探头 图片来源:作者提供

随着时间的推移,苏州医工所自主研发的高频微型换能器的品种越来越多,应用范围越来越广,可以被用于心血管、消化、呼吸、神经外科、骨科、泌尿科等很多临床领域。在“十三五”期间先后获得了6项国家重点研发计划支持,开展各种内窥式、植入式专用超声探头以及配套设备的研发。

2016年,中科院医工所医学超声团队又在国家重点研发计划“体内超声诊断设备检测体模研发及质量安全性研究”项目支持下,重点开展血管内超声检测体模研发和设备安全性可靠性验证,还主要参加制定了《血管内超声诊断设备通用技术要求》。该标准是国内首个血管内超声相关的行业标准,于2019年正式颁布实施,为该类仪器设备的注册检验提供了技术标准和依据。

中科院苏州医工所自主研发的消化超声内镜探头和呼吸超声内镜探头 图片来源:作者提供

中科院苏州医工所自主研发的消化超声内镜探头和呼吸超声内镜探头 图片来源:作者提供

目前,对于心血管相关的专用诊断设备的研制,我们仍处于攻坚阶段。随着技术的发展,相信“看病难,看病贵”、“大病拖垮一个家庭”的日子会成为历史。

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