基于50-100MHz高频率超声的血管内高分辨率成像方法研究

Cardiovascular disease is one of the main causes of morbidity and mortality. Intravascular ultrasound (IVUS) imaging is able to delineate internal structures of vessel wall with good spatial resolution, providing invaluable tissue information for cardiovascular disease. However, the clinical IVUS imaging technique with 20-45MHz and about 120 microns imaging resolution is insufficient to identify the fibrous cap thickness and tissue composition of atherosclerotic lesions. A new method based on high frequency ultrasound will be introduced to investigate the applications of intravascular imaging. This project will focus on following three aspects: 1.Development of an open IVUS platform with high frequency features, increase the frequency range of ultrasound from 20-45MHz to 50-100MHz for better resolution(higher than 40 microns); 2.Investigate the attenuation and the compensation method inside the blood vessel for the high frequency ultrasound, use coded excitation imaging technique for deep penetration; 3.Investigate of the relationship between the frequency spectrum of high frequency ultrasound radio-frequency signal and the tissue composition of vulnerable plaque. Novel techniques for the IVUS applications could be achieved by this project, and profound knowledge will also be accumulated.

心血管疾病是导致人类高发病率和高死亡率的主要原因之一。血管内超声(IVUS)成像技术能够描绘血管内部的组织形态结构，为心血管疾病的诊断和治疗提供重要的组织信息。然而目前临床IVUS 诊断采用的超声频率较低(20-45MHz)，存在成像分辨率低(约120微米)、组织分析可靠性低等不足。本项目将开展基于更高频率超声的血管内成像方法的研究。具体包括：1.开发开放式IVUS成像系统平台，支持将传统IVUS超声频率范围由20-45MHz提高至50-100MHz以获取高的成像分辨率(大于40微米)；2.研究高频率超声在血管内组织的衰减及补偿方法，采用编码超声成像技术以提高超声成像深度的方法研究；3.高频率超声回波射频信号的频谱信息与血管内斑块组织成分的关系研究。本项目的研究成果将为血管内成像技术提供新手段，为相关仪器的开发提供理论支持和技术积累。

心血管疾病是导致人类高发病率和高死亡率的主要原因之一。血管内超声(IVUS)成像技术能够描绘血管内部的组织形态结构，为心血管疾病的诊断和治疗提供重要的组织信息。然而目前临床IVUS 诊断采用的超声频率较低(20-45MHz)，存在成像分辨率低、组织分析可靠性低等不足。.本项目开展了基于更高频率超声的血管内成像方法的研究。具体包括： a) 研究具有开放式架构的IVUS 硬件平台; 项目组设计开发了血管内成像专用的测试平台和测试软件，可以支撑新技术的探索；b) 提高血管内组织成像分辨率的方法研究，项目成功研制了中心频率为80MHz的超声换能器，并尝试开展了两项工作：聚焦型超声换能器设计与加工，以实现在超声声场内的聚焦来提高超声横向分辨率；开展了双频率超声换能器(30MHz和80MHz)的设计与加工，在提高超声穿透深度的同时，提高了超声成像分辨率。c) 开展了编码激励超声成像技术研究，在维持较好成像分辨率的同时，提高了超声穿透深度，并实际开发了电子系统和软件以完成相关的成像测试。项目已经按计划完成了IVUS开放式硬件平台的样机搭建，进行了成像测试以及数据分析，并完成算法开发，实现了预期的研究目标。研究内容得到了业内专家的认可，已在国际知名期刊发表SCI论文10篇，中文期刊2篇。申请发明专利3项，培养硕士研究生3名。.由于本项目发表多篇SCI检索文章以及多项发明专利，受到了多家领域内公司的合作邀请，经过访问公司实地考察以及方案论证可行性，最终与天津恒宇医疗科技有限公司达成合作意向并签署300万元的正式合同，用于血管内超声相关技术的产业化技术开发。本项目的研究成果为血管内成像技术提供新手段，为相关仪器的国产化开发奠定了坚实的基础。