美研发出可提供心脏和血管内部 3D 影像的微型芯片

译自：2014 年2月20日【美国】《佐治亚理工学院研究新闻》 
编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心  董立阳

    研究人员开发出一项基于导管的设备技术，可以提供实时的心脏、冠脉和血管内部的三维影像。这一新装置可以指导医生更好地对心脏实施手术，并允许在不进行重大手术的情况下清理患者堵塞的血管。 

    设备在单一的 1.4 毫米的硅片上集合了超声波集能器与处理电子。基于芯片的信号处理允许将设备上的超过一百个元素仅用13个微小的电缆进行传输，其在迂回的血管中可轻易移动。 

    设备制造出的直接观看的图像会比横截面超声波提供更多的信息。研究人员已经开发并测试了原型，能以每秒钟60个图片的形式提供图像数据。下一步研究者将开始动物试验，并促成该仪器的商业化。 

    “我们的仪器允许医生看到他们面前的血管里的所有信息”，佐治亚理工大学机械工程专业教授F*拉番特*德各特肯说，“这会为医生提供信号，他们可以看到堵塞的血管里面的堵塞物。这极有可能减少清理这些血管时必须进行手术的数量。” 

    该研究的细节于2014年2月份刊发在《EEE 超声波、电铁体和变频调速控制交易》上。国立卫生研究院下属的国家生物医学影像和生物医学工程院主导了这一仪器的开发。 

    “如果你是一名医生，想要知道血管和心脏里面的动态，但是今天多数用于这一用途的仪器都只能提供横截面图像”，德各特肯解释说 “比如，你有一条血管完全堵塞了，你需要一个系统告诉你是什么，你需要看到前面、后面以及侧面。现在基本还无法获得这种信息”。

    这一芯片设备将电容性的微处理超声波传感器（CMUT）与前端的 CMOS电子技术结合，提供了三维的血管内超声波（IVUS）以及血管内回波描记术（ICE）图像。 

    这一双线线束包括56个超声波传导元素和48个接收元素。当进行组装时，这一油炸圈形状的线束直径仅只有1.5毫米，一个430微米直径的中心孔容纳导
线。线束上的节能电路在不需要时关闭传感器，让这一仪器只需要20毫瓦的能量可以运行，降低了在体内产生的热量。超声波传感器以20兆赫的频率运行。 

    图像仪器在血管内运转，能够比在体外的仪器提供更高分辨率的图像，因为它们是在更高的频率上运行的。但是在血管里运行要求仪器要足够小、足够灵活，才可以在循环系统里游荡。它们也必须能够在血液里运行。 

    这就要求大量的元素能够传输和接收超声波信息，来自外部处理设备的传输数据要求许多线缆连接，有可能限制在体内追踪仪器的能力。 

    德各特肯和他的合作伙伴强调，挑战在于将这些元素缩小并在这个探测仪上进行一些处理，从而允许他们能够用13条线缆可以得到他们认为在医学上可用的图像。 

    "你尽可能想使用最紧密、最灵活的导管，”德各特肯解释说“如果不把电子元件和图像线缆放在同一个芯片中，我们无法做到这一点”。 

    根据他们的原型，研究人员期待在动物身上进行试验，来展示这一仪器的潜在应用场景。他们最终希望向一家现有的医学诊断事务所许可使用这项技术，从而开展必须的医学试验，以取得FDA批准。 

    未来，德各特肯希望开发一款仪器，可以指导在磁共振成像（MRI）下的心脏手术。其他计划包括进一步降低这一仪器的体积，把它放在一个400微米直径的导管里。 

    除了德各特肯，研究团队还包括来自佐治亚理工电子和电脑工程系的教授杰弗瑞*哈斯勒，来自伊斯坦布尔技术大学的教授穆斯塔法*卡拉曼，伍德如夫机械工程大学的博士后研究员高科*顾润和杰米*萨候瑞，近期的佐治亚理工电子和电脑工程系毕业生托比*徐和萨普*赛特。 

    这一研究获得了国立卫生研究院下属的国家生物医学影像和生物医学工程院的支持。