项目来了 | 深圳团队给国产超声系统找“眼睛”

医学超声目前已成为我国使用最广泛的医学影像技术。其中，超声换能器是所有超声设备的核心，它可借助超声波让人体与机器实现沟通，被称为超声系统的“眼睛”。然而，高性能的超声换能器设计原理及制备工艺极其复杂，核心技术长期被国外垄断，成为我国高端医学超声设备制造的“卡脖子”问题。

△马腾（前排右一）及其团队

近日，深圳先进院医工所研究员马腾告诉深圳商报记者，其团队近期突破了多项关键核心技术，成功搭建起了功能齐全的超声换能器研发平台，向攻克“卡脖子”问题又近了一步。

小器件有大应用

新型超声换能器的设计和研制是马腾的研究重点之一。据他介绍，超声换能器又被称为超声探头，其核心组成部分是压电材料，该材料能够将电信号转换为机械振动，再以超声波的形式在介质中传播并发生反射，反射回的超声波被超声换能器接收，这时压电材料又反过来将接收到的机械振动转化为电信号，电信号再经过处理，就可以得到屏幕上显示的影像。

“简言之，在医用超声成像中，首先要向人体组织发射超声波，然后再接收包含了人体组织结构信息的反射回波，通过一系列的信号处理过程，最终获得可以直观观察的灰度和彩色图像。”马腾介绍道。

△超声内镜被认为是现阶段胰腺癌诊断的“金标准”（图片来自网络）

不过，超声换能器之所以成为“卡脖子”问题，其难点并不在于工作原理，而在其制作工艺。

马腾表示，在一定程度上，超声换能器的性能状况，直接决定着医用超声设备的性能。如今，医学超声系统的临床应用日趋广泛，已从基础的影像诊断延伸到精准介入治疗，再进一步拓展到超声神经调控等前沿科学领域。“器件虽小，但其承担的责任不轻。不仅是为医生提供诊疗设备，同时也给科研人员提供研究工具。”马腾表示。

助力攻克“癌中之王”

2018年，刚刚加入深圳先进院的马腾便承担起一项重要任务，负责国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目——“用于胰胆管病变研究的多模态声光融合内窥成像系统”项目。

据马腾介绍，该项目的主要目的是为胰腺癌科研提供一种强有力的影像学工具。被称为“癌中之王”的胰腺癌具有死亡率高、存活率低的特点，80%以上的胰腺癌患者在发现患病时往往已到晚期，并全身转移。

△胰腺癌位于腹腔深部，早期难以发现（图片来自网络）

胰腺癌难以在早期被发现，主要有两大原因：一是胰腺位于腹腔深部，传统影像学手段受限于成像深度对分辨率的影响，无法观察到早期肿瘤。二是缺乏能够有效抵近观察的在体影像学方法，限制了对胰腺癌发生发展过程的了解，因此难以实现早诊早治。

超声内镜是近些年发展起来的经消化道影像诊断设备，被认为是现阶段胰腺癌诊断的“金标准”。目前超声内镜市场的壁垒极高，90%以上的产品由日本公司制造，售价高昂且不开放数据接口，极大地阻碍了其他科研人员开展相关临床医学研究。

马腾负责的重大仪器项目不仅要打破这一技术壁垒，还要将超声探头的工作频率提升到50MHz以上，分辨率较传统超声内镜提升五倍。此外，团队还要将先进的光学成像和分子成像技术与超声成像融为一体，从结构、功能、分子等多角度对胰腺癌开展全方位的科学研究。

“高频超声换能器的制作原本就已很难，还要把光学、声学的多个器件融合到1毫米直径的导管上，从超声内镜钳道进入到胰管或胆管进行扫描成像，整个过程精密复杂。”马腾表示。

目前，马腾团队已与复旦大学附属肿瘤医院建立合作，深入了解一线医生在临床与基础研究中亟待解决的关键科学问题，为其临床早期诊断提供创新实用的诊疗工具。

（深圳商报供稿）

编辑 梁佳彤