基于光声换能器的超大带宽、高分辨率全光学血管内超声成像
2023-09-02 15:56:16 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这项研究工作展示了一种超大带宽、高分辨率的AO-IVUS成像技术，优于最先进的商用IVUS系统。血管内导管和成像系统的设计与实现通过目标模型进行了表征，并在离体血管中得到了验证，可提供临床级解剖血管形态和支架结构图像。
血管内超声（IVUS）成像系统在心血管疾病的评估中发挥着积极的作用，近三十年来一直是心导管实验室的重要仪器。传统的IVUS使用PZT压电换能器来发射和接收超声波，然而，传统压电换能器的带宽有限，在不影响成像深度的情况下实现高分辨率、大带宽仍然是一个挑战。
据麦姆斯咨询报道，近期，北京航空航天大学生物与医学工程学院的樊瑜波教授、王璞教授团队联合中国人民解放军总医院顾瑛教授等研究人员提出一种全光学血管内超声（AO-IVUS）成像系统，该系统利用皮秒激光脉冲激励碳纳米复合材料实现超声激发，利用π相移光纤布拉格光栅进行超声检测，能够获得传统技术无法实现的超大带宽（147%）和高分辨率（18.6 μm）血管内超声成像。相关研究成果近期发表于Science Advances期刊。
超大带宽AO-IVUS概念图示
这项研究展示了一种具有超大带宽的全光学超声成像系统AO-IVUS，以及为实现高分辨率血管内成像而优化设计的光声换能器。利用皮秒激光脉冲激励超薄聚多壁纳米碳管和甲基丙烯酸甲酯（MWCNT-PMMA）复合材料进行光声激发，产生超大带宽超声。同时，利用π相移光纤布拉格光栅（π-FBG）传感器实现了超大带宽的超声检测。AO-IVUS成像系统实现了18.6 μm的轴向分辨率、124 μm的横向分辨率和7 μm的成像深度。
AO-IVUS成像系统及导管
AO-IVUS成像系统的成像性能通过亚分辨率目标模型得到了验证，并通过兔髂动脉、猪冠状动脉和安装了药物洗脱金属支架（DES）的兔髂动脉血管的2D/3D成像进行了试验评估。结果表明，AO-IVUS成像系统展示出了离体血管的高分辨率成像，在描绘血管结构细节方面比商用IVUS成像系统更有优势，具有非常大的临床应用潜力。
AO-IVUS成像系统的表征
使用AO-IVUS和商用IVUS观察离体血管成像
总之，这项研究工作展示了一种超大带宽、高分辨率的AO-IVUS成像技术，其轴向分辨率为18.6 μm，横向分辨率为124 μm，优于最先进的商用IVUS系统。血管内导管和成像系统的设计与实现通过目标模型进行了表征，并在离体血管中得到了验证，可提供临床级解剖血管形态和支架结构图像。这一概念为全光学超声技术的临床应用和下一代IVUS成像技术的商业化带来了巨大的潜力。
论文信息：DOI: 10.1126/sciadv.adg8600
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