具有造影功能的国产便携式超声诊断仪的研发

Although our application of contrast-enhanced ultrasound is in the international advanced level in the clinical research of cancer and other major diseases, our group alone published34 SCI papers , got the 11 national patents, there is a significant gap compared with developed countries in research and development of ultrasound imaging diagnostic apparatus, and it costs more than 3 billion to purchase related imported equipment each year. The fundamental reason is that our country does not grasp the core technology of ultrasound contrast imaging, and faces a number of patents and technical barriers, can not produce ultrasonic imaging diagnosis apparatus with independent property rights. For the above reasons, our group will research on the basis of high-performance ultrasound transducer and front-end circuit with miniaturized hardware facilities to develop multi-beam synthesis techniques to improve scanning speed and efficiency of signal detection; for nonlinear ultrasonic and low mechanical index emission and signal processing methods to improve the sensitivity of ultrasound contrast image and duration; research and develop new hybrid multi-mode ultrasonic imaging method, as well as perfusion imaging of small blood vessels and vascular testing imaging; research and develop a contrast image enhancement method to weaken fuzzy image caused by organ motion and improve the image contrast and spatial resolutions, while improve the accuracy of the data processing and analysis, and finally get the completion of the portable ultrasound imaging equipment that can be applied to clinical examination.

尽管我国应用超声造影在肿瘤等重大疾病临床研究方面处于国际领先水平，仅本课题组发表相关SCI 论文34 篇，获国家专利11 项，但在超声造影诊断仪的研发方面与发达国家相比差距明显，每年需耗资30 多亿元购买相关进口仪器。其根本原因是我国没有掌握超声造影成像的核心技术，并面临众多专利和技术壁垒，不能生产出具有自主产权的超声造影诊断仪器。针对以上原因，本课题组将在研究硬件设施小型化的高性能超声换能器和前端电路基础上，开发多波束合成技术，提高扫描速度及信号探测效率；针对非线性超声及低机械指数发射方法与信号处理方法，提高超声造影图像灵敏度和持续时间；研究与开发新型的混合型多模式超声造影方法，同时进行小血管灌注成像和大血管检测成像；研究与开发一种造影图像增强方法，以减弱器官运动带来的图像模糊，提高图像对比分辨率和空间分辨率，同时提高数据后处理分析的精确度，最终完成可应用于临床检查的便携式超声造影仪器。

本课题将超声影像领域的重要技术进展-超声造影拓展到便携式超声诊断设备，为急诊、床旁病人和灾难事件批量伤员的及时就诊提高可靠的影像检查方法。在便携式超声造影成像关键技术研发方面取得了一些突破性进展，如高集成度的发射器件、接收器件，使有限的电路空间布局合理；增加电路的鲁棒性，减弱小空间里来自电源、CPU、键盘等的干扰；尝试新的散热技术，合理的设计风路来回避元器件温度过高的风险；采用了高集成度的设计，将128个物理通道集成到一块板上，有效减小整机的体积；提取造影剂微泡共振时产生的强非线性成分成像，设计了多个幅度和相位不同的发射波形，依次接收各个回波，利用脉冲偏移调制基波的方法提取回波中的非线性成分；应用多波束技术，在同样接收扫描密度下，大大降低了发射次数，可有效减少对造影剂微泡的破坏，延长造影信号的可检测时间等。在临床综合评价中，对于肿瘤、心脏、血管和创伤动物以及患者进行样机造影功能验证，结果显示其性能优良，完全满足临床需求，超声造影图像质量、造影定量分析方法可以和国际相应一流产品媲美。正应为如此，根据该项研究结果拓展的具有造影功能的便携式超声诊断仪具有很好的市场前景，去年在北美、欧洲、亚太、拉美、中东、非洲销售237台、在国内总装机645台，取得了良好的社会效益和经济效益。该项目完成了原计划的各项技术指标、同时临床综合评价也表现出良好的技术性能，申请发明专利5项、其中国际专利4项；发表论文8篇，其中SCI论文5篇。其研究成果填补了我国在该领域的空白、部分技术具有自主知识产权，对于提高国产便携式超声诊断仪的国际竞争力具有十分重要的意义，同时对国产超声仪器的研发也起到了很好的推动和促进作用。