新型三維乳腺超聲層析成像設備
目前醫學影像設備行業正處于快速增長時期,尤其是乳腺癌篩查影像設備,預期市場規模數百億。本項目屬于生物醫學超聲學中的超聲層析成像技術領域。
乳腺癌已經是全球發病率最高的癌癥,其早期篩查成像至關重要。現有的主要篩查成像方法有:乳腺X線攝影(乳腺鉬靶)、乳腺超聲和乳腺核磁,但現有方法均存在不足。首先,乳腺鉬靶可獲得高分辨率的乳腺二維投影圖像,但是其圖像中可疑組織會與乳腺組織相互重疊,尤其對于乳腺含量較高的致密乳房,很難有效篩查;第二,乳腺超聲可以獲得乳腺的斷層圖像序列,從而避免可疑組織與乳腺組織的相互重疊,但是其圖像質量欠佳,且嚴重依賴醫生技術;第三,乳腺核磁可提供乳房的三維圖像,但其不僅比較笨重,而且價格非常昂貴,不適用于大規模早期篩查。
針對現有乳腺超聲技術的局限性,新型乳腺超聲層析成像可自動獲取高分辨率的三維乳腺圖像。該技術采用超大孔徑環陣探頭,實現360度全向聚焦合成孔徑成像,從而獲得超高分辨率反射圖像;同時,乳腺超聲層析成像設備通過自動機械移動環陣探頭,實現自動化的乳腺三維成像,降低了對操作醫生技術水平的依賴性。此外,該技術還能利用透射波的傳播時間及強度,重建定量的聲波傳播速度分布圖像和聲波衰減分布圖像。
本項目的成果是一款創新型三維乳腺超聲層析成像設備,該設備作為新型乳腺癌篩查工具,能夠自動獲取三維高分辨率乳腺圖像。核心技術成像流程如下:首先,受檢者需平臥在床上,使乳房通過床上的一個開口自然下垂,浸入開口下方的水箱中,并由環形超聲換能器陣列包圍乳房,通過多通道收發前端和多路復用器,依次控制各超聲換能器發出聲波,同時其他換能器接收回波和透過波信號。核心技術借助超大孔徑環陣探頭顯著提升傳統超聲圖像質量,利用透過波聲速信息解決相位誤差問題,結合機械移動自動獲取三維圖像,并輸出最終篩查結果。該設備的主要客戶群體包括各級醫院、醫療體檢機構和第三方醫學影像中心。
目前該項目在持續研發完善中,截至2022年,該技術已經完成了關鍵核心技術包括環陣超聲換能器、128通道多路收發前端、2048通道多路復用器和成像算法(如圖)。
北京航空航天大學
2023-03-24