超音波设备通常非常笨重,价格经常也上看数万至数十万美元,但现在透过加拿大英属哥伦比亚大学(UBC)科学家创造的新型超音波换能器(ultrasound transducer),未来这些医疗机器在价格及使用上都有望能更为平易近人。
一般来说,医用超音波设备的探头会使用压晶体管(piezoelectric crystals)形成的换能器,透过将电子脉冲激发的振动传送到体内,待振动抵达边界被弹回后再将讯号转换成电流,进而转换为影像呈现。
研究主要作者、UBC 的电机与电脑工程博士候选人 Carlos Gerardo 指出,用来测量震动的换能器通常使用刚性硅材料制成,而这需要昂贵、环境控制的制造过程,这阻碍了它们在超音波中的使用。
以电容式超音波换能器(CMUT)来说,虽然本身具有许多优点,但因为容易受到声学干扰,在组织穿透深度上也有限,在使用上具有许多局限性必须考虑,但 UBC 团队制造的 polyCMUT 原型则消除了这些问题。
“透过聚合物树脂的使用,我们得以使用最少量的设备来制造 polyCMUT,进而做到显著节省成本。”
在 2017 年底时,新创公司 Butterfly Network 曾推出一款超音波检测仪只需要 2,000 美元,而团队估计在 polyCMUT 的使用下,他们将能让制造成本降低到 100 美元左右。
不仅价格降低,在后续实验中,团队发现设备比起压晶体管产生的超音波图片更加清晰,同时在 OK 绷大小之下,搭载的设备可以非常灵活且需要的功率很小,这意味着它在医疗领域中有新的可能性,甚至可以内置到服装中。
“与刚性超音波探头不同,我们的换能器有被装在柔软材料中的潜力,可以缠绕在身体上以便更轻易的扫描并得出更详细的视野,而不会大幅增加成本。”
由于 polyCMUT 只需要 10 伏特即可运行,它将可以透过智能手机供电,对于在偏远地区或低功率场所使用非常适合。团队希望建立一套原型来探索新技术的各种潜在用途,然后进行临床测试。
共同作者 Robert Rohling 指出,换能器小型化后可以用来来观察动脉和静脉,“你可以将它们贴在胸前,在日常生活中对心脏进行持续监测。这开辟了许多不同的可能性。”
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(首图来源:UBC Media Relations Twitter)