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超声探头,在影像世界焕发“超”能量,共话超声时代未来

2024.07.09

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医疗影像领域,超声探头作为超声诊断仪的核心部件,其技术进步不仅推动了医疗影像设备的发展,在临床诊断和治疗中更发挥着至关重要的作用。本篇研报将深入探讨超声探头的行业现状、技术突破、市场分析以及未来的发展趋势,为关注医疗健康领域的读者提供全面而深入的行业洞察。



01

超声探头的定义与工作原理



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图1.超声探头(资料来源:公开资料)。

超声探头(ultrasonic probe)是超声诊断仪最核心的部位,既能将电信号变换为超声信号,又能将超声信号变换为电信号,具有超声发射和接受双重功能。其主要通过超声回波实现对目标器官组织的双重检查,对人体无创伤电磁辐射

超声诊断仪通过探头产生入射超声波(发射波)和接收反射超声波(回波),高频电能激励探头中的晶体产生机械振动,反射超声波的机械振动又通过探头转换为电脉冲。这一过程中,超声探头利用压电效应,即晶体在受力变形时产生电压,或在电场作用下引起形变,从而实现电能和声能的转换。




02

超声探头的组成及特性



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图2.超声探头的组成(资料来源:公开资料、华医资本)。

不同的超声探头结构略有差异,但基本组件包括压电晶片、垫衬吸声材料、阻尼块、外壳、斜锲(保护层)和电缆。压电晶片是超声探头的核心元件,决定探头性能和超声成像质量。

探头特性包括使用特性和声学特性。使用特性涵盖工作频率、频带宽度、灵敏度和分辨能力等;声学特性则涉及频率特性、换能特性、暂态特性、辐射特性和吸收特性。



03

超声探头的技术发展


压电材料技术

压电材料是超声探头换能器的核心部分。压电材料的优劣直接影响探头性能。当前广泛应用的压电材料包括压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料等。其中,压电陶瓷因其高转换效率和机械强度等优势,被广泛应用于临床。

MEMS结构技术

微机电系统(MEMS)技术的发展推动了新型微加工超声换能器(MUT)的出现,主要包括电容式cMUT和压电式pMUT。MUT通过微薄膜的弯曲振动发射和接收超声波,克服了传统换能器的性能限制,特别是在工作频率和声阻抗匹配方面的优势。




04

超声探头的分类及临床应用



超声探头可以按波束控制方式、换能器振元数目、集合形状、诊断部位和应用方式等进行分类。常见的探头类型包括线阵探头、凸阵探头、环阵探头和相控阵探头等。

超声探头广泛应用于妇产科、心血管内科、消化科、骨关节科、五官科、胸外科、肿瘤科等领域。超声波诊断因其无创伤、实时性好、显像清晰等优点,成为临床医学中不可或缺的诊断方法。


05

超声探头的市场分析



全球市场

近年来,全球医用超声诊断设备市场稳步发展。根据统计,超声设备市场规模预计到2024年为93.9亿美元,预计到2029年将达到123.6亿美元,在预测期内(2024-2029年)复合年增长率为5.66%。全球市场主要被医疗器械龙头企业所垄断,通用电气、飞利浦、西门子等公司占据主要市场份额,其他一些中小企业则主要集中在低端市场。

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图3.超声探头市场规模(资料来源:Mordor Intelligence)。

中国市场

我国超声诊断设备行业起步较晚,但发展迅速,已成为世界第三大彩超市场。2021年中国超声诊断设备市场规模达101亿元。随着基层医疗需求的释放和设备国产化浪潮的推进,中国超声探头市场也迎来了巨大的发展机遇。目前国内高端探头市场仍由GPS三巨头主导,但国内企业正在逐步缩小与国际先进水平的差距,特别是在材料和工艺上的创新,为未来的市场拓展提供了有力支持。




06

未来发展趋势



小型化

掌上超声设备的出现使得超声设备更加便携和集成,未来掌上超声设备对探头性能要求将更高,以确保在便携性的基础上仍能提供高质量的成像效果。随着cMUT和pMUT技术的发展,超声探头将逐渐向小型化和高集成度方向发展。这种趋势不仅提升了超声设备的便携性和使用方便性,也拓展了超声设备在急诊、床旁检查、野外救援等场景的应用。

三维实时动态成像

三维超声成像技术通过获取更多的空间信息,使得图像更加直观和立体。与传统的二维超声成像相比,三维超声能够更精确地获得容积和面积等参数,缩短诊断时间,并减少人为因素的干扰。未来,随着计算机技术和图像处理技术的进步,三维实时动态成像将在超声诊断中发挥更为重要的作用,为医生提供更加全面和准确的诊断信息。

高频探头

高频超声成像具有更高的分辨率,能够显示细微的解剖结构和病变情况。高频探头在皮肤科、眼科、口腔科等细微浅表组织结构系统的诊断中有着广泛的应用。未来,随着高频探头技术的不断发展,超高频超声将在更多医学领域得到应用,例如神经科、乳腺科等,以提高医学诊断的精确性和可靠性。

造影剂成像技术

超声造影成像通过检测造影剂的信号,显著增强了血流信号,使得微小血管的血流动态可以被检测到。目前,超声造影技术已经广泛应用于肝脏、乳腺、肾脏等器官的诊断。未来,随着造影剂成像技术的进一步发展,其应用范围将进一步拓宽,不仅限于器官的结构诊断,还将用于功能评估和病变性质的鉴别诊断。

弹性成像技术

超声弹性成像通过评估组织的硬度或弹性,帮助医生发现硬度异常的组织,这在肿瘤的检测中尤为重要。超声弹性成像具有准确、无创、可重复操作等优势,广泛用于乳腺、肝脏、甲状腺等疾病的检查。未来,随着弹性成像技术的进步,其应用将更加广泛和深入,特别是在肿瘤筛查和治疗效果评估中,将发挥更为重要的作用。


07

结语



伴随着超声探头行业的技术发展,挑战与机遇并存。首先,技术门槛高,研发成本大。超声探头涉及材料科学、电子工程和医学影像等多个学科,技术研发需要大量的投入和长时间的积累。其次,市场竞争激烈,尤其是在高端市场,国际巨头的品牌和技术优势显著,国产品牌面临较大的竞争压力。超声探头的质量和性能直接关系到医疗诊断的准确性和安全性,对产品的可靠性和稳定性要求极高。

但是不可忽略的是,随着医疗技术的发展和人们健康意识的提高,超声诊断设备的市场需求不断增加,为超声探头行业的发展提供了广阔空间。国内政策支持力度的加大也为国内企业的发展创造了良好环境。此外,技术创新和应用拓展为超声探头行业带来了新的增长点,如掌上超声、三维成像和弹性成像等新技术的应用,将进一步提升超声探头的市场竞争力。


















































































来源:华医研究院

作者:徐萌

编辑:杨见星







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