【摘要】：基于導(dǎo)管的血管內(nèi)超聲(Intravascular Ultrasound,IVUS)是一種微創(chuàng)的導(dǎo)管介入技術(shù),能有效評估血管的狹窄程度及其管壁形態(tài)。商用的IVUS將細長的超聲導(dǎo)管插入冠狀動脈,通過機械旋轉(zhuǎn)獲取血管壁的剖面圖,實現(xiàn)血管壁病變的實時檢測。然而,現(xiàn)有的機械式旋轉(zhuǎn)IVUS導(dǎo)管工作方式采用外置馬達結(jié)合長距離的柔性驅(qū)動軸的方式實現(xiàn)對血管壁的圓周掃查。當(dāng)導(dǎo)管通過長的彎曲血管段時,柔性驅(qū)動軸會與導(dǎo)管內(nèi)壁發(fā)生摩擦,造成圖像的不均勻旋轉(zhuǎn)扭曲(Non-uniform Rotational Distortion,NURD)。針對這個問題最為有效的方法是使用微型內(nèi)置馬取代外置馬達驅(qū)動超聲換能器或微型反射鏡。這種方式避免了長距離的力矩傳輸,直接將微型馬達集成在導(dǎo)管的前端,從理論上消除了驅(qū)動軸與導(dǎo)管內(nèi)壁摩擦造成的不均勻旋轉(zhuǎn)扭曲。在本文中,我們設(shè)計并研制了一種基于內(nèi)置微型馬達的血管內(nèi)超聲導(dǎo)管,并對這種超聲導(dǎo)管的各個部件進行了研究。研制的新型成像導(dǎo)管的驅(qū)動馬達,直徑為1.2 mm,長度為3.7 mm,能保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。為了提高高頻換能器的性能,本文使用性能優(yōu)異的0.5 mm×0.5 mm、厚度為24μm的PMN-PT 1-3復(fù)合材料研制高頻超聲換能器,發(fā)射并接收超聲波信號。同時,對導(dǎo)管材質(zhì)做了初步的研究,選取一種對高頻超聲衰減小的材料作為透聲管。為了測試微型馬達各方面的性能,使用幀頻為400 fps的高速攝像機拍攝馬達的瞬時轉(zhuǎn)動情況,并對馬達在方波與正弦波兩種驅(qū)動模式下的性能進行比較分析。結(jié)果表明,方波驅(qū)動下,其最大轉(zhuǎn)速為167 RPS,轉(zhuǎn)動力矩為1.23μNm,最大負載為0.1 g,最大轉(zhuǎn)動誤差為22°,該轉(zhuǎn)動誤差會造成較強的圖像扭曲。正弦波驅(qū)動時,馬達的最大轉(zhuǎn)速為275 RPS,轉(zhuǎn)動力矩為2.79μNm,最大轉(zhuǎn)動誤差僅7°。因此,正弦波驅(qū)動為馬達的最佳驅(qū)動方式。本文對高頻換能器的性能進行了表征,結(jié)果顯示,換能器的-6 dB帶寬為72%,中心頻率為34 MHz,中心頻率附近的靈敏度為14 dB,回波幅值達到1530 mV。本文完成了微型馬達內(nèi)置型血管內(nèi)超聲導(dǎo)管的集成,將研制的微型馬達、換能器、導(dǎo)管等集成在一起,集成后導(dǎo)管直徑為2 mm。搭建了基于內(nèi)置馬達的超聲成像導(dǎo)管的數(shù)據(jù)采集平臺,完成了成像算法的編寫,并使用線靶與離體豬血管對導(dǎo)管的成像性能進行了評估。成像實驗結(jié)果顯示,正弦波驅(qū)動情況下,導(dǎo)管能清晰分辨線靶的位置、距離、數(shù)量等信息,清晰識別血管的輪廓與結(jié)構(gòu)。通過線靶成像結(jié)果求得高頻超聲換能器的軸向與橫向分辨率分別為92μm與135μm,具有較高的分辨率。實驗結(jié)果表明基于內(nèi)置微型馬達的IVUS導(dǎo)管有望解決現(xiàn)有成像導(dǎo)管在彎曲血管段不均勻旋轉(zhuǎn)而造成圖像扭曲的問題。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB559
【圖文】：

第 1 章 緒論.1 動脈粥樣硬化隨著生活水平的提高與生活作息的不規(guī)律，心血管疾病已成為威脅人類生命的高病之一[1]。其中，動脈粥樣硬化是心血管疾病中最為常見的一類。人體的動脈血管管內(nèi)層、血管中層和動脈外膜三層構(gòu)成。當(dāng)內(nèi)膜上形成脂質(zhì)斑塊時，會逐漸發(fā)展成質(zhì)為核心的纖維斑塊。若纖維斑塊由薄膜構(gòu)成，易導(dǎo)致斑塊破裂，會造成整個動脈變窄或完全堵塞，從而造成動脈粥樣硬化[2]，這種斑塊稱之為易損斑塊（Thin-ibroatheroma，TCFA），斑塊形成過程由圖 1.1 闡述[3]。TCFA 是造成心肌梗死和中風(fēng)要原因[4]。已有的研究表明薄帽纖維粥樣硬化占據(jù)了心臟猝死情況的 80%[5]。因何在早期檢測出造成冠狀動脈粥樣硬化的易損斑塊，并在臨床介入中進行有效的診估，具有十分重要的意義。

基于內(nèi)置微型馬達的血管內(nèi)超聲（IVUS）導(dǎo)管的設(shè)計及研制光源波長為 1325 nm，并使用集成導(dǎo)管對多組人體離體動脈血管進行分析，在 IVUS 保證穿透深度的同時，OCT 能識別 70~150 μm 的纖維薄帽[20]；2013 年，加利福利亞大學(xué)的 Jiawen Li 等人研制了直徑為 0.9 mm，長度為 1.5 mm 的集成 IVUS-OCT 成像導(dǎo)管，采用 PMN-PT 單晶制作了 45 MHz 的超聲換能器-6dB 帶寬 40%，并對豬的動脈血管做了實時成像，在觀察整個血管結(jié)構(gòu)的同時檢測到了斑塊的位置[21]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張欣釗;申英俊;趙國滿;;聚氨酯彈性體在水聲透聲材料中的應(yīng)用[J];橡塑資源利用;2008年01期

2 張輝;董蜀湘;張淑儀;王天華;張仲寧;范理;;1mm壓電陶瓷管式微型超聲馬達研究[J];自然科學(xué)進展;2005年12期

3 李振波,張琛,趙小林,楊春生;直徑1mm電磁型實用超微馬達的設(shè)計[J];儀器儀表學(xué)報;2000年02期

本文編號：2713661