機械式血管內超聲探頭研究
發(fā)布時間：2021-06-23 05:34
心血管疾病作為人類健康的三大“殺手”之一,是目前死亡率最高的疾病。而冠心病即冠狀動脈粥樣硬化是常見的心血管疾病之一。冠心病的主要發(fā)病原因是由于易損性斑塊的破裂造成的,因此盡早地對其做出檢測是預防和治療的重要手段。目前臨床上常用的介入式檢測手段為血管內超聲即IVUS。但是由于血管內超聲探頭存在不均勻旋轉偽像,使得成像質量下降,增加了疾病診斷的難度。不均勻旋轉的現(xiàn)象是由于外部驅動通過柔性軸在進行長距離傳輸時與管壁發(fā)生摩擦而導致的。為解決這一問題,本論文研究了一種微型壓電馬達,將其置于血管內超聲探頭的前端直接進行驅動,可以從原理上避免不均勻旋轉的產生。選用直徑1mm的壓電陶瓷管作為電機的主體部分設計電機模型,利用com-sol 對其進行有限元的仿真,分析壓電陶瓷管的靜態(tài)特性和動態(tài)特性,研究陶瓷管的長度、厚度等參數(shù)對其性能的影響,從而選擇合適的參數(shù)。電機組裝完成后,利用激光位移傳感器對其進行速度與穩(wěn)定性的測試。最后,將電機與超聲換能器組裝,進行掃描測試實驗,以檢測探頭的成像性能,驗證壓電馬達前置的可行性。經過有限元的優(yōu)化分析,組裝了一直徑為1mm,總長度為10mm的微型壓電馬達。該電機在20V...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２動脈粥樣硬化檢測方式??１．２．１非介入式檢測手段??
?＼??Ｂｒｔｒ＾?Ｆａｉｒｗｅ＾??Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?一＾?＾?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?＂Ａ?＾????二籲Ｖ?１?Ｓｃａｎｎｉｎｇ??Ｆｗｅｄ??｜?Ｊｆｔｔｅｒｌｗｅｎｃｏ?＊?＾?＇１?０?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｉｗｅｒｔｅｒｅｎｃｃ?８?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ??；！?ｍｉｒｒｏｒ?ｓｔｇｎａ！?ｍ，ｒｒｏｒ?????Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｉ?ｊ?Ａｎ＾ｉｉｆｔｅｒ：?｜?ｉ?一，．?｜?｜??°ａｐｍ?Ｃｔ＊ｓａｌ?Ｉｒｅｑｕｅｎｃｙ?＜?ｖ）??圖１．３光學相關斷層掃描檢測原理??１９９１年由Ｆｕｊｉｍｏｔｏ命名的，是一項相對較新的檢測技術，最早商用的探頭是Ｍ２??時域ＯＣＴ成像系統(tǒng)，其成像速度較慢，能達到２０ｆｐｓ。為了提高成像的速度，后??又發(fā)明了頻域ＯＣＴ成像系統(tǒng)，成像速度大幅提升，能達到２００ｆｐｓ。ＯＣＴ臨床應??用通常用于冠狀動脈粥樣硬化檢測、冠狀動脈介入治療。ＯＣＴ的兩個重要參數(shù)：??一個是探頭的外徑大小，另一個是成像速度的快慢。與血管內超聲換能器類似，??端部的外徑與柔性軸的外徑分別決定了所能檢測的損傷大小與導管的直徑大校??ＯＣＴ的主要優(yōu)點是其軸向分辨率１０－２０ｐｍ，徑向分辨率能達到２０嘩，成像精度??遠遠高于其他的檢測手段；成像速度快＞ｌ〇〇ｆｐｓ，缺點：成像深度小，ｌ－２ｍｎｉ；相??比較于ＩＶＵＳ，組織檢測缺乏可靠性；另外ＯＣＴ檢測時需要利用沖洗劑將腔內??具有散射性的血液暫時清洗干凈，這可能會對人體產生損傷。此外，由于技術新??穎，目前臨床上ＯＣＴ沒有被廣泛使用，缺乏一定的實用性，安全性以及相應的??診斷標準，不過隨著人們對高分辨率檢測需求的提升，ＯＣＴ未
??有許多問題有待解決，比如：探頭的尺寸設計、探頭的安全性、經濟性等等，缺??乏一定的實用性。??對比非介入式與介入式檢測手段可以看出，介入式的精度要遠高于非介入??式的檢測手段。而在介入式的檢測方法中，血管內超聲作為目前臨床使用較多的??診斷的手段，在穩(wěn)定性，安全性方面具有一定的優(yōu)勢，因此選用ＩＶＵＳ作為研宄??對象。ＩＶＵＳ主要分為三個部分１１８］：?ＩＶＵＳ探頭、成像主機、導管回撤系統(tǒng)。我??們研究的主要是ＩＶＵＳ探頭部分。目前市面上商用的ＩＶＵＳ探頭主要有兩種形式，??如圖１．４所示：一種是相控陣列式，其在探頭的端部圓周方向排列了多個超聲換??能器陣列，而非單個換能器，一般是６４單元。通過控制每個換能器的延遲激勵??時間可以得到環(huán)狀掃描的結果；另一種是機械旋轉式，由外部的驅動部分帶動??柔性軸轉動，從而帶動探頭前端的超聲換能器以１８００ｒｐｍ的速度旋轉進行掃描。??機械式和相控陣列式各自的優(yōu)缺點如下表１．１所示。考慮到制造工藝以及更高的??成像分辨率，我們選擇機械旋轉式進行研宄。??圖１．４兩種常見血管內超聲探頭：Ａ為機械旋轉式探頭，Ｂ為相控陣列式探頭??表１．１機械式與陣列式比較??｜相控陣列式?丨機械式??優(yōu)點成像穩(wěn)定，無需保護鞘，可精度高，結構簡單??與血液直接接觸???缺點精度較低，加工工藝復雜，控掃描時需要保護鞘，需要液??｜制復雜?｜體耦合???７??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]《超聲電機技術與應用》[J]. 趙淳生. 壓電與聲光. 2009(01)
博士論文
[1]壓電管式復合驅動器及其應用研究[D]. 馬玉婷.中國科學技術大學 2011
碩士論文
[1]基于螺旋電極扭轉驅動器的沖擊式旋轉壓電馬達[D]. 韓文香.中國科學技術大學 2009
本文編號：3244337
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２動脈粥樣硬化檢測方式??１．２．１非介入式檢測手段??
?＼??Ｂｒｔｒ＾?Ｆａｉｒｗｅ＾??Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?一＾?＾?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?＂Ａ?＾????二籲Ｖ?１?Ｓｃａｎｎｉｎｇ??Ｆｗｅｄ??｜?Ｊｆｔｔｅｒｌｗｅｎｃｏ?＊?＾?＇１?０?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｉｗｅｒｔｅｒｅｎｃｃ?８?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ??；！?ｍｉｒｒｏｒ?ｓｔｇｎａ！?ｍ，ｒｒｏｒ?????Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｉ?ｊ?Ａｎ＾ｉｉｆｔｅｒ：?｜?ｉ?一，．?｜?｜??°ａｐｍ?Ｃｔ＊ｓａｌ?Ｉｒｅｑｕｅｎｃｙ?＜?ｖ）??圖１．３光學相關斷層掃描檢測原理??１９９１年由Ｆｕｊｉｍｏｔｏ命名的，是一項相對較新的檢測技術，最早商用的探頭是Ｍ２??時域ＯＣＴ成像系統(tǒng)，其成像速度較慢，能達到２０ｆｐｓ。為了提高成像的速度，后??又發(fā)明了頻域ＯＣＴ成像系統(tǒng)，成像速度大幅提升，能達到２００ｆｐｓ。ＯＣＴ臨床應??用通常用于冠狀動脈粥樣硬化檢測、冠狀動脈介入治療。ＯＣＴ的兩個重要參數(shù)：??一個是探頭的外徑大小，另一個是成像速度的快慢。與血管內超聲換能器類似，??端部的外徑與柔性軸的外徑分別決定了所能檢測的損傷大小與導管的直徑大校??ＯＣＴ的主要優(yōu)點是其軸向分辨率１０－２０ｐｍ，徑向分辨率能達到２０嘩，成像精度??遠遠高于其他的檢測手段；成像速度快＞ｌ〇〇ｆｐｓ，缺點：成像深度小，ｌ－２ｍｎｉ；相??比較于ＩＶＵＳ，組織檢測缺乏可靠性；另外ＯＣＴ檢測時需要利用沖洗劑將腔內??具有散射性的血液暫時清洗干凈，這可能會對人體產生損傷。此外，由于技術新??穎，目前臨床上ＯＣＴ沒有被廣泛使用，缺乏一定的實用性，安全性以及相應的??診斷標準，不過隨著人們對高分辨率檢測需求的提升，ＯＣＴ未
??有許多問題有待解決，比如：探頭的尺寸設計、探頭的安全性、經濟性等等，缺??乏一定的實用性。??對比非介入式與介入式檢測手段可以看出，介入式的精度要遠高于非介入??式的檢測手段。而在介入式的檢測方法中，血管內超聲作為目前臨床使用較多的??診斷的手段，在穩(wěn)定性，安全性方面具有一定的優(yōu)勢，因此選用ＩＶＵＳ作為研宄??對象。ＩＶＵＳ主要分為三個部分１１８］：?ＩＶＵＳ探頭、成像主機、導管回撤系統(tǒng)。我??們研究的主要是ＩＶＵＳ探頭部分。目前市面上商用的ＩＶＵＳ探頭主要有兩種形式，??如圖１．４所示：一種是相控陣列式，其在探頭的端部圓周方向排列了多個超聲換??能器陣列，而非單個換能器，一般是６４單元。通過控制每個換能器的延遲激勵??時間可以得到環(huán)狀掃描的結果；另一種是機械旋轉式，由外部的驅動部分帶動??柔性軸轉動，從而帶動探頭前端的超聲換能器以１８００ｒｐｍ的速度旋轉進行掃描。??機械式和相控陣列式各自的優(yōu)缺點如下表１．１所示。考慮到制造工藝以及更高的??成像分辨率，我們選擇機械旋轉式進行研宄。??圖１．４兩種常見血管內超聲探頭：Ａ為機械旋轉式探頭，Ｂ為相控陣列式探頭??表１．１機械式與陣列式比較??｜相控陣列式?丨機械式??優(yōu)點成像穩(wěn)定，無需保護鞘，可精度高，結構簡單??與血液直接接觸???缺點精度較低，加工工藝復雜，控掃描時需要保護鞘，需要液??｜制復雜?｜體耦合???７??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]《超聲電機技術與應用》[J]. 趙淳生. 壓電與聲光. 2009(01)
博士論文
[1]壓電管式復合驅動器及其應用研究[D]. 馬玉婷.中國科學技術大學 2011
碩士論文
[1]基于螺旋電極扭轉驅動器的沖擊式旋轉壓電馬達[D]. 韓文香.中國科學技術大學 2009
本文編號：3244337
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