【摘要】：心血管疾病已經(jīng)成為全球致死致殘率最高的疾病,每年有超過兩千萬的人死于心血管疾病。血管內超聲成像是一種內窺影像學工具,可以直觀的反映血管內部的組織及病變情況,該技術將超聲成像技術與導管介入技術相結合,不僅可以提供血管內管腔組織及斑塊的形態(tài)信息,而且可以提供詳細的組織結構性質特征,為臨床血管內疾病的診斷治療提供精確的影像學指導。本文闡述高頻超聲成像平臺及一種新型的超聲雙模換能器導管的的研究工作,并在該平臺的基礎上結合新型換能器導管開展一系列血管內成像實驗,得到血管內組織圖像和血管內同一層面及同一橫截面的血流流速分布圖,最后根據(jù)血流流速與血管內徑尺寸計算出實時的血流流量值。本課題開發(fā)的超聲成像平臺可以支持5-80MHz的雙通道高頻超聲成像,系統(tǒng)使用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)完成時序邏輯控制及信號處理,通過不同的數(shù)字信號處理邏輯算法開發(fā),實現(xiàn)系統(tǒng)平臺多模式成像的功能。研制的新型超聲換能器導管具有兩個超聲探頭,一個位于導管末端的側面,一個位于導管末端的前面。前視探頭實現(xiàn)多普勒成像,采集血管內血流流速信號,其工作中心頻率為23MHz;側視探頭實現(xiàn)灰度(B-mode)成像,采集血管內壁組織信號,其工作中心頻率為40MHz。成像系統(tǒng)及導管應用到血管仿體及血液仿體上進行數(shù)據(jù)采集,由脈動泵模擬人體心臟泵血功能產(chǎn)生脈動循環(huán)過程,然后設計不同的采集方式得到不同的血管內層面的血流數(shù)據(jù)及組織內壁數(shù)據(jù),同時采用超高分辨率小動物彩色多普勒超聲實時影像系統(tǒng)Vevo?2100進行血管外部數(shù)據(jù)采集,然后將兩個系統(tǒng)重建后的圖像數(shù)據(jù)結果進行對比,驗證了新開發(fā)的系統(tǒng)和導管的各項參數(shù)及其精確性滿足血管內超聲成像的要求,適用于不同成像模式的超聲內窺成像。隨著材料科學、電子技術及生產(chǎn)工藝的發(fā)展,超聲成像系統(tǒng)及內窺換能器導管的性能得到了很大的提升,血管內超聲成像技術的成像質量將會有相應的改善,其應用領域也將會更加廣泛。
【圖文】：

基于高頻超聲的血管內雙模成像方法研究的尺寸更小，導管可彎曲伸展性更好，能夠用安裝在換能器導管末端的微型探頭插入對可疑血管段進行二維組織成像。它不僅能可以通過組織平面分析和三維重建對病變大介入治療提供更加準確的參考[4]。IVUS 成，從而為選擇正確的治療策略提供可靠的依 IVUS 可用于介入手術后支架治療效果的評勻的展開并完全覆蓋病變等，這種術后影像后存在的某些問題，給手術醫(yī)生糾正后續(xù)問入治療效果[5]。

達到比較高的頻率，大概為 40MHz，系統(tǒng)有較好的成像分辨率，但是成像幀頻相對較低；環(huán)形換能器的成像幀頻比較高，但由于換能器的成像頻率與波長之間成負相關關系，而波長與換能器震動晶體的厚度成正相關關系，，所以當成像頻率越高時，換能器的晶片厚度就會越小，陣元的間距也必須越小，所以目前生產(chǎn)環(huán)形陣列換能器受到工藝極限的限制，都只能生產(chǎn)頻率較低的環(huán)形換能器，大概20MHz。相對低頻的換能器成像系統(tǒng)分辨率較低，不能實現(xiàn)對血管壁的微小組織病變和前期粥樣硬化斑塊高精度的檢測。機械旋轉式IVUS換能器的成像原理是使用高速旋轉的電機引導導管里面的單陣元換能器產(chǎn)生360 的旋轉。成像過程將圓周掃面區(qū)域分割為多條線的形式進行數(shù)據(jù)采集，采集的深度由每條線設置采集的點數(shù)及系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的頻率確定，之后再由圖像重建出一幅線數(shù)和點數(shù)與采集系統(tǒng)匹配的圖像。機械旋轉式血管內換能器導管目前的產(chǎn)品以波科公司生產(chǎn)的 40MHz 換能器導管為代表，其結構如圖 1.2 中的 A 所示。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術研究院)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R54;TP391.41

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