机械式血管内超声探头研究
发布时间：2021-06-23 05:34
心血管疾病作为人类健康的三大“杀手”之一,是目前死亡率最高的疾病。而冠心病即冠状动脉粥样硬化是常见的心血管疾病之一。冠心病的主要发病原因是由于易损性斑块的破裂造成的,因此尽早地对其做出检测是预防和治疗的重要手段。目前临床上常用的介入式检测手段为血管内超声即IVUS。但是由于血管内超声探头存在不均匀旋转伪像,使得成像质量下降,增加了疾病诊断的难度。不均匀旋转的现象是由于外部驱动通过柔性轴在进行长距离传输时与管壁发生摩擦而导致的。为解决这一问题,本论文研究了一种微型压电马达,将其置于血管内超声探头的前端直接进行驱动,可以从原理上避免不均匀旋转的产生。选用直径1mm的压电陶瓷管作为电机的主体部分设计电机模型,利用com-sol 对其进行有限元的仿真,分析压电陶瓷管的静态特性和动态特性,研究陶瓷管的长度、厚度等参数对其性能的影响,从而选择合适的参数。电机组装完成后,利用激光位移传感器对其进行速度与稳定性的测试。最后,将电机与超声换能器组装,进行扫描测试实验,以检测探头的成像性能,验证压电马达前置的可行性。经过有限元的优化分析,组装了一直径为1mm,总长度为10mm的微型压电马达。该电机在20V...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２动脉粥样硬化检测方式??１．２．１非介入式检测手段??
?＼??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）??图１．３光学相关断层扫描检测原理??１９９１年由Ｆｕｊｉｍｏｔｏ命名的，是一项相对较新的检测技术，最早商用的探头是Ｍ２??时域ＯＣＴ成像系统，其成像速度较慢，能达到２０ｆｐｓ。为了提高成像的速度，后??又发明了频域ＯＣＴ成像系统，成像速度大幅提升，能达到２００ｆｐｓ。ＯＣＴ临床应??用通常用于冠状动脉粥样硬化检测、冠状动脉介入治疗。ＯＣＴ的两个重要参数：??一个是探头的外径大小，另一个是成像速度的快慢。与血管内超声换能器类似，??端部的外径与柔性轴的外径分别决定了所能检测的损伤大小与导管的直径大校??ＯＣＴ的主要优点是其轴向分辨率１０－２０ｐｍ，径向分辨率能达到２０哗，成像精度??远远高于其他的检测手段；成像速度快＞ｌ〇〇ｆｐｓ，缺点：成像深度小，ｌ－２ｍｎｉ；相??比较于ＩＶＵＳ，组织检测缺乏可靠性；另外ＯＣＴ检测时需要利用冲洗剂将腔内??具有散射性的血液暂时清洗干净，这可能会对人体产生损伤。此外，由于技术新??颖，目前临床上ＯＣＴ没有被广泛使用，缺乏一定的实用性，安全性以及相应的??诊断标准，不过随着人们对高分辨率检测需求的提升，ＯＣＴ未
??有许多问题有待解决，比如：探头的尺寸设计、探头的安全性、经济性等等，缺??乏一定的实用性。??对比非介入式与介入式检测手段可以看出，介入式的精度要远高于非介入??式的检测手段。而在介入式的检测方法中，血管内超声作为目前临床使用较多的??诊断的手段，在稳定性，安全性方面具有一定的优势，因此选用ＩＶＵＳ作为研宄??对象。ＩＶＵＳ主要分为三个部分１１８］：?ＩＶＵＳ探头、成像主机、导管回撤系统。我??们研究的主要是ＩＶＵＳ探头部分。目前市面上商用的ＩＶＵＳ探头主要有两种形式，??如图１．４所示：一种是相控阵列式，其在探头的端部圆周方向排列了多个超声换??能器阵列，而非单个换能器，一般是６４单元。通过控制每个换能器的延迟激励??时间可以得到环状扫描的结果；另一种是机械旋转式，由外部的驱动部分带动??柔性轴转动，从而带动探头前端的超声换能器以１８００ｒｐｍ的速度旋转进行扫描。??机械式和相控阵列式各自的优缺点如下表１．１所示。考虑到制造工艺以及更高的??成像分辨率，我们选择机械旋转式进行研宄。??图１．４两种常见血管内超声探头：Ａ为机械旋转式探头，Ｂ为相控阵列式探头??表１．１机械式与阵列式比较??｜相控阵列式?丨机械式??优点成像稳定，无需保护鞘，可精度高，结构简单??与血液直接接触???缺点精度较低，加工工艺复杂，控扫描时需要保护鞘，需要液??｜制复杂?｜体耦合???７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]《超声电机技术与应用》[J]. 赵淳生. 压电与声光. 2009(01)
博士论文
[1]压电管式复合驱动器及其应用研究[D]. 马玉婷.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于螺旋电极扭转驱动器的冲击式旋转压电马达[D]. 韩文香.中国科学技术大学 2009
本文编号：3244337
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２动脉粥样硬化检测方式??１．２．１非介入式检测手段??
?＼??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）??图１．３光学相关断层扫描检测原理??１９９１年由Ｆｕｊｉｍｏｔｏ命名的，是一项相对较新的检测技术，最早商用的探头是Ｍ２??时域ＯＣＴ成像系统，其成像速度较慢，能达到２０ｆｐｓ。为了提高成像的速度，后??又发明了频域ＯＣＴ成像系统，成像速度大幅提升，能达到２００ｆｐｓ。ＯＣＴ临床应??用通常用于冠状动脉粥样硬化检测、冠状动脉介入治疗。ＯＣＴ的两个重要参数：??一个是探头的外径大小，另一个是成像速度的快慢。与血管内超声换能器类似，??端部的外径与柔性轴的外径分别决定了所能检测的损伤大小与导管的直径大校??ＯＣＴ的主要优点是其轴向分辨率１０－２０ｐｍ，径向分辨率能达到２０哗，成像精度??远远高于其他的检测手段；成像速度快＞ｌ〇〇ｆｐｓ，缺点：成像深度小，ｌ－２ｍｎｉ；相??比较于ＩＶＵＳ，组织检测缺乏可靠性；另外ＯＣＴ检测时需要利用冲洗剂将腔内??具有散射性的血液暂时清洗干净，这可能会对人体产生损伤。此外，由于技术新??颖，目前临床上ＯＣＴ没有被广泛使用，缺乏一定的实用性，安全性以及相应的??诊断标准，不过随着人们对高分辨率检测需求的提升，ＯＣＴ未
??有许多问题有待解决，比如：探头的尺寸设计、探头的安全性、经济性等等，缺??乏一定的实用性。??对比非介入式与介入式检测手段可以看出，介入式的精度要远高于非介入??式的检测手段。而在介入式的检测方法中，血管内超声作为目前临床使用较多的??诊断的手段，在稳定性，安全性方面具有一定的优势，因此选用ＩＶＵＳ作为研宄??对象。ＩＶＵＳ主要分为三个部分１１８］：?ＩＶＵＳ探头、成像主机、导管回撤系统。我??们研究的主要是ＩＶＵＳ探头部分。目前市面上商用的ＩＶＵＳ探头主要有两种形式，??如图１．４所示：一种是相控阵列式，其在探头的端部圆周方向排列了多个超声换??能器阵列，而非单个换能器，一般是６４单元。通过控制每个换能器的延迟激励??时间可以得到环状扫描的结果；另一种是机械旋转式，由外部的驱动部分带动??柔性轴转动，从而带动探头前端的超声换能器以１８００ｒｐｍ的速度旋转进行扫描。??机械式和相控阵列式各自的优缺点如下表１．１所示。考虑到制造工艺以及更高的??成像分辨率，我们选择机械旋转式进行研宄。??图１．４两种常见血管内超声探头：Ａ为机械旋转式探头，Ｂ为相控阵列式探头??表１．１机械式与阵列式比较??｜相控阵列式?丨机械式??优点成像稳定，无需保护鞘，可精度高，结构简单??与血液直接接触???缺点精度较低，加工工艺复杂，控扫描时需要保护鞘，需要液??｜制复杂?｜体耦合???７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]《超声电机技术与应用》[J]. 赵淳生. 压电与声光. 2009(01)
博士论文
[1]压电管式复合驱动器及其应用研究[D]. 马玉婷.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于螺旋电极扭转驱动器的冲击式旋转压电马达[D]. 韩文香.中国科学技术大学 2009
本文编号：3244337
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