基于高频超声的血管内双模成像方法研究

发布时间：2020-04-01 23:32

【摘要】：心血管疾病已经成为全球致死致残率最高的疾病,每年有超过两千万的人死于心血管疾病。血管内超声成像是一种内窥影像学工具,可以直观的反映血管内部的组织及病变情况,该技术将超声成像技术与导管介入技术相结合,不仅可以提供血管内管腔组织及斑块的形态信息,而且可以提供详细的组织结构性质特征,为临床血管内疾病的诊断治疗提供精确的影像学指导。本文阐述高频超声成像平台及一种新型的超声双模换能器导管的的研究工作,并在该平台的基础上结合新型换能器导管开展一系列血管内成像实验,得到血管内组织图像和血管内同一层面及同一横截面的血流流速分布图,最后根据血流流速与血管内径尺寸计算出实时的血流流量值。本课题开发的超声成像平台可以支持5-80MHz的双通道高频超声成像,系统使用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)完成时序逻辑控制及信号处理,通过不同的数字信号处理逻辑算法开发,实现系统平台多模式成像的功能。研制的新型超声换能器导管具有两个超声探头,一个位于导管末端的侧面,一个位于导管末端的前面。前视探头实现多普勒成像,采集血管内血流流速信号,其工作中心频率为23MHz;侧视探头实现灰度(B-mode)成像,采集血管内壁组织信号,其工作中心频率为40MHz。成像系统及导管应用到血管仿体及血液仿体上进行数据采集,由脉动泵模拟人体心脏泵血功能产生脉动循环过程,然后设计不同的采集方式得到不同的血管内层面的血流数据及组织内壁数据,同时采用超高分辨率小动物彩色多普勒超声实时影像系统Vevo?2100进行血管外部数据采集,然后将两个系统重建后的图像数据结果进行对比,验证了新开发的系统和导管的各项参数及其精确性满足血管内超声成像的要求,适用于不同成像模式的超声内窥成像。随着材料科学、电子技术及生产工艺的发展,超声成像系统及内窥换能器导管的性能得到了很大的提升,血管内超声成像技术的成像质量将会有相应的改善,其应用领域也将会更加广泛。
【图文】：

基于高频超声的血管内双模成像方法研究的尺寸更小，导管可弯曲伸展性更好，能够用安装在换能器导管末端的微型探头插入对可疑血管段进行二维组织成像。它不仅能可以通过组织平面分析和三维重建对病变大介入治疗提供更加准确的参考[4]。IVUS 成，从而为选择正确的治疗策略提供可靠的依 IVUS 可用于介入手术后支架治疗效果的评匀的展开并完全覆盖病变等，这种术后影像后存在的某些问题，给手术医生纠正后续问入治疗效果[5]。

达到比较高的频率，大概为 40MHz，系统有较好的成像分辨率，但是成像帧频相对较低；环形换能器的成像帧频比较高，但由于换能器的成像频率与波长之间成负相关关系，而波长与换能器震动晶体的厚度成正相关关系，，所以当成像频率越高时，换能器的晶片厚度就会越小，阵元的间距也必须越小，所以目前生产环形阵列换能器受到工艺极限的限制，都只能生产频率较低的环形换能器，大概20MHz。相对低频的换能器成像系统分辨率较低，不能实现对血管壁的微小组织病变和前期粥样硬化斑块高精度的检测。机械旋转式IVUS换能器的成像原理是使用高速旋转的电机引导导管里面的单阵元换能器产生360 的旋转。成像过程将圆周扫面区域分割为多条线的形式进行数据采集，采集的深度由每条线设置采集的点数及系统采集数据的频率确定，之后再由图像重建出一幅线数和点数与采集系统匹配的图像。机械旋转式血管内换能器导管目前的产品以波科公司生产的 40MHz 换能器导管为代表，其结构如图 1.2 中的 A 所示。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R54;TP391.41

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