【摘要】：血管內(nèi)超聲成像（Intravascular ultrasound，IVUS）是一種目前用于評估動脈粥樣斑塊形態(tài)、動脈粥樣硬化藥物治療和非藥物性干預(yù)進(jìn)程以及動脈粥樣硬化易損程度的重要手段，被稱為冠狀動脈檢查的新的“金標(biāo)準(zhǔn)”。1991年，Ophir和其研究小組首次提出超聲彈性成像技術(shù)（Elastography），利用超聲換能器采集軟組織受力形變前后的超聲信號，計算其位移分布，繼而得到組織的彈性圖像，以此反映生物組織的彈性信息，現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用于臨床，如乳腺、前列腺等器官的檢查。近年來，有研究表明將超聲彈性成像技術(shù)運用到血管內(nèi)超聲成像技術(shù)中，不僅能夠提供血管壁彈性等參量圖像，而且能夠通過分辨高低應(yīng)變區(qū)域，，識別冠脈血管內(nèi)不同斑塊的相對生物力學(xué)特性，在斑塊分類和檢測斑塊易損程度上具有重要的應(yīng)用價值。 但目前彈性成像技術(shù)尚未應(yīng)用于商業(yè)化血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)。本課題組在國家科技支撐計劃項目的資助下，開展超高頻血管內(nèi)超聲成像探頭與系統(tǒng)的研發(fā)工作。本論文的工作針對課題組自行研制的中心頻率為50-60MHz的微型血管內(nèi)超聲換能器與成像系統(tǒng)，進(jìn)行利用血管內(nèi)超聲彈性成像方法識別動脈粥樣硬化斑塊的研究，具體工作包括以下幾個方面： (1)對課題組自主研發(fā)血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析，并設(shè)定了彈性成像方法的指標(biāo)參數(shù)，繼而對傳統(tǒng)一維彈性成像算法及經(jīng)典二維超聲彈性成像位移估計方法進(jìn)行分類和研究，分析其優(yōu)劣； (2)針對血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù)，對傳統(tǒng)一維彈性成像算法應(yīng)用于血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)識別動脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行了研究，通過有限元模型模擬仿真血管壁組織在正常血壓波動范圍內(nèi)的形變過程，組合不同血壓值下的血管壁組織位移，分析壓力間隔對IVUS彈性成像的效果影響；同時在最佳壓力差條件下，評估IVUS彈性成像方法對不同性質(zhì)斑塊識別的效果，為IVUS彈性成像功能在課題組自主研發(fā)的IVUS成像系統(tǒng)上的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)； (3)針對IVUS超聲成像應(yīng)用，設(shè)計正交實驗方法，組合具有代表性的因素水平，并通過極差分析與方差分析，比較不同成分配比對仿組織體模在高頻超聲條件下（50MHz）的聲學(xué)參數(shù)影響，為課題組自主研制的超高頻IVUS探頭測試提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)及理論依據(jù)； (4)提出了一種改進(jìn)的二維位移估計方法，結(jié)合數(shù)據(jù)點的多級搜索和單級跟蹤的方法，體現(xiàn)了合理平衡計算量和計算精度的優(yōu)點，更符合實時成像的血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)的要求。并設(shè)計了仿真實驗來驗證所設(shè)計的二維算法的成像效果及實時性，由仿真結(jié)果對一維及二維算法成像結(jié)果進(jìn)行比較分析。
[Abstract]:Intravascular ultrasound imaging (Intravascular ultrasound,IVUS) is currently an important tool for assessing atherosclerotic plaque morphology, atherosclerotic drug therapy and non-drug intervention processes, as well as vulnerability to atherosclerosis. It is called a new "golden standard" for coronary artery examination. In 1991, Ophir and his research team first proposed the ultrasonic elastic imaging technique (Elastography), which uses ultrasonic transducer to collect ultrasonic signals before and after deformation of soft tissue, and to calculate its displacement distribution. Then the elastic image of tissue is obtained to reflect the elastic information of biological tissue. Now it is widely used in clinical examination such as mammary gland prostate and other organs. In recent years, studies have shown that the application of ultrasonic elastic imaging technology to intravascular ultrasound imaging can not only provide parametric images such as vascular wall elasticity, but also distinguish between high and low strain regions. Identifying the relative biomechanical properties of different plaques in coronary artery has important application value in plaque classification and plaque vulnerability detection. But at present, elastic imaging technology has not been applied to commercial intravascular ultrasound imaging system. The research and development of UHF intra-vascular ultrasound imaging probe and system is carried out by the project funded by the National Science and Technology support Program. In this paper, a micro intravascular ultrasonic transducer and imaging system with center frequency of 50-60MHz was developed by our research group, and the identification of atherosclerotic plaques by intravascular ultrasound elastic imaging was studied. The specific work includes the following aspects: (1) the functional requirements of intravascular ultrasound imaging system are analyzed, and the parameters of elastic imaging method are set up. Then the traditional one-dimensional elastic imaging algorithm and the classical two-dimensional ultrasonic elastic imaging displacement estimation methods are classified and studied. (2) the index parameters of intravascular ultrasound imaging system are analyzed. The traditional one-dimensional elastic imaging algorithm was applied to the identification of atherosclerotic plaque by intravascular ultrasound imaging system. The deformation process of vascular wall tissue in the range of normal blood pressure fluctuation was simulated by finite element model. The effect of pressure interval on IVUS elastic imaging was analyzed by combining the tissue displacement of vascular wall under different blood pressure values, and the effect of IVUS elastic imaging method on the recognition of different plaques was evaluated under the optimal pressure difference condition. It lays a foundation for the practical application of IVUS elastic imaging function in the IVUS imaging system, which is independently developed by the research group. (3) for the application of IVUS ultrasonic imaging, the orthogonal experimental method is designed to combine the representative factor level. By means of range analysis and variance analysis, the effects of different composition ratios on acoustic parameters of tissue mimic phantom under high frequency ultrasound (50MHz) were compared, which provided data guidance and theoretical basis for the test of UHF IVUS probe developed by our team. (4) an improved two-dimensional displacement estimation method is proposed, which combines the multi-level search of data points and the single-stage tracking method, and embodies the advantages of reasonable balance of calculation load and calculation accuracy. More in line with the real-time imaging of intravascular ultrasound imaging system requirements. Simulation experiments are designed to verify the imaging effect and real-time performance of the designed two-dimensional algorithm. The imaging results of one-dimensional and two-dimensional algorithms are compared and analyzed by the simulation results.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB552;R543

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