【摘要】：基于導(dǎo)管的血管內(nèi)超聲(Intravascular Ultrasound,IVUS)是一種微創(chuàng)的導(dǎo)管介入技術(shù),能有效評(píng)估血管的狹窄程度及其管壁形態(tài)。商用的IVUS將細(xì)長(zhǎng)的超聲導(dǎo)管插入冠狀動(dòng)脈,通過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)獲取血管壁的剖面圖,實(shí)現(xiàn)血管壁病變的實(shí)時(shí)檢測(cè)。然而,現(xiàn)有的機(jī)械式旋轉(zhuǎn)IVUS導(dǎo)管工作方式采用外置馬達(dá)結(jié)合長(zhǎng)距離的柔性驅(qū)動(dòng)軸的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)血管壁的圓周掃查。當(dāng)導(dǎo)管通過(guò)長(zhǎng)的彎曲血管段時(shí),柔性驅(qū)動(dòng)軸會(huì)與導(dǎo)管內(nèi)壁發(fā)生摩擦,造成圖像的不均勻旋轉(zhuǎn)扭曲(Non-uniform Rotational Distortion,NURD)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題最為有效的方法是使用微型內(nèi)置馬取代外置馬達(dá)驅(qū)動(dòng)超聲換能器或微型反射鏡。這種方式避免了長(zhǎng)距離的力矩傳輸,直接將微型馬達(dá)集成在導(dǎo)管的前端,從理論上消除了驅(qū)動(dòng)軸與導(dǎo)管內(nèi)壁摩擦造成的不均勻旋轉(zhuǎn)扭曲。在本文中,我們?cè)O(shè)計(jì)并研制了一種基于內(nèi)置微型馬達(dá)的血管內(nèi)超聲導(dǎo)管,并對(duì)這種超聲導(dǎo)管的各個(gè)部件進(jìn)行了研究。研制的新型成像導(dǎo)管的驅(qū)動(dòng)馬達(dá),直徑為1.2 mm,長(zhǎng)度為3.7 mm,能保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。為了提高高頻換能器的性能,本文使用性能優(yōu)異的0.5 mm×0.5 mm、厚度為24μm的PMN-PT 1-3復(fù)合材料研制高頻超聲換能器,發(fā)射并接收超聲波信號(hào)。同時(shí),對(duì)導(dǎo)管材質(zhì)做了初步的研究,選取一種對(duì)高頻超聲衰減小的材料作為透聲管。為了測(cè)試微型馬達(dá)各方面的性能,使用幀頻為400 fps的高速攝像機(jī)拍攝馬達(dá)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況,并對(duì)馬達(dá)在方波與正弦波兩種驅(qū)動(dòng)模式下的性能進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明,方波驅(qū)動(dòng)下,其最大轉(zhuǎn)速為167 RPS,轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為1.23μN(yùn)m,最大負(fù)載為0.1 g,最大轉(zhuǎn)動(dòng)誤差為22°,該轉(zhuǎn)動(dòng)誤差會(huì)造成較強(qiáng)的圖像扭曲。正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí),馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速為275 RPS,轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為2.79μN(yùn)m,最大轉(zhuǎn)動(dòng)誤差僅7°。因此,正弦波驅(qū)動(dòng)為馬達(dá)的最佳驅(qū)動(dòng)方式。本文對(duì)高頻換能器的性能進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示,換能器的-6 dB帶寬為72%,中心頻率為34 MHz,中心頻率附近的靈敏度為14 dB,回波幅值達(dá)到1530 mV。本文完成了微型馬達(dá)內(nèi)置型血管內(nèi)超聲導(dǎo)管的集成,將研制的微型馬達(dá)、換能器、導(dǎo)管等集成在一起,集成后導(dǎo)管直徑為2 mm。搭建了基于內(nèi)置馬達(dá)的超聲成像導(dǎo)管的數(shù)據(jù)采集平臺(tái),完成了成像算法的編寫,并使用線靶與離體豬血管對(duì)導(dǎo)管的成像性能進(jìn)行了評(píng)估。成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,正弦波驅(qū)動(dòng)情況下,導(dǎo)管能清晰分辨線靶的位置、距離、數(shù)量等信息,清晰識(shí)別血管的輪廓與結(jié)構(gòu)。通過(guò)線靶成像結(jié)果求得高頻超聲換能器的軸向與橫向分辨率分別為92μm與135μm,具有較高的分辨率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于內(nèi)置微型馬達(dá)的IVUS導(dǎo)管有望解決現(xiàn)有成像導(dǎo)管在彎曲血管段不均勻旋轉(zhuǎn)而造成圖像扭曲的問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB559
【圖文】：

第 1 章 緒論.1 動(dòng)脈粥樣硬化隨著生活水平的提高與生活作息的不規(guī)律，心血管疾病已成為威脅人類生命的高病之一[1]。其中，動(dòng)脈粥樣硬化是心血管疾病中最為常見(jiàn)的一類。人體的動(dòng)脈血管管內(nèi)層、血管中層和動(dòng)脈外膜三層構(gòu)成。當(dāng)內(nèi)膜上形成脂質(zhì)斑塊時(shí)，會(huì)逐漸發(fā)展成質(zhì)為核心的纖維斑塊。若纖維斑塊由薄膜構(gòu)成，易導(dǎo)致斑塊破裂，會(huì)造成整個(gè)動(dòng)脈變窄或完全堵塞，從而造成動(dòng)脈粥樣硬化[2]，這種斑塊稱之為易損斑塊（Thin-ibroatheroma，TCFA），斑塊形成過(guò)程由圖 1.1 闡述[3]。TCFA 是造成心肌梗死和中風(fēng)要原因[4]。已有的研究表明薄帽纖維粥樣硬化占據(jù)了心臟猝死情況的 80%[5]。因何在早期檢測(cè)出造成冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的易損斑塊，并在臨床介入中進(jìn)行有效的診估，具有十分重要的意義。

基于內(nèi)置微型馬達(dá)的血管內(nèi)超聲（IVUS）導(dǎo)管的設(shè)計(jì)及研制光源波長(zhǎng)為 1325 nm，并使用集成導(dǎo)管對(duì)多組人體離體動(dòng)脈血管進(jìn)行分析，在 IVUS 保證穿透深度的同時(shí)，OCT 能識(shí)別 70~150 μm 的纖維薄帽[20]；2013 年，加利福利亞大學(xué)的 Jiawen Li 等人研制了直徑為 0.9 mm，長(zhǎng)度為 1.5 mm 的集成 IVUS-OCT 成像導(dǎo)管，采用 PMN-PT 單晶制作了 45 MHz 的超聲換能器-6dB 帶寬 40%，并對(duì)豬的動(dòng)脈血管做了實(shí)時(shí)成像，在觀察整個(gè)血管結(jié)構(gòu)的同時(shí)檢測(cè)到了斑塊的位置[21]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張欣釗;申英俊;趙國(guó)滿;;聚氨酯彈性體在水聲透聲材料中的應(yīng)用[J];橡塑資源利用;2008年01期

2 張輝;董蜀湘;張淑儀;王天華;張仲寧;范理;;1mm壓電陶瓷管式微型超聲馬達(dá)研究[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2005年12期

3 李振波,張琛,趙小林,楊春生;直徑1mm電磁型實(shí)用超微馬達(dá)的設(shè)計(jì)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2000年02期

本文編號(hào)：2713661