技術(shù)文章

　　實(shí)驗(yàn)名稱：高頻超聲血管內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：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(nèi)超聲成像是一種內(nèi)窺影像學(xué)工具，可以直觀的反映血管內(nèi)部的組織及病變情況，該技術(shù)將超聲成像技術(shù)與導(dǎo)管介入技術(shù)相結(jié)合，不僅可以提供血管內(nèi)管腔組織及斑塊的形態(tài)信息，而且可以提供詳細(xì)的組織結(jié)構(gòu)性質(zhì)特征，為臨床血管內(nèi)疾病的診斷治療提供精確的影像學(xué)指導(dǎo)。

　　現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)證明，血管內(nèi)壁上斑塊的產(chǎn)生和增大是引起血管堵塞硬化、心血管急性病變和腦中風(fēng)、猝死的主要原因。對病變斑塊的具體形態(tài)學(xué)位置進(jìn)行早期的預(yù)測、診斷、有效干預(yù)和處理是防治心血管疾病的一項(xiàng)重要任務(wù)。血管內(nèi)斑塊的產(chǎn)生會導(dǎo)致血液循環(huán)流通不順暢，容易在狹窄處產(chǎn)生血栓等問題，而且狹窄的程度也影響血流在該處的流速，所以血流流速值也是斑塊形態(tài)學(xué)位置診斷的一個(gè)重要的參數(shù)。在血管內(nèi)組織成像檢測斑塊的同時(shí)，對血管內(nèi)血流流速及血流流量進(jìn)行同步檢測，對于超聲血管內(nèi)成像檢測的安全性、實(shí)時(shí)性、可靠性提供了很大的參考意義和保障。醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)以其無輻射、實(shí)時(shí)性好、對軟組織鑒別力較高、儀器使用操作方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像中關(guān)鍵的診斷技術(shù)，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法[2]。血管內(nèi)超聲(Intravascularultrasound,IVUS)成像技術(shù)為醫(yī)學(xué)超聲成像中專門應(yīng)用于心血管疾病檢測的一種特殊成像技術(shù)。對于評估動脈粥樣斑塊形態(tài)和組織性質(zhì)、斑塊在血液循環(huán)中的易損程度及危害性評估、相關(guān)藥物治療和非藥物性干預(yù)進(jìn)程等血管內(nèi)的診斷及治療有重要的應(yīng)用[3]。IVUS技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到人體冠狀動脈甚至更細(xì)小血管如腦部血管等進(jìn)行血管內(nèi)成像。隨著微電子電路技術(shù)和內(nèi)窺換能器導(dǎo)管生產(chǎn)工藝的發(fā)展，新開發(fā)的成像系統(tǒng)成像幀率越來越高，圖像分辨率也有很大的提高并且儀器的可操作性也有很好的改善。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>測試換能器導(dǎo)管性能否符合前期設(shè)計(jì)預(yù)期的參數(shù)要求，帶寬及回波幅值都處于較好的狀態(tài)，可以滿足多普勒信號及B-mode信號的采集需求，同時(shí)也滿足血管內(nèi)組織信息檢測的分辨率及成像探測深度要求。

　　測試設(shè)備：射頻功率放大器、前置放大器、數(shù)字示波器、IVUS換能器等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：主電路板控制部分主要是由FPGA產(chǎn)生邏輯時(shí)序控制信號、進(jìn)行數(shù)字信號處理及圖像數(shù)據(jù)緩存，再通過高速傳輸模塊USB3.0與上位機(jī)進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)傳輸，由上位機(jī)軟件界面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定及進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。同時(shí)數(shù)字信號DA轉(zhuǎn)換后經(jīng)ATA-8202射頻功率放大器放大，超聲換能器在功率放大器的驅(qū)動下產(chǎn)生超聲振動，實(shí)現(xiàn)壓電晶片產(chǎn)生與外部激勵(lì)信號中心頻率相同的共振現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖如圖1-1。

　　圖1-1系統(tǒng)流程框圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖1-2前視探頭回波實(shí)測結(jié)果

　　血管內(nèi)雙模超聲換能器導(dǎo)管總管徑小于1mm，管具尾端導(dǎo)出兩根0.4mm的同軸電纜。該導(dǎo)管包括前視換能器及側(cè)視換能器兩個(gè)部分。將制作好的換能器放置在清水缸中，位置正對著固體介質(zhì)，該介質(zhì)懸掛在三維立體支架上，以便回波采集過程中對于這一反射介質(zhì)的方向進(jìn)行三維調(diào)試。使用脈沖發(fā)生器給予換能器激勵(lì)信號，回波信號通過前置放大器可以同步接收并且可連接到示波器中顯示。通過示波器上面回波信號的引導(dǎo)，邊激勵(lì)邊調(diào)整固體介質(zhì)方向位置使得回波幅值達(dá)到可測到的最大水平，然后使用示波器中的信號處理功能，對采集到的回波信號進(jìn)行快速傅里葉變換，而后選取傅里葉變換后幅值最大的點(diǎn)，選取該位點(diǎn)前后-6dB的頻率范圍計(jì)算出換能器的中心頻率及帶寬通過換能器回波測試得到，前視換能器中心頻率實(shí)測為23.4MHz，帶寬為50.7%，50Ω條件下回波幅度為0.654V，如圖1-2。此換能器導(dǎo)管性能符合前期設(shè)計(jì)預(yù)期的參數(shù)要求，帶寬及回波幅值都處于較好的狀態(tài)，可以滿足多普勒信號及B-mode信號的采集需求，同時(shí)也滿足血管內(nèi)組織信息檢測的分辨率及成像探測深度要求。

　　射頻功率放大器推薦：ATA-8000系列

　　圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標(biāo)參數(shù)

　　本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布，如想了解更多實(shí)驗(yàn)方案，請持續(xù)關(guān)注安泰官網(wǎng)m.fjiakun.cn。Aigtek是國內(nèi)專業(yè)從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，一直專注于高壓放大器、電壓放大器、功率放大模塊、高精度電流源等測試儀器產(chǎn)品的研發(fā)與制造。