實驗名稱：高頻(pin)超聲血管內成像實(shi)驗

　　研究方向：心(xin)血(xue)(xue)管疾(ji)病(bing)(bing)已經成(cheng)為全球致(zhi)死致(zhi)殘率最高的(de)(de)疾(ji)病(bing)(bing)，每年有超(chao)過兩(liang)千(qian)萬的(de)(de)人死于心(xin)血(xue)(xue)管疾(ji)病(bing)(bing)。血(xue)(xue)管內超(chao)聲(sheng)(sheng)成(cheng)像是一種內窺(kui)影像學工具，可以(yi)直觀的(de)(de)反映血(xue)(xue)管內部的(de)(de)組(zu)(zu)織及病(bing)(bing)變情(qing)況，該技術將超(chao)聲(sheng)(sheng)成(cheng)像技術與(yu)導(dao)管介(jie)入技術相結合，不僅可以(yi)提供血(xue)(xue)管內管腔組(zu)(zu)織及斑塊的(de)(de)形態信息，而且可以(yi)提供詳細的(de)(de)組(zu)(zu)織結構性質特征，為臨床(chuang)血(xue)(xue)管內疾(ji)病(bing)(bing)的(de)(de)診斷治療提供精(jing)確的(de)(de)影像學指導(dao)。

　　現(xian)代臨床醫(yi)學(xue)(xue)證(zheng)明，血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)壁上斑(ban)(ban)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)和(he)(he)增大是引起(qi)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管堵(du)塞硬化、心血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管急性(xing)(xing)(xing)病(bing)(bing)(bing)變和(he)(he)腦(nao)中風(feng)、猝(cu)死(si)的(de)(de)(de)(de)主要原因。對病(bing)(bing)(bing)變斑(ban)(ban)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)具體(ti)形態學(xue)(xue)位置進(jin)行(xing)早(zao)期的(de)(de)(de)(de)預測(ce)、診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)、有(you)效干預和(he)(he)處理是防(fang)治(zhi)心血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管疾病(bing)(bing)(bing)的(de)(de)(de)(de)一項重(zhong)要任務。血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)斑(ban)(ban)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)會(hui)導(dao)致血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)液循(xun)環流(liu)(liu)(liu)通不順(shun)暢，容易在(zai)(zai)狹窄處產(chan)生(sheng)(sheng)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)栓等(deng)問題，而且狹窄的(de)(de)(de)(de)程度也影(ying)響血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)流(liu)(liu)(liu)在(zai)(zai)該(gai)處的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)速(su)，所以血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)速(su)值也是斑(ban)(ban)塊(kuai)形態學(xue)(xue)位置診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)參數。在(zai)(zai)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)組織(zhi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)檢測(ce)斑(ban)(ban)塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)，對血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)速(su)及血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)量進(jin)行(xing)同(tong)步檢測(ce)，對于超聲血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)檢測(ce)的(de)(de)(de)(de)安全性(xing)(xing)(xing)、實(shi)時(shi)性(xing)(xing)(xing)、可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)(xing)提供了很(hen)大的(de)(de)(de)(de)參考(kao)意義和(he)(he)保障。醫(yi)學(xue)(xue)超聲成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)技(ji)術以其(qi)無(wu)輻(fu)射、實(shi)時(shi)性(xing)(xing)(xing)好、對軟組織(zhi)鑒(jian)別力較高(gao)(gao)、儀器(qi)使(shi)用(yong)操作方(fang)便、價格低廉等(deng)特點，成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)現(xian)代醫(yi)學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中關鍵(jian)的(de)(de)(de)(de)診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)技(ji)術，目(mu)前已成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)臨床多種(zhong)疾病(bing)(bing)(bing)診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)首選(xuan)方(fang)法[2]。血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)超聲(Intravascularultrasound,IVUS)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)技(ji)術為(wei)醫(yi)學(xue)(xue)超聲成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中專門(men)應(ying)用(yong)于心血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管疾病(bing)(bing)(bing)檢測(ce)的(de)(de)(de)(de)一種(zhong)特殊(shu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)技(ji)術。對于評估動脈粥樣斑(ban)(ban)塊(kuai)形態和(he)(he)組織(zhi)性(xing)(xing)(xing)質、斑(ban)(ban)塊(kuai)在(zai)(zai)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)液循(xun)環中的(de)(de)(de)(de)易損程度及危(wei)害性(xing)(xing)(xing)評估、相(xiang)關藥物(wu)治(zhi)療(liao)和(he)(he)非藥物(wu)性(xing)(xing)(xing)干預進(jin)程等(deng)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)及治(zhi)療(liao)有(you)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)[3]。IVUS技(ji)術現(xian)在(zai)(zai)已經(jing)被應(ying)用(yong)到人(ren)體(ti)冠狀動脈甚(shen)至(zhi)更(geng)細小血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管如腦(nao)部(bu)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管等(deng)進(jin)行(xing)血(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)管內(nei)(nei)(nei)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。隨著微電子電路(lu)技(ji)術和(he)(he)內(nei)(nei)(nei)窺換能(neng)器(qi)導(dao)管生(sheng)(sheng)產(chan)工藝的(de)(de)(de)(de)發展，新開(kai)發的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)系統(tong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)幀率越來越高(gao)(gao)，圖像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)分辨(bian)率也有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)提高(gao)(gao)并且儀器(qi)的(de)(de)(de)(de)可(ke)操作性(xing)(xing)(xing)也有(you)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)改善。

　　實驗目的：測試換(huan)能(neng)器導管性(xing)能(neng)否符合前期設計預期的參數要求(qiu)，帶寬(kuan)及回波幅值都處于較好的狀態，可以滿(man)足多普(pu)勒信(xin)(xin)號及B-mode信(xin)(xin)號的采(cai)集需(xu)求(qiu)，同(tong)時也滿(man)足血(xue)管內組織信(xin)(xin)息(xi)檢測的分辨率(lv)及成像(xiang)探測深度(du)要求(qiu)。

　　測試設備：射頻功率放大器、前置放大器、數字示(shi)波器、IVUS換能器等。

　　實驗過程：主電路板控制部分主要是由FPGA產生邏輯時序控制信號、進行數字信號處理及圖像數據緩存，再通過高速傳輸模塊USB3.0與上位機進行通信及數據傳輸，由上位機軟件界面進行實驗參數設定及進行實時成像。同時數字信號DA轉換后經ATA-8202射頻功(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)放(fang)大，超聲換能器(qi)在功(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)的驅動(dong)下產(chan)(chan)生(sheng)超聲振動(dong)，實(shi)現壓電晶片(pian)產(chan)(chan)生(sheng)與(yu)外(wai)部(bu)激(ji)勵信號中心頻率(lv)相同的共振現象，實(shi)驗(yan)系統流程圖如圖1-1。

　　圖(tu)1-1系統流程框(kuang)圖(tu)

　　實驗結果：

圖1-2前視探頭回波(bo)實測結(jie)果

　　血(xue)管內雙模超聲換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)導(dao)管總(zong)管徑小于(yu)(yu)1mm，管具(ju)尾(wei)端導(dao)出兩根0.4mm的(de)(de)同軸電纜(lan)。該(gai)(gai)導(dao)管包(bao)括前視換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)及側視換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)兩個部分。將制作好(hao)的(de)(de)換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)放置在(zai)清水(shui)缸中(zhong)，位置正(zheng)對(dui)著固體(ti)介質(zhi)，該(gai)(gai)介質(zhi)懸掛(gua)在(zai)三(san)維(wei)(wei)立(li)體(ti)支架上，以(yi)便回(hui)波(bo)采集過程中(zhong)對(dui)于(yu)(yu)這一反射(she)介質(zhi)的(de)(de)方(fang)向進行三(san)維(wei)(wei)調試(shi)。使(shi)用脈(mo)沖發生器(qi)(qi)(qi)(qi)給(gei)予換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)激(ji)勵(li)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，回(hui)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)通過前置放大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)可以(yi)同步接收并(bing)且可連接到(dao)(dao)示(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)顯示(shi)。通過示(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)上面回(hui)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)引導(dao)，邊(bian)激(ji)勵(li)邊(bian)調整固體(ti)介質(zhi)方(fang)向位置使(shi)得回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)值(zhi)達到(dao)(dao)可測(ce)到(dao)(dao)的(de)(de)最(zui)大(da)(da)水(shui)平，然(ran)后(hou)(hou)使(shi)用示(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)處理功能(neng)(neng)(neng)(neng)，對(dui)采集到(dao)(dao)的(de)(de)回(hui)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)進行快速傅里葉變(bian)換(huan)，而后(hou)(hou)選取傅里葉變(bian)換(huan)后(hou)(hou)幅(fu)(fu)值(zhi)最(zui)大(da)(da)的(de)(de)點(dian)，選取該(gai)(gai)位點(dian)前后(hou)(hou)-6dB的(de)(de)頻(pin)(pin)率范圍計算出換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)中(zhong)心頻(pin)(pin)率及帶(dai)寬通過換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)回(hui)波(bo)測(ce)試(shi)得到(dao)(dao)，前視換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)心頻(pin)(pin)率實測(ce)為23.4MHz，帶(dai)寬為50.7%，50Ω條(tiao)件下回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)度為0.654V，如圖1-2。此換(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)(qi)導(dao)管性能(neng)(neng)(neng)(neng)符合(he)前期設(she)計預期的(de)(de)參數要求(qiu)，帶(dai)寬及回(hui)波(bo)幅(fu)(fu)值(zhi)都處于(yu)(yu)較(jiao)好(hao)的(de)(de)狀態，可以(yi)滿足(zu)(zu)多普勒信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)及B-mode信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)采集需(xu)求(qiu)，同時(shi)也(ye)滿足(zu)(zu)血(xue)管內組織信(xin)(xin)息(xi)檢測(ce)的(de)(de)分辨率及成像探測(ce)深度要求(qiu)。

　　射(she)頻功(gong)率放(fang)大器(qi)推(tui)薦：ATA-8000系列(lie)

　　圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標參數

　　本文實驗(yan)素材由西安(an)(an)安(an)(an)泰(tai)電(dian)子整理發布，如(ru)想(xiang)了解更多(duo)實驗(yan)方案，請持(chi)續關注安(an)(an)泰(tai)官網hkdyw.cn。Aigtek是國內專(zhuan)業從(cong)事測量儀(yi)器(qi)研(yan)(yan)發、生產和(he)銷售的高科技(ji)企業，一直專(zhuan)注于高壓放(fang)(fang)大(da)器(qi)、電(dian)壓放(fang)(fang)大(da)器(qi)、功率(lv)放(fang)(fang)大(da)模塊、高精度電(dian)流源等測試儀(yi)器(qi)產品的研(yan)(yan)發與制造。