摘要
心血管疾病是人类健康的头号杀手。根据《中国心血管健康与疾病报告2018》发布数据显示，自1990年以来，中国的心血管疾病患病率持续增加，目前约有2.9亿心血管疾病患者，其中冠心病是患病率最高的心血管疾病。冠心病是由于冠状动脉血管发生粥样硬化而引起血管狭窄或堵塞，目前临床治疗冠心病的常用方法是在动脉狭窄处放入支架，在治疗过程中医学影像方法帮助医生检测动脉病变特性、指导介入治疗以及制定术后方案。 光学断层相干成像(OCT)和血管内超声成像(IVUS)技术的发展为动脉血管成像提供了更加精准的影像方法。OCT是利用红外光在血管内成像，IVUS是利用超声在血管不同组织上的散射系数不同进行组织成像。跟OCT相比，IVUS的优势在于其成像深度大，能看到更深层血管内组织图像，但其分辨率不如OCT。如何提高IVUS的分辨率成为IVUS成像技术发展的关键问题。成像分辨率与超声频率成正比:目前商业IVUS所使用频率最高为60MHz，若提升频率至100MHz，理论纵向分辨率可到15μm，有望与OCT的分辨率(约10μm)媲美。 但目前超高频血管内超声(＞80MHz)尚未正式应用至临床，原因如下:1.超高频微型超声换能器尺寸小于1mm2，压电层厚度小于25μm，换能器结构复杂，加工难度大;2.频率增加，超声硬件系统采样率也需增加，硬件设计难度增加;3.随着频率增加，血液对超声信号的衰减作用增大。超高频超声信号在血液中衰减较大，会显著影响成像质量，从而无法达到理想的成像穿透深度和获得高清晰度超声图像。 针对超高频血管内超声面临的问题，我们研制一款超高频超声换能器以及搭建高采样率的超声成像系统，探究血液对超高频超声成像质量的影响以及测量在超高频超声频率中不同浓度的衰减。经测试超高频超声换能器可得，中心频率为100.2MHz，-6dB带宽为40.2％，实测纵向分辨率为19.1μm。而后利用该超高频换能器及高频超声成像平台，在不同血液浓度条件下进行线仿体成像实验，得出在距离换能器2.3mm深度处，100％血液浓度下图像信噪比降至控制组生理盐水的71.1％。血液对超高频超声信号衰减明显，在临床实验中超高频超声成像有可能需要跟OCT成像一样进行血液冲刷。 我们进一步探究超高频超声在不同冲刷剂作用下的衰减作用，得到了在不同临床常用冲刷剂（甘露醇、碘海醇、5％浓度葡聚糖、生理盐水）作用下，90MHz至110MHz的超声信号在不同浓度血液内的衰减系数。通过比较不同冲刷剂作用下超高频超声衰减系数，在5％浓度葡聚糖下超高频超声衰减较之其他的冲刷剂会减低血液对超声信号的影响，得到5％浓度葡聚糖为超高频超声成像潜在合适的冲刷剂。 本项工作通过研制超高频100MHz超声换能器以及搭建高采样率硬件系统平台，对超高频超声在血液中的衰减作用做出了定量测量，为后续超高频血管内超声成像技术的硬件设计提供一定指导作用，为超高频血管内超声成像进一步推广至临床打下理论基础。
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