血管內(nèi)超聲成像探頭的現(xiàn)狀與研究進(jìn)展

董巧麗

【摘要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，血管成像技術(shù)逐漸朝向多樣化方向發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)的不斷研發(fā)推動著我國針對心血管疾病治療技術(shù)的前行，其中，血管內(nèi)超聲成像探頭技術(shù)就是通過在導(dǎo)管的前段安裝一個微型超聲探頭從而獲取血管內(nèi)部管腔的橫截面圖像，該圖像在一定程度上可以很好的說明冠狀動脈血管內(nèi)的情況，因此被看作為現(xiàn)階段心血管疾病最為準(zhǔn)確的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之一，基于此，本文通過對血管內(nèi)超聲成像探頭技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行分析，找到未來治療心血管疾病的新出路與新方向。

【關(guān)鍵詞】超聲成像；冠狀動脈；微型探頭

【中圖分類號】R541.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】ISSN.2095-6681.2016.04.00.02

心血管疾病一直被看作為人類歷史上嚴(yán)重制約人類健康生存與發(fā)展的障礙之一，世界上每年大約有超過2千萬人口死于心血管疾病，且該種疾病隨著社會發(fā)展程度與速度的加快而擴(kuò)展。傳統(tǒng)意義上針對心血管疾病一般采用冠狀動脈造影技術(shù)來測定冠狀動脈內(nèi)部的斑塊長度與血管內(nèi)狹窄度來測定血栓，但由于投射角度的限制在實(shí)際操作中并不能準(zhǔn)確的顯現(xiàn)出其真實(shí)情況，而血管內(nèi)超聲成像技術(shù)可以從血管內(nèi)部來測定血管腔的大小與結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的心血管疾病測定技術(shù)之一。

1 血管內(nèi)超聲成像探頭的現(xiàn)狀

血管內(nèi)超聲成像也被稱之為Intravascular Ultrasound，即IVUS技術(shù)，是一種將微型超聲探頭安裝在導(dǎo)管前段的技術(shù)，通過專業(yè)技術(shù)將導(dǎo)管深入到血管內(nèi)從而探查血管管壁的大小與結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)階段一種相對有效、直接、高質(zhì)量的超神診斷技術(shù)[1]。從技術(shù)角度來看，決定圖像質(zhì)量的關(guān)鍵在于超聲波的頻率與分辨率，但超聲的穿透力會隨著頻率的增加而明顯降低。IVUS所采用的導(dǎo)管其直徑不會超過3 mm，在探查冠狀動脈內(nèi)部結(jié)構(gòu)所使用的探頭超聲頻率為30 MHz左右，是一種近距離成像技術(shù)。

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)的初衷與方法不同，可以將IVUS成像系統(tǒng)分為兩種典型的類型，分別為機(jī)械旋轉(zhuǎn)類型與相控陣類型兩種。前者的構(gòu)成原理是電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在1800轉(zhuǎn)/min時，引導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)的單陣元換能器進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)信號的發(fā)出與接收，完成繪制圖像。后者則是使用電子相控陣系統(tǒng)，系統(tǒng)使用多個超聲傳感器有規(guī)律的陣元排列起來，并借助時序調(diào)控方法形成所需要的圖像。整個系統(tǒng)都有一整套完整的編碼進(jìn)行控制，當(dāng)?shù)谝唤M超聲傳感器發(fā)出超聲信號時，第二組則同步接受回饋的信號，不同陣組將多樣化的信號融合在一起形成完整的圖像[2]。兩種系統(tǒng)都可以準(zhǔn)確、高質(zhì)量的形成所需要的圖像，而之間的差異也主要是由于設(shè)備構(gòu)成結(jié)構(gòu)與使用方法引起的。不同的系統(tǒng)內(nèi)的換能器有著相異的特點(diǎn)，相應(yīng)的導(dǎo)管都有著非常明顯的差異設(shè)計(jì)，后者采用環(huán)陣設(shè)計(jì)可以獲得更好的穩(wěn)定性與可操控性，但是獲取的探測信號相對較弱，因此形成的圖像分辨率也相對前者較低。機(jī)械旋轉(zhuǎn)式探頭可以調(diào)整中心的頻率高達(dá)40 MHz，從而獲得更好地圖像分辨率，但是在掃描的過程中因?yàn)槭切D(zhuǎn)的，因此也會生成偽影。而相控陣探頭則不會產(chǎn)生偽影，且操作簡便，但是圖像的分辨率較小[3]。

2 血管內(nèi)超聲成像探頭技術(shù)發(fā)展

IVUS技術(shù)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展也在不斷前行，大部分探頭的材料是使用帶壓電陶瓷材料，該種材質(zhì)的機(jī)械性強(qiáng)度較好，且造價相對較低，可以普遍的應(yīng)用在國內(nèi)大部分醫(yī)療中心，而為了獲得更好的圖像分辨率，就必須對材料進(jìn)行升級，因此IVUS復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生[4]。復(fù)合材料所制作的探頭其分辨率更好，但制作成本相對較高，而隨著MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)的衍生與發(fā)展，出現(xiàn)了一種更加微型化的換能器——CMUTs，該換能器的電極極具彈性，因此只有施加相應(yīng)的電壓就會產(chǎn)生聲波，而且該設(shè)備可以借助光刻技術(shù)進(jìn)行制造，且可以利用MEMS技術(shù)制作形狀相異的換能器陣列[5]。此外，CMUTs設(shè)備的頻率不是固定的，它可以在工作過程中根據(jù)電壓流動與數(shù)值做出相應(yīng)的改變，在導(dǎo)航的過程中可以降低頻率從而完成更深的穿透，而在做出相應(yīng)的診斷時則采用較高頻率，從而獲得高分辨率圖像。需要注意的是，該換能器是現(xiàn)階段相對先進(jìn)的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)3D-血管內(nèi)超聲成像，因此所顯示出的圖像畫面更加直接生動，幫助醫(yī)生更加準(zhǔn)確的判斷病情。

現(xiàn)有的IVUS探頭產(chǎn)品市場基本被兩家公司占領(lǐng)，隨著壓電材料和制作工藝的不斷發(fā)展，特別是MEMS加工技術(shù)的發(fā)展，IVUS探頭技術(shù)也在頻率、帶寬、分辨率等方面不斷的進(jìn)步[6]。未來的發(fā)展趨勢仍然是通過引入新型材料，創(chuàng)新制造工藝，朝著高性能方向不斷發(fā)展。特別是結(jié)合材料科學(xué)、集成電路芯片技術(shù)的革新，IVUS換能器將向著進(jìn)一步小型化以滿足細(xì)小血管的成像需求，多陣元陣列化滿足多模式成像與成像治療相結(jié)合等方向發(fā)展。

3 討 論

綜上所述，在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的推動下，血管內(nèi)超聲成像技術(shù)成為衡量心血管疾病的重要技術(shù)方法之一，它可以更加直觀、便捷、準(zhǔn)確的判斷病患的情況，且隨著生物科技的發(fā)展，其所生成的圖像清晰度更高，甚至可以生成3D圖像，由此可見，血管內(nèi)超聲成像技術(shù)值得臨床廣泛推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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本文編輯：吳宏艷