血管內超聲成像探頭的現狀與研究進展

董巧麗

【摘要】隨著現代科學技術的發展，血管成像技術逐漸朝向多樣化方向發展，該項技術的不斷研發推動著我國針對心血管疾病治療技術的前行，其中，血管內超聲成像探頭技術就是通過在導管的前段安裝一個微型超聲探頭從而獲取血管內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的情況，因此被看作為現階段心血管疾病最為準確的檢驗標準之一，基于此，本文通過對血管內超聲成像探頭技術發展的現狀與進展進行分析，找到未來治療心血管疾病的新出路與新方向。

【關鍵詞】超聲成像；冠狀動脈；微型探頭

【中圖分類號】R541.4 【文獻標識碼】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重制約人類健康生存與發展的障礙之一，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展程度與速度的加快而擴展。傳統意義上針對心血管疾病一般采用冠狀動脈造影技術來測定冠狀動脈內部的斑塊長度與血管內狹窄度來測定血栓，但由于投射角度的限制在實際操作中并不能準確的顯現出其真實情況，而血管內超聲成像技術可以從血管內部來測定血管腔的大小與結構，是現階段較為先進的心血管疾病測定技術之一。

1 血管內超聲成像探頭的現狀

血管內超聲成像也被稱之為Intravascular Ultrasound，即IVUS技術，是一種將微型超聲探頭安裝在導管前段的技術，通過專業技術將導管深入到血管內從而探查血管管壁的大小與結構，是現階段一種相對有效、直接、高質量的超神診斷技術[1]。從技術角度來看，決定圖像質量的關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所采用的導管其直徑不會超過3 mm，在探查冠狀動脈內部結構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。

根據技術設計的初衷與方法不同，可以將IVUS成像系統分為兩種典型的類型，分別為機械旋轉類型與相控陣類型兩種。前者的構成原理是電機轉速保持在1800轉/min時，引導導體內的單陣元換能器進行相應的旋轉，從而實現信號的發出與接收，完成繪制圖像。后者則是使用電子相控陣系統，系統使用多個超聲傳感器有規律的陣元排列起來，并借助時序調控方法形成所需要的圖像。整個系統都有一整套完整的編碼進行控制，當第一組超聲傳感器發出超聲信號時，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]。兩種系統都可以準確、高質量的形成所需要的圖像，而之間的差異也主要是由于設備構成結構與使用方法引起的。不同的系統內的換能器有著相異的特點，相應的導管都有著非常明顯的差異設計，后者采用環陣設計可以獲得更好的穩定性與可操控性，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。機械旋轉式探頭可以調整中心的頻率高達40 MHz，從而獲得更好地圖像分辨率，但是在掃描的過程中因為是旋轉的，因此也會生成偽影。而相控陣探頭則不會產生偽影，且操作簡便，但是圖像的分辨率較小[3]。

2 血管內超聲成像探頭技術發展

IVUS技術隨著微電子技術的發展也在不斷前行，大部分探頭的材料是使用帶壓電陶瓷材料，該種材質的機械性強度較好，且造價相對較低，可以普遍的應用在國內大部分醫療中心，而為了獲得更好的圖像分辨率，就必須對材料進行升級，因此IVUS復合材料應運而生[4]。復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（微機電系統）技術的衍生與發展，出現了一種更加微型化的換能器——CMUTs，該換能器的電極極具彈性，因此只有施加相應的電壓就會產生聲波，而且該設備可以借助光刻技術進行制造，且可以利用MEMS技術制作形狀相異的換能器陣列[5]。此外，CMUTs設備的頻率不是固定的，它可以在工作過程中根據電壓流動與數值做出相應的改變，在導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，該換能器是現階段相對先進的設備，可以實現3D-血管內超聲成像，因此所顯示出的圖像畫面更加直接生動，幫助醫生更加準確的判斷病情。

現有的IVUS探頭產品市場基本被兩家公司占領，隨著壓電材料和制作工藝的不斷發展，特別是MEMS加工技術的發展，IVUS探頭技術也在頻率、帶寬、分辨率等方面不斷的進步[6]。未來的發展趨勢仍然是通過引入新型材料，創新制造工藝，朝著高性能方向不斷發展。特別是結合材料科學、集成電路芯片技術的革新，IVUS換能器將向著進一步小型化以滿足細小血管的成像需求，多陣元陣列化滿足多模式成像與成像治療相結合等方向發展。

3 討 論

綜上所述，在現代技術發展的推動下，血管內超聲成像技術成為衡量心血管疾病的重要技術方法之一，它可以更加直觀、便捷、準確的判斷病患的情況，且隨著生物科技的發展，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，血管內超聲成像技術值得臨床廣泛推廣與應用。

參考文獻

[1] 何芳麗，楊繼慶，周建學，卜 欣.血管超聲彈性成像的研究現狀與發展趨勢[J].醫療衛生裝備，2014，35：103-105，112.

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[3] 安玉林，周錫明，沙憲政.醫用超聲探頭的研究進展[J].中國醫療設備，2015，30（03）：71-73，62.

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[6] 彭 玨，覃正笛，刁現芬，金 程，汪天富，陳思平.醫學超聲關鍵技術研究和進展（一）超聲換能器與超聲編碼技術[J].生物醫學工程學進展，2013，34：21-27.

本文編輯：吳宏艷