血管内超声成像探头的现状与研究进展

董巧丽

【摘要】随着现代科学技术的发展，血管成像技术逐渐朝向多样化方向发展，该项技术的不断研发推动着我国针对心血管疾病治疗技术的前行，其中，血管内超声成像探头技术就是通过在导管的前段安装一个微型超声探头从而获取血管内部管腔的横截面图像，该图像在一定程度上可以很好的说明冠状动脉血管内的情况，因此被看作为现阶段心血管疾病最为准确的检验标准之一，基于此，本文通过对血管内超声成像探头技术发展的现状与进展进行分析，找到未来治疗心血管疾病的新出路与新方向。

【关键词】超声成像；冠状动脉；微型探头

【中图分类号】R541.4 【文献标识码】A 【文章编号】ISSN.2095-6681.2016.04.00.02

心血管疾病一直被看作为人类历史上严重制约人类健康生存与发展的障碍之一，世界上每年大约有超过2千万人口死于心血管疾病，且该种疾病随着社会发展程度与速度的加快而扩展。传统意义上针对心血管疾病一般采用冠状动脉造影技术来测定冠状动脉内部的斑块长度与血管内狭窄度来测定血栓，但由于投射角度的限制在实际操作中并不能准确的显现出其真实情况，而血管内超声成像技术可以从血管内部来测定血管腔的大小与结构，是现阶段较为先进的心血管疾病测定技术之一。

1 血管内超声成像探头的现状

血管内超声成像也被称之为Intravascular Ultrasound，即IVUS技术，是一种将微型超声探头安装在导管前段的技术，通过专业技术将导管深入到血管内从而探查血管管壁的大小与结构，是现阶段一种相对有效、直接、高质量的超神诊断技术[1]。从技术角度来看，决定图像质量的关键在于超声波的频率与分辨率，但超声的穿透力会随着频率的增加而明显降低。IVUS所采用的导管其直径不会超过3 mm，在探查冠状动脉内部结构所使用的探头超声频率为30 MHz左右，是一种近距离成像技术。

根据技术设计的初衷与方法不同，可以将IVUS成像系统分为两种典型的类型，分别为机械旋转类型与相控阵类型两种。前者的构成原理是电机转速保持在1800转/min时，引导导体内的单阵元换能器进行相应的旋转，从而实现信号的发出与接收，完成绘制图像。后者则是使用电子相控阵系统，系统使用多个超声传感器有规律的阵元排列起来，并借助时序调控方法形成所需要的图像。整个系统都有一整套完整的编码进行控制，当第一组超声传感器发出超声信号时，第二组则同步接受回馈的信号，不同阵组将多样化的信号融合在一起形成完整的图像[2]。两种系统都可以准确、高质量的形成所需要的图像，而之间的差异也主要是由于设备构成结构与使用方法引起的。不同的系统内的换能器有着相异的特点，相应的导管都有着非常明显的差异设计，后者采用环阵设计可以获得更好的稳定性与可操控性，但是获取的探测信号相对较弱，因此形成的图像分辨率也相对前者较低。机械旋转式探头可以调整中心的频率高达40 MHz，从而获得更好地图像分辨率，但是在扫描的过程中因为是旋转的，因此也会生成伪影。而相控阵探头则不会产生伪影，且操作简便，但是图像的分辨率较小[3]。

2 血管内超声成像探头技术发展

IVUS技术随着微电子技术的发展也在不断前行，大部分探头的材料是使用带压电陶瓷材料，该种材质的机械性强度较好，且造价相对较低，可以普遍的应用在国内大部分医疗中心，而为了获得更好的图像分辨率，就必须对材料进行升级，因此IVUS复合材料应运而生[4]。复合材料所制作的探头其分辨率更好，但制作成本相对较高，而随着MEMS（微机电系统）技术的衍生与发展，出现了一种更加微型化的换能器——CMUTs，该换能器的电极极具弹性，因此只有施加相应的电压就会产生声波，而且该设备可以借助光刻技术进行制造，且可以利用MEMS技术制作形状相异的换能器阵列[5]。此外，CMUTs设备的频率不是固定的，它可以在工作过程中根据电压流动与数值做出相应的改变，在导航的过程中可以降低频率从而完成更深的穿透，而在做出相应的诊断时则采用较高频率，从而获得高分辨率图像。需要注意的是，该换能器是现阶段相对先进的设备，可以实现3D-血管内超声成像，因此所显示出的图像画面更加直接生动，帮助医生更加准确的判断病情。

现有的IVUS探头产品市场基本被两家公司占领，随着压电材料和制作工艺的不断发展，特别是MEMS加工技术的发展，IVUS探头技术也在频率、带宽、分辨率等方面不断的进步[6]。未来的发展趋势仍然是通过引入新型材料，创新制造工艺，朝着高性能方向不断发展。特别是结合材料科学、集成电路芯片技术的革新，IVUS换能器将向着进一步小型化以满足细小血管的成像需求，多阵元阵列化满足多模式成像与成像治疗相结合等方向发展。

3 讨 论

综上所述，在现代技术发展的推动下，血管内超声成像技术成为衡量心血管疾病的重要技术方法之一，它可以更加直观、便捷、准确的判断病患的情况，且随着生物科技的发展，其所生成的图像清晰度更高，甚至可以生成3D图像，由此可见，血管内超声成像技术值得临床广泛推广与应用。

参考文献

[1] 何芳丽，杨继庆，周建学，卜 欣.血管超声弹性成像的研究现状与发展趋势[J].医疗卫生装备，2014，35：103-105，112.

[2] 孙 正，韩朵朵，王健健.血管内光声成像图像重建的研究现状[J].光电工程，2015，42：20-27.

[3] 安玉林，周锡明，沙宪政.医用超声探头的研究进展[J].中国医疗设备，2015，30（03）：71-73，62.

[4] 王晓芳，陈海涛，杨丽春.血管内超声的临床应用进展[J].长治医学院学报，2012，26：158-160.

[5] 余 纯，董 漪，韩 翔，董 强.血管内超声在脑血管影像的应用[J].中华脑血管病杂志（电子版），2013，7（04）：210-217.

[6] 彭 珏，覃正笛，刁现芬，金 程，汪天富，陈思平.医学超声关键技术研究和进展（一）超声换能器与超声编码技术[J].生物医学工程学进展，2013，34：21-27.

本文编辑：吴宏艳