射頻功率放大器基于高頻超聲的血管內(nèi)雙模成像方法的研究
實驗名稱：高頻超聲血管內(nèi)成像實驗
研究方向：心血管疾病已經(jīng)成為全球致死致殘率最高的疾病，每年有超過兩千萬的人死于心血管疾病。血管內(nèi)超聲成像是一種內(nèi)窺影像學工具，可以直觀的反映血管內(nèi)部的組織及病變情況，該技術(shù)將超聲成像技術(shù)與導管介入技術(shù)相結(jié)合，不僅可以提供血管內(nèi)管腔組織及斑塊的形態(tài)信息，而且可以提供詳細的組織結(jié)構(gòu)性質(zhì)特征，為臨床血管內(nèi)疾病的診斷治療提供精確的影像學指導。
現(xiàn)代臨床醫(yī)學證明，血管內(nèi)壁上斑塊的產(chǎn)生和增大是引起血管堵塞硬化、心血管急性病變和腦中風、猝死的主要原因。對病變斑塊的具體形態(tài)學位置進行早期的預測、診斷、有效干預和處理是防治心血管疾病的一項重要任務(wù)。血管內(nèi)斑塊的產(chǎn)生會導致血液循環(huán)流通不順暢，容易在狹窄處產(chǎn)生血栓等問題，而且狹窄的程度也影響血流在該處的流速，所以血流流速值也是斑塊形態(tài)學位置診斷的一個重要的參數(shù)。在血管內(nèi)組織成像檢測斑塊的同時，對血管內(nèi)血流流速及血流流量進行同步檢測，對于超聲血管內(nèi)成像檢測的安全性、實時性、可靠性提供了很大的參考意義和保障。醫(yī)學超聲成像技術(shù)以其無輻射、實時性好、對軟組織鑒別力較高、儀器使用操作方便、價格低廉等特點，成為現(xiàn)代醫(yī)學成像中關(guān)鍵的診斷技術(shù)，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法[2]。血管內(nèi)超聲(Intravascularultrasound,IVUS)成像技術(shù)為醫(yī)學超聲成像中專門應用于心血管疾病檢測的一種特殊成像技術(shù)。對于評估動脈粥樣斑塊形態(tài)和組織性質(zhì)、斑塊在血液循環(huán)中的易損程度及危害性評估、相關(guān)藥物治療和非藥物性干預進程等血管內(nèi)的診斷及治療有重要的應用[3]。IVUS技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被應用到人體冠狀動脈甚至更細小血管如腦部血管等進行血管內(nèi)成像。隨著微電子電路技術(shù)和內(nèi)窺換能器導管生產(chǎn)工藝的發(fā)展，新開發(fā)的成像系統(tǒng)成像幀率越來越高，圖像分辨率也有很大的提高并且儀器的可操作性也有很好的改善。
實驗目的：測試換能器導管性能否符合前期設(shè)計預期的參數(shù)要求，帶寬及回波幅值都處于較好的狀態(tài)，可以滿足多普勒信號及B-mode信號的采集需求，同時也滿足血管內(nèi)組織信息檢測的分辨率及成像探測深度要求。
測試設(shè)備：射頻功率放大器、前置放大器、數(shù)字示波器、IVUS換能器等。
實驗過程：主電路板控制部分主要是由FPGA產(chǎn)生邏輯時序控制信號、進行數(shù)字信號處理及圖像數(shù)據(jù)緩存，再通過高速傳輸模塊USB3.0與上位機進行通信及數(shù)據(jù)傳輸，由上位機軟件界面進行實驗參數(shù)設(shè)定及進行實時成像。同時數(shù)字信號DA轉(zhuǎn)換后經(jīng)ATA-8202射頻功率放大器放大，超聲換能器在功率放大器的驅(qū)動下產(chǎn)生超聲振動，實現(xiàn)壓電晶片產(chǎn)生與外部激勵信號中心頻率相同的共振現(xiàn)象，實驗系統(tǒng)流程圖如圖1-1。
圖1-1系統(tǒng)流程框圖
實驗結(jié)果：
圖1-2前視探頭回波實測結(jié)果
血管內(nèi)雙模超聲換能器導管總管徑小于1mm，管具尾端導出兩根0.4mm的同軸電纜。該導管包括前視換能器及側(cè)視換能器兩個部分。將制作好的換能器放置在清水缸中，位置正對著固體介質(zhì)，該介質(zhì)懸掛在三維立體支架上，以便回波采集過程中對于這一反射介質(zhì)的方向進行三維調(diào)試。使用脈沖發(fā)生器給予換能器激勵信號，回波信號通過前置放大器可以同步接收并且可連接到示波器中顯示。通過示波器上面回波信號的引導，邊激勵邊調(diào)整固體介質(zhì)方向位置使得回波幅值達到可測到的最大水平，然后使用示波器中的信號處理功能，對采集到的回波信號進行快速傅里葉變換，而后選取傅里葉變換后幅值最大的點，選取該位點前后-6dB的頻率范圍計算出換能器的中心頻率及帶寬通過換能器回波測試得到，前視換能器中心頻率實測為23.4MHz，帶寬為50.7%，50Ω條件下回波幅度為0.654V，如圖1-2。此換能器導管性能符合前期設(shè)計預期的參數(shù)要求，帶寬及回波幅值都處于較好的狀態(tài)，可以滿足多普勒信號及B-mode信號的采集需求，同時也滿足血管內(nèi)組織信息檢測的分辨率及成像探測深度要求。
射頻功率放大器推薦：ATA-8000系列
圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標參數(shù)
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