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基于导管的血管内超声(Intravascular Ultrasound,IVUS)是一种微创的导管介入技术,能有效评估血管的狭窄程度及其管壁形态。商用的IVUS将细长的超声导管插入冠状动脉,通过机械旋转获取血管壁的剖面图,实现血管壁病变的实时检测。然而,现有的机械式旋转IVUS导管工作方式采用外置马达结合长距离的柔性驱动轴的方式实现对血管壁的圆周扫查。当导管通过长的弯曲血管段时,柔性驱动轴会与导管内壁发生摩擦,造成图像的不均匀旋转扭曲(Non-uniform Rotational Distortion,NURD)。针对这个问题最为有效的方法是使用微型内置马取代外置马达驱动超声换能器或微型反射镜。这种方式避免了长距离的力矩传输,直接将微型马达集成在导管的前端,从理论上消除了驱动轴与导管内壁摩擦造成的不均匀旋转扭曲。在本文中,我们设计并研制了一种基于内置微型马达的血管内超声导管,并对这种超声导管的各个部件进行了研究。研制的新型成像导管的驱动马达,直径为1.2 mm,长度为3.7 mm,能保持稳定的转动状态。为了提高高频换能器的性能,本文使用性能优异的0.5 mm×0.5 mm、厚度为24μm的PMN-PT 1-3复合材料研制高频超声换能器,发射并接收超声波信号。同时,对导管材质做了初步的研究,选取一种对高频超声衰减小的材料作为透声管。为了测试微型马达各方面的性能,使用帧频为400 fps的高速摄像机拍摄马达的瞬时转动情况,并对马达在方波与正弦波两种驱动模式下的性能进行比较分析。结果表明,方波驱动下,其最大转速为167 RPS,转动力矩为1.23μNm,最大负载为0.1 g,最大转动误差为22°,该转动误差会造成较强的图像扭曲。正弦波驱动时,马达的最大转速为275 RPS,转动力矩为2.79μNm,最大转动误差仅7°。因此,正弦波驱动为马达的最佳驱动方式。本文对高频换能器的性能进行了表征,结果显示,换能器的-6 dB带宽为72%,中心频率为34 MHz,中心频率附近的灵敏度为14 dB,回波幅值达到1530 mV。本文完成了微型马达内置型血管内超声导管的集成,将研制的微型马达、换能器、导管等集成在一起,集成后导管直径为2 mm。搭建了基于内置马达的超声成像导管的数据采集平台,完成了成像算法的编写,并使用线靶与离体猪血管对导管的成像性能进行了评估。成像实验结果显示,正弦波驱动情况下,导管能清晰分辨线靶的位置、距离、数量等信息,清晰识别血管的轮廓与结构。通过线靶成像结果求得高频超声换能器的轴向与横向分辨率分别为92μm与135μm,具有较高的分辨率。实验结果表明基于内置微型马达的IVUS导管有望解决现有成像导管在弯曲血管段不均匀旋转而造成图像扭曲的问题。