高分辨率血管内光声成像系统的设计与实现

摘要

目前我国每年心脑血管病的死亡人数约350万，而易损斑块破裂是导致急性心脑血管疾病的重要原因，因此临床上需要一种可有效判别斑块易损性的诊断工具。临床上常用的冠状动脉造影、血管内超声、光学相干断层成像等方法可提供斑块的结构信息，但无法提供化学成分信息，因而无法全面判断斑块易损性。新兴的光声成像技术在获取斑块组织成分方面表现出巨大潜力，但现有血管内光声成像仍存在分辨率较低、探头尺寸较大以及成像速度慢的不足，难以满足斑块精细观察的要求。因此，研究高分辨率血管内光声成像技术将有利于检测易损斑块。
　　本文从以下几个方面介绍了高分辨率血管内光声成像系统的设计研究。在光声理论部分中，文中从光声信号产生机理、声波在组织中的传播特性以及光声信号接收方法等方面进行分析，为光声成像系统的设计提供了理论依据。
　　在系统的设计与搭建部分中，文中从硬件和控制软件两个方面进行设计研究。在系统硬件设计方面，首先根据提出的设计目标，提出了相应的整体设计方案；然后通过对微小尺寸下光学聚焦、光声探测以及精密拼装等关键问题的研究，设计并制作出聚焦光斑约20μm、外径尺寸0.9 mm以及支持光声/超声成像的光声探头；最后根据光纤耦合效率影响因素的分析，设计并搭建了由光束整形、准直、聚焦以及光纤耦合调节模块组成的单模光纤耦合光路。在控制软件设计方面，在系统工作流程的基础上，根据系统硬件的同步时序以及数据采集时序，分别设计了控制主程序和数据采集程序的流程图。在此基础上，实现了LabVIEW系统控制界面的编程。基于以上的研究成果，已形成一套完整的高分辨率血管内光声成像系统，且成像速度达到1帧/秒。
　　在实验研究部分，文中设计了一系列实验来测试新建系统的性能。首先对光声成像的信噪比以及分辨率进行测定；然后对血管支架进行扫描成像实验，得到了三维光声和超声图像；最后设计激发脂质仿体产生光声信号的实验，结果显示系统探测到了脂肪成分产生的光声信号，从而验证了对斑块脂质成分的识别能力。
　　本文设计并搭建了一套高分辨率血管内光声成像系统，并在此基础上得到了血管支架的三维光声/超声图像以及脂质仿体的光声信号，验证了该系统的实际应用潜力。通过本文的工作，可以预见发展高分辨率血管内光声成像技术将有利于提高斑块易损性的诊断，有望为降低急性心脑血管疾病提供帮助。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 易损斑块的影像学检测方法

1.3 光声成像技术的介绍

1.4 血管内光声成像的研究现状

1.5 本论文主要研究内容

第2章 血管内光声成像技术的理论基础

2.1 光声信号的产生机理

2.2 光声信号在组织中的传输

2.3 光声信号的接收方法

2.4 本章小结

第3章 血管内光声成像系统的硬件设计

3.1 系统硬件的总体设计

3.2 高分辨血管内光声成像探头的设计

3.3 单模光纤耦合光路的设计

3.4 本章小结

第4章 血管内光声成像系统的控制设计

4.1 系统的工作流程

4.2 系统控制主程序的设计

4.3 数据采集程序的设计

4.4 电动平移台控制程序的设计

4.5 LabVIEW系统控制界面

4.6 本章小结

第5章 血管内光声成像系统的实验研究

5.1 系统性能测试实验

5.2 心脏血管支架的光声成像研究

5.3 斑块脂质仿体的光声成像研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

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