超声成像系统的主要构成与应用

血管内超声成像系统主要包括超声探头、导管回撤装置和超声主机，如图3-1所示。

图3-1 血管内超声成像系统实物图

a） 各种血管内超声探头 b）导管回撤装置 c）Volcano IVG3血管内超声主机

（1）超声探头

IVUS导管的直径为2.6～9F（即0.86mm～2.97mm），可适合于冠状动脉或周围血管（如腹主动脉）的成像。用于冠状动脉的超声导管直径多为2.6～3.5F（即0.96mm～1.17mm）。一般来说，换能器发射的超声波频率越高，其分辨率就越高，但穿透力也越低。用于冠状动脉内显影的超声探头的频率一般为20～50MHz，轴向和侧向分辨率分别为80～110μm和200μm。

超声探头的种类很多，一般可根据靶血管来选择不同外径和长度的导管，其核心部件是安装于导管顶端的微型超声晶体换能器（即超声探头）。超声换能器控制脉冲的重复频率和时相。需要大约25f／s横断面图像才能进行实时二维显像，如果每个血管横断面以250条扫描线进行扫描，脉冲重复频率至少需要6250Hz，就是说两个连续发射的脉冲之间的间隔为80μs。

超声探头分为机械旋转式和电子相控阵列式两种，机械旋转式导管如图3-2所示。前者又可分为单晶体旋转型和旋转反射镜型。单晶体旋转型探头安装在导管的顶端，以1200～1800转／分钟（rpm）的速度旋转，超声束环绕血管周径作360度扫描，以每秒30帧的速度获取血管横切面的超声图像，可实时显示血管横断面的二维图像，临床应用广泛。

图3-2 机械旋转式超声探头

电子相控阵列式导管有32～64个超声晶体，环状有序地排列于导管顶端，以一定的时间差由各晶体发射超声束获得血管横断面图像，具有管径小，柔软性好的优点。(www.xing528.com)

目前市场上的超声探头频率通常为20～50MHz，对血管内膜等组织结构清晰可辨。若频率增加，轴向分辨率可增加，但探测深度会下降。此外，频率在30MHz以上时血液中红细胞的散射可产生较多伪像，会过高估计斑块。相对低的频率（10～20MHz）主要用于心脏内结构的显像，如心瓣膜和房间隔等。

脉冲发生器产生的短电压脉冲作用于探头上的压电晶体。正常振荡电压脉冲的振幅（传播压）和间期（传播频率）是可调的。一般的振幅使用范围为50～100 V，间期为100～300Ms，相应的传播频率为10～40MHz。接收器对探头接收到的微弱的返回电压信号进行放大。脉冲在组织中传播时会发生衰减，因此为了弥补因距离引起的回声振幅的衰减，采用时间有关的补偿（如深度补偿和时间增益补偿），并使用滤波器降低信号的噪声。

（2）超声主机

超声主机包括记录高频超声信号，以及将其转换为灰阶图像的硬件和软件，能够对血管切面灰阶图像进行显示、增强和测量等处理。图像采用数字化光盘记录，供事后分析。

在显示器上显示图像时，由于人的眼睛只能分辨200个灰阶，而接收到的信号动态范围要宽得多（约50dB），因此需采用逻辑压缩以防止信号的丢失。对高频超声信号进行调制后，按照255个增强等级用8bit的模-数（A-D）转换进行数字化处理，产生数字信号，并将其转变成几何形式进行显示，如图3-3所示。

图3-3 超声转换原理示意图

a） 对血管的扫描 b）二维显像 c）扫描转换图像

目前在售的IVUS成像仪自带的图像处理系统可以对图像序列进行后处理，例如：对几帧连续的图像进行平滑处理，以降低噪声，增强图像质量；动态观察或静态冻结图像，冻结图像时可进行相应的定量测量；定时重建三维血管等。