血管内超声（IVUS）换能器仿真设计与研制

【摘要】血管内超声（IntravascularUltrasound,IVUS）是一种新型微创性诊断方法，该方法能够分析血管的狭窄程度及其管壁形态，能够应用于在冠心病的介入性诊疗并得到很好的治疗效果。作为IVUS系统里最关键的组成部分，IVUS换能器具有体积小、高频、高分辨率等特点，广泛应用于在心血管疾病诊断中，可以获得高分辨率的高质量图像。IVUS超声换能器主要包括压电振片、匹配层、电极和背衬层等部分。在制造过程中各部分的厚度是决定超声换能器性能的一个非常重要的参数，使用有限元仿真的方法对各组成部分的厚度的影响进行系统和详细的分析可以优化制造过程为IVUS超声换能器的设计与制造提供有价值的指导信息。本文第1章介绍IVUS的概况以及IVUS换能器；第2章主要介绍换能器声学基础、IVUS换能器的设计方法与IVUS换能器的有限元仿真方法；第3章分析了不同条件下换能器的振动情况，比对了不同参数下的换能器的性能；与第3章对应，第4章分析了不同条件下换能器的声场，比对了不同参数下的换能器的声场；第5章则着重分析了不同参数的换能器的瞬态响应特性并与实际样品进行了比较。通过仿真与实际测试，可以发现：40μm厚度的压电振片的共振频率位于50MHz附近，适用于设计工作频率在50MHz的IVUS超声换能器，且在50MHz的电学激励下，压电振片发生振动时同时存在厚度振动模态，径向放射模态等；而匹配层的加入会在导纳曲线中引入其他的共振频率，对IVUS换能器的谐振频、反谐振频率皆产生较大的影响，尤其以第二层匹配层的影响较大；而声场结果表明匹配层可以有效改善声波透射的效率，提高声场发射的强度；加入背衬层可以改善声场的特性，一定程度上改善了导纳曲线，但背衬层的厚度变化对声场的影响较小；通过对不同参数的换能器进行比较，得到换能器压电振片、第一匹配层、第二匹配层、背衬层的优化厚度分别为40μm、13.5μm、11μm、160μm；按照这样的参数进行了瞬态响应分析并与实际测试进行了比较，结果表明仿真分析与实验结果具有较高的重合性，但仍然存在一定的误差。上述结果表明使用有限元方法进行IVUS优化设计是可行并有效的，可以直观地指导IVUS换能器的设计与制造，从而缩短IVUS设计与制造的周期，对于减少时间与物质上的投入具有较大的意义。
【作者】李章剑；
【导师】崔崤峣；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程（专业学位），2013，硕士
【关键词】IVUS换能器；仿真优化；声场仿真；换能器制造；

【参考文献】
[1]王宇光.O，O-二乙基甲基亚膦酸酯的合成及应用研究[D].浙江工业大学,农药学,2004,硕士.
[2]吴慧群.澳门危机管理机制与对策研究[D].华中科技大学,行政管理,2013,硕士.
[3]孙学川.三坐标测量机测量弧齿锥齿轮的一般方法研究[D].宁夏大学,机械工程,2014,硕士.
[4]王琳.水飞蓟素治疗丙型肝炎肝功能损害疗效的meta分析[D].广西医科大学,传染病学（专业学位）,2013,硕士.
[5]王真.美国研究生教育淘汰制及启示[D].河北师范大学,教育学原理,2012,硕士.
[6]杨宗奎.基于综合评价方法的软件质量评价系统研究[D].西安电子科技大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[7]陈智,尹华军,卫云燕,刘庆.夜间增温和施氮对川西亚高山针叶林土壤有效氮和微生物特性的短期影响[J].植物生态学报,2010,11:1254-1264.
[8]吴彤.立信会计师事务所核心竞争力研究[D].苏州大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[9]王云龙,许振柱,周广胜.水分胁迫对羊草光合产物分配及其气体交换特征的影响[J].植物生态学报,2004,06:803-809.
[10]夏宇.侵占罪若干疑难问题研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[11]张沛超,姜健宁,杨漪俊,刘韶俊.智能变电站配置信息的全生命周期管理[J].电力系统自动化,2014,10:85-89+131.
[12]周峰.聚（己二酸—四甘醇酯）增塑剂的合成与应用[D].武汉纺织大学,纺织材料与纺织品设计,2013,硕士.
[13]李莎.微型机器人系统设计和路径规划研究[D].北京交通大学,电路与系统,2013,硕士.
[14]张景伟.NBA中锋特点与球队战术的分析研究[D].山东师范大学,体育（专业学位）,2013,硕士.
[15]李春能.中西学者学术论文中连接状语对比研究[D].华中师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[16]景世中.“营改增”对物流行业财税处理的影响分析[D].云南财经大学,税务（专业学位）,2014,硕士.
[17]何丹,钱玉趾.鲁迅《社戏》“掉”与“棹”辨正[J].文史杂志.2005(03)
[18]李多.介孔炭/硫复合正极材料制备及电化学性能研究[D].大连理工大学,化学工艺,2013,硕士.
[19]谭民.CIMS装配和拆卸生产线的可靠性分析[J].控制与决策,1994,04:266-270+300.
[20]余燕红.石黑一雄小说《长日留痕》的叙事学解读[D].浙江工商大学,英语语言文学,2013,硕士.
[21]马程程.社会主义初级阶段与中国特色社会主义建设基本方略研究[D].东北师范大学,马克思主义发展史,2014,博士.
[22]胡彬.钛基钠离子电池负极材料制备与性能研究[D].上海交通大学,2014.
[23]宋玲玲.标准对中国经济贸易发展的正负效应[D].东北财经大学,国际贸易学,2003,硕士.
[24]斯幸峰.片段化生境中繁殖鸟类群落的物种周转与β多样性[D].浙江大学,生态学,2014,博士.
[25]尹君红.对2型糖尿病大鼠模型血清胰岛素水平及胰腺β细胞mRNA表达的研究[D].河北医科大学,内科学,2013,硕士.
[26]梁鲁娟.Turbo码与网络编码的联合设计[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[27]梁波罗.LNCaP前列腺癌细胞激素非依赖性转变过程中基因甲基化的相关研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[28]孙峰.企业策略与人力资源管理的整合[D].中国社会科学院研究生院,企业管理,2003,硕士.
[29]柳溪.接触压力对微动疲劳行为的影响及寿命预测[D].浙江工业大学,2007.
[30]汪涛.基于链接分析的网络信息行为研究[D].安徽大学,情报学,2013,硕士.
[31]张佳利,沈广霞,郭守武.化学还原的单层氧化石墨烯的电学性质研究[A].中国化学会.中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C].中国化学会:,2010:1.
[32]邹伟.大跨径预应力混凝土连续梁桥施工应力监控的研究[D].吉林大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[33]罗咏欣.基于计算动词规则的自适应差分进化算法[D].厦门大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[34]许晓晨.天津港环球滚装码头有限公司综合信息管理系统的设计和应用研究[D].天津大学,物流工程,2013,硕士.
[35]何道伟.富勒烯与石墨烯器件的电子特性比较研究[D].江南大学,2012.
[36]伍卫刚.三维打印技术制备多药控释型载药人工骨及其治疗慢性骨髓炎的实验研究[D].华中科技大学,2010.
[37]严轩.土灭火车取土碎土装置的设计[D].中南林业科技大学,农业推广,2014,硕士.
[38]赵坚.赵坚:大都市区如何破题[J].中国房地产业,2014,12:40-43.
[39]戴思远.六氟环氧丙烷的合成工艺研究[D].浙江大学,应用化学,2014,硕士.
[40]张春雨.长春市城市社区居家养老服务站问题与对策研究[D].长春工业大学,社会保障,2013,硕士.
[41]郑舒雯.汞污染场地土壤中汞的空间分布及污染评价[D].兰州大学,环境工程（专业学位）,2013,硕士.
[42]曾伟.WebGIS矿井安全监测网络信息管理系统[D].煤炭科学研究总院,2003.
[43]曲良体.3维度依赖的石墨烯新应用[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会：低维碳材料[C].中国化学会:,2014:1.
[44]李栋.基于免疫系统的小样本在线学习异常检测与故障诊断方法[D].上海大学,机械电子工程,2014,博士.
[45]秦捷.邻近肾脏原发性腹膜后肿瘤的临床分析[D].首都医科大学,外科学,2014,硕士.
[46]吕伟,韩晓鹏,杨全红.石墨烯/金属氧化物复合材料的制备及电化学性能研究[A].中国仪器仪表学会仪表材料分会、重庆仪表材料研究所、中南大学、《功能材料》期刊社.第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C].中国仪器仪表学会仪表材料分会、重庆仪表材料研究所、中南大学、《功能材料》期刊社:,2010:1.
[47]程梦婷.石墨烯材料在有机污染物固相微萃取及质谱分析中的应用[D].中国科学技术大学,2014.
[48]刘莉莉.信用评级机构的侵权责任研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[49]金海峰.基于组态技术的污水厌氧处理实时监控系统的研究和开发[D].西安理工大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[50]王道勇.论社会关系资源在城市反贫困中的运用[D].河北大学,人口学,2003,硕士.