什么是IVUS超聲？血管內(nèi)超聲（IVUS）是一種介入成像技術(shù)，采用特殊設(shè)計的成像導管，遠端裝配微型超聲探頭，近端連接超聲主機。該技術(shù)通過成像導管將微型超聲探頭置入血管腔內(nèi)，實時獲取血管壁結(jié)構(gòu)及管腔形態(tài)的精確影像。冠狀動脈是IVUS最常見的成像目標，當動脈壁產(chǎn)生動脈粥樣硬化后，數(shù)十年的演變會形成不穩(wěn)定的易損斑塊，其脫落可能引發(fā)血栓，導致中風或心臟病發(fā)作，IVUS可量化動脈壁內(nèi)的斑塊體積和/或管腔狹窄程度，尤其在血管造影結(jié)果不可靠時（如開口病變的管腔顯影不足，或血管重疊導致成像模糊的區(qū)域）具有重要價值。此外，IVUS還可用于評估狹窄治療的效果（如球囊擴張術(shù)、支架植入術(shù)的療效）及藥物治療的長期結(jié)果。
IVUS超聲引導PCI
IVUS裝配的難點
難點1：IVUS成像導管的結(jié)構(gòu)設(shè)計
IVUS成像導管主流有兩種基本設(shè)計類型：單陣元旋轉(zhuǎn)掃描式與相控陣電子掃描式。在IVUS成像導管設(shè)計時，首先需要明確應(yīng)用場景，如應(yīng)用于冠脈血管，優(yōu)先考慮采用機械旋轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu)，而應(yīng)用于外周血管，則可以考慮采用相控陣電子掃描式的結(jié)構(gòu)。單陣元旋轉(zhuǎn)掃描式成像導管由安裝在扭矩彈簧前端的單陣元換能器構(gòu)成，置于保護管內(nèi)，由外部的回撤控制裝置操控其旋轉(zhuǎn)掃描。這類成像導管由于導絲并行于超聲換能器之外，產(chǎn)生的IVUS圖像一直有導絲偽影存在，對血管探測造成了一定的角度缺失，這類成像導管一般直徑較小，通過性較好。而相控陣電子掃描式成像導管不含旋轉(zhuǎn)部件，其周向排列有換能器陣列，陣列通過不同時間延遲被順序激活，產(chǎn)生沿血管周向掃描的超聲束，該類成像導管應(yīng)用上更為安全，避免了非均勻旋轉(zhuǎn)失真?zhèn)斡埃瑫r其導絲在超聲探測器內(nèi)部，可避免導絲偽影。
血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)
難點2：超聲換能器的微型化制造
為把超聲換能器裝配于成像導管前端，換能器需要做的足夠小，通常為幾百微米的尺寸。壓電陶瓷是IVUS換能器常用的材料，陶瓷的晶粒尺寸通常呈不均勻分布，范圍在數(shù)微米至數(shù)十微米之間，這與壓電材料的目標厚度極為接近。當通過研磨工藝將陶瓷減薄至指定厚度時，隨著材料厚度逐漸接近晶粒尺寸，其機械強度會急劇下降，導致材料脆化。此時材料可能以晶粒形式剝落，造成材料均勻性惡化。用這種方法獲得的材料不僅壓電性能大幅衰減，其性能參數(shù)甚至可能變得不可預測——這一缺陷使得陶瓷材料難以適用于超高頻器件的制造。
經(jīng)典血管內(nèi)超聲設(shè)計
單晶材料具有極高的壓電常數(shù)d33和機電耦合系數(shù)kt，是制備高性能換能器的理想選擇。與陶瓷不同，單晶不受晶粒、孔隙率等因素限制，具備制造超高頻換能器的潛力。生長獲得的大尺寸單晶通常需要切割成晶片，由于單晶具有晶體學軸向，切割方向?qū)⒅苯佑绊懫鋲弘娦阅?mdash;—不同器件性能需求對應(yīng)不同的切割方式：晶面垂直于晶體x軸的切割稱為x-cut，其他軸向切割同理?；趩尉У母哳l超聲換能器制備過程需耗費大量時間精力，且隨著中心頻率的進一步提升，工藝難度可能呈現(xiàn)非線性增長。
壓電材料微觀結(jié)構(gòu)
ADTE高端有源醫(yī)療裝備技術(shù)展將于2025年9月24-26日在上海世博展覽館2號館與2025Medtec同期舉辦，展品品類囊括芯片傳感，集成電路，連接器線束，電源電機，軟件配套，AI，5G智慧醫(yī)療，影像設(shè)備核心組件，光學組件，內(nèi)窺鏡部件，激光器，成像解決方案等，無錫怡聲微納醫(yī)療科技有限公司、重慶安美科技有限公司、深圳市三平影像科技有限公司、思脈得（嘉興）醫(yī)療科技有限公司、惠州市鼎新光電有限公司、東莞市全視光電科技有限公司等眾多國內(nèi)外領(lǐng)先成像解決方案企業(yè)已經(jīng)確定參展。
難點3：IVUS探頭封裝
IVUS成像探頭的封裝有兩種形式，第一種封裝方式結(jié)構(gòu)的特點是芯線連接陣元表面，屏蔽線連接陣元背面（接地或參考電極），這種形式芯線直接傳輸高頻電信號至陣元表面，激發(fā)壓電材料產(chǎn)生超聲或接收回波信號，路徑阻抗較低，信號效率高，此外，通過優(yōu)化工藝減少陣元表面與芯線的觸點面積，可改善有效孔徑大小。屏蔽線連接背面，形成閉合回路，同時提供電磁屏蔽，減少外界干擾。第二種封裝方式的結(jié)構(gòu)特點是陣元表面與金屬保護管導通（通常采用鍍金的方法），屏蔽線也與金屬保護管連接，芯線連接陣元背面。金屬保護管作為整體屏蔽層，同時為陣元表面提供統(tǒng)一的接地參考，減少電勢差引起的噪聲。適用于相控陣多陣元結(jié)構(gòu)，避免接地環(huán)路問題，同時這種結(jié)構(gòu)可以簡化封裝復雜度。然而金屬管與陣元表面的直接導通可能導致高頻信號損耗，需謹慎處理換能器周圍區(qū)域的絕緣，避免信號短路。
IVUS裝配設(shè)計
難點4：鞘管的設(shè)計
IVUS成像導管還有一個重要的組件，即與血管直接接觸的外鞘管，其設(shè)計同樣重要。良好的IVUS鞘管應(yīng)同時兼顧聲阻抗的匹配、支撐性與柔韌性、以及大小尺寸與內(nèi)部導管是否匹配。外鞘管通常由支撐段、成像段以及導絲鞘組成，其中成像段為成像窗口，超聲信號穿透它到血管組織，因此需要該段鞘管具備良好的聲阻抗匹配性。一般而言，越軟的組織聲衰減越弱，然而支撐性越差，因此需要選擇一種平衡支撐性與聲阻抗的材料，常見選擇有Pebax、PE、LDPE，并且可以通過改變材料的組分比例或者參雜其它材料來實現(xiàn)更好的性能，如參雜聚丙烯材料。之所以需要考慮鞘管的大小尺寸與內(nèi)部導管是否匹配，是因為IVUS成像導管在工作過程中可能會出現(xiàn)有氣泡的情況，導致圖像質(zhì)量嚴重下降，一般通過外鞘管后端的注射器打水可以改善。當外鞘管尺寸與內(nèi)部導管尺寸不配時，會導致出現(xiàn)氣泡的情況經(jīng)常發(fā)生，并且不好改善，此外，不匹配可能會加劇圖像非均勻旋轉(zhuǎn)失真。通常而言，外鞘管的內(nèi)徑可選擇比內(nèi)部導管的外徑增大約0.1mm，并且可以通過將外鞘管內(nèi)壁涂覆親水薄膜，可以較好的改善上述情況。
IVUS成像常見問題
總結(jié)
總的來說，IVUS成像導管裝配難點包括：換能器結(jié)構(gòu)的設(shè)計、高性能換能器的微型化制造、探頭的封裝以及外鞘管的設(shè)計與制造。研制高質(zhì)量的IVUS成像導管，需要大量的工程設(shè)計與驗證。雖然如今IVUS的發(fā)展趨勢，不局限于IVUS本身工程技術(shù)的提升，比如集成多種頻率的單陣元換能器、融合其它模態(tài)（如光學相干層析、光聲、熒光等）、超表面的應(yīng)用、新型壓電材料等等，但萬變不離其中，無論技術(shù)如何演進，各種結(jié)構(gòu)復雜、形態(tài)不一的基于IVUS的成像導管的最終落地仍依賴于精密裝配工藝和嚴格的工程驗證。
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