什么是IVUS超聲？血管內超聲（IVUS）是一種介入成像技術，采用特殊設計的成像導管，遠端裝配微型超聲探頭，近端連接超聲主機。該技術通過成像導管將微型超聲探頭置入血管腔內，實時獲取血管壁結構及管腔形態的精確影像。冠狀動脈是IVUS最常見的成像目標，當動脈壁產生動脈粥樣硬化后，數十年的演變會形成不穩定的易損斑塊，其脫落可能引發血栓，導致中風或心臟病發作，IVUS可量化動脈壁內的斑塊體積和/或管腔狹窄程度，尤其在血管造影結果不可靠時（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、支架植入術的療效）及藥物治療的長期結果。
IVUS超聲引導PCI
IVUS裝配的難點
難點1：IVUS成像導管的結構設計
IVUS成像導管主流有兩種基本設計類型：單陣元旋轉掃描式與相控陣電子掃描式。在IVUS成像導管設計時，首先需要明確應用場景，如應用于冠脈血管，優先考慮采用機械旋轉式的結構，而應用于外周血管，則可以考慮采用相控陣電子掃描式的結構。單陣元旋轉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成，置于保護管內，由外部的回撤控制裝置操控其旋轉掃描。這類成像導管由于導絲并行于超聲換能器之外，產生的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，產生沿血管周向掃描的超聲束，該類成像導管應用上更為安全，避免了非均勻旋轉失真偽影，同時其導絲在超聲探測器內部，可避免導絲偽影。
血管內超聲成像系統
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，范圍在數微米至數十微米之間，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。
經典血管內超聲設計
單晶材料具有極高的壓電常數d33和機電耦合系數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，切割方向將直接影響其壓電性能——不同器件性能需求對應不同的切割方式：晶面垂直于晶體x軸的切割稱為x-cut，其他軸向切割同理。基于單晶的高頻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，工藝難度可能呈現非線性增長。
壓電材料微觀結構
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難點3：IVUS探頭封裝
IVUS成像探頭的封裝有兩種形式，第一種封裝方式結構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，激發壓電材料產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構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構，避免接地環路問題，同時這種結構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域的絕緣，避免信號短路。
IVUS裝配設計
難點4：鞘管的設計
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，其設計同樣重要。良好的IVUS鞘管應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有氣泡的情況，導致圖像質量嚴重下降，一般通過外鞘管后端的注射器打水可以改善。當外鞘管尺寸與內部導管尺寸不配時，會導致出現氣泡的情況經常發生，并且不好改善，此外，不匹配可能會加劇圖像非均勻旋轉失真。通常而言，外鞘管的內徑可選擇比內部導管的外徑增大約0.1mm，并且可以通過將外鞘管內壁涂覆親水薄膜，可以較好的改善上述情況。
IVUS成像常見問題
總結
總的來說，IVUS成像導管裝配難點包括：換能器結構的設計、高性能換能器的微型化制造、探頭的封裝以及外鞘管的設計與制造。研制高質量的IVUS成像導管，需要大量的工程設計與驗證。雖然如今IVUS的發展趨勢，不局限于IVUS本身工程技術的提升，比如集成多種頻率的單陣元換能器、融合其它模態（如光學相干層析、光聲、熒光等）、超表面的應用、新型壓電材料等等，但萬變不離其中，無論技術如何演進，各種結構復雜、形態不一的基于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。
