什么是IVUS超声？血管内超声（IVUS）是一种介入成像技术，采用特殊设计的成像导管，远端装配微型超声探头，近端连接超声主机。该技术通过成像导管将微型超声探头置入血管腔内，实时获取血管壁结构及管腔形态的精确影像。冠状动脉是IVUS最常见的成像目标，当动脉壁产生动脉粥样硬化后，数十年的演变会形成不稳定的易损斑块，其脱落可能引发血栓，导致中风或心脏病发作，IVUS可量化动脉壁内的斑块体积和/或管腔狭窄程度，尤其在血管造影结果不可靠时（如开口病变的管腔显影不足，或血管重叠导致成像模糊的区域）具有重要价值。此外，IVUS还可用于评估狭窄治疗的效果（如球囊扩张术、支架植入术的疗效）及药物治疗的长期结果。
IVUS超声引导PCI
IVUS装配的难点
难点1：IVUS成像导管的结构设计
IVUS成像导管主流有两种基本设计类型：单阵元旋转扫描式与相控阵电子扫描式。在IVUS成像导管设计时，首先需要明确应用场景，如应用于冠脉血管，优先考虑采用机械旋转式的结构，而应用于外周血管，则可以考虑采用相控阵电子扫描式的结构。单阵元旋转扫描式成像导管由安装在扭矩弹簧前端的单阵元换能器构成，置于保护管内，由外部的回撤控制装置操控其旋转扫描。这类成像导管由于导丝并行于超声换能器之外，产生的IVUS图像一直有导丝伪影存在，对血管探测造成了一定的角度缺失，这类成像导管一般直径较小，通过性较好。而相控阵电子扫描式成像导管不含旋转部件，其周向排列有换能器阵列，阵列通过不同时间延迟被顺序激活，产生沿血管周向扫描的超声束，该类成像导管应用上更为安全，避免了非均匀旋转失真伪影，同时其导丝在超声探测器内部，可避免导丝伪影。
血管内超声成像系统
难点2：超声换能器的微型化制造
为把超声换能器装配于成像导管前端，换能器需要做的足够小，通常为几百微米的尺寸。压电陶瓷是IVUS换能器常用的材料，陶瓷的晶粒尺寸通常呈不均匀分布，范围在数微米至数十微米之间，这与压电材料的目标厚度极为接近。当通过研磨工艺将陶瓷减薄至指定厚度时，随着材料厚度逐渐接近晶粒尺寸，其机械强度会急剧下降，导致材料脆化。此时材料可能以晶粒形式剥落，造成材料均匀性恶化。用这种方法获得的材料不仅压电性能大幅衰减，其性能参数甚至可能变得不可预测——这一缺陷使得陶瓷材料难以适用于超高频器件的制造。
经典血管内超声设计
单晶材料具有极高的压电常数d33和机电耦合系数kt，是制备高性能换能器的理想选择。与陶瓷不同，单晶不受晶粒、孔隙率等因素限制，具备制造超高频换能器的潜力。生长获得的大尺寸单晶通常需要切割成晶片，由于单晶具有晶体学轴向，切割方向将直接影响其压电性能——不同器件性能需求对应不同的切割方式：晶面垂直于晶体x轴的切割称为x-cut，其他轴向切割同理。基于单晶的高频超声换能器制备过程需耗费大量时间精力，且随着中心频率的进一步提升，工艺难度可能呈现非线性增长。
压电材料微观结构
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难点3：IVUS探头封装
IVUS成像探头的封装有两种形式，第一种封装方式结构的特点是芯线连接阵元表面，屏蔽线连接阵元背面（接地或参考电极），这种形式芯线直接传输高频电信号至阵元表面，激发压电材料产生超声或接收回波信号，路径阻抗较低，信号效率高，此外，通过优化工艺减少阵元表面与芯线的触点面积，可改善有效孔径大小。屏蔽线连接背面，形成闭合回路，同时提供电磁屏蔽，减少外界干扰。第二种封装方式的结构特点是阵元表面与金属保护管导通（通常采用镀金的方法），屏蔽线也与金属保护管连接，芯线连接阵元背面。金属保护管作为整体屏蔽层，同时为阵元表面提供统一的接地参考，减少电势差引起的噪声。适用于相控阵多阵元结构，避免接地环路问题，同时这种结构可以简化封装复杂度。然而金属管与阵元表面的直接导通可能导致高频信号损耗，需谨慎处理换能器周围区域的绝缘，避免信号短路。
IVUS装配设计
难点4：鞘管的设计
IVUS成像导管还有一个重要的组件，即与血管直接接触的外鞘管，其设计同样重要。良好的IVUS鞘管应同时兼顾声阻抗的匹配、支撑性与柔韧性、以及大小尺寸与内部导管是否匹配。外鞘管通常由支撑段、成像段以及导丝鞘组成，其中成像段为成像窗口，超声信号穿透它到血管组织，因此需要该段鞘管具备良好的声阻抗匹配性。一般而言，越软的组织声衰减越弱，然而支撑性越差，因此需要选择一种平衡支撑性与声阻抗的材料，常见选择有Pebax、PE、LDPE，并且可以通过改变材料的组分比例或者参杂其它材料来实现更好的性能，如参杂聚丙烯材料。之所以需要考虑鞘管的大小尺寸与内部导管是否匹配，是因为IVUS成像导管在工作过程中可能会出现有气泡的情况，导致图像质量严重下降，一般通过外鞘管后端的注射器打水可以改善。当外鞘管尺寸与内部导管尺寸不配时，会导致出现气泡的情况经常发生，并且不好改善，此外，不匹配可能会加剧图像非均匀旋转失真。通常而言，外鞘管的内径可选择比内部导管的外径增大约0.1mm，并且可以通过将外鞘管内壁涂覆亲水薄膜，可以较好的改善上述情况。
IVUS成像常见问题
总结
总的来说，IVUS成像导管装配难点包括：换能器结构的设计、高性能换能器的微型化制造、探头的封装以及外鞘管的设计与制造。研制高质量的IVUS成像导管，需要大量的工程设计与验证。虽然如今IVUS的发展趋势，不局限于IVUS本身工程技术的提升，比如集成多种频率的单阵元换能器、融合其它模态（如光学相干层析、光声、荧光等）、超表面的应用、新型压电材料等等，但万变不离其中，无论技术如何演进，各种结构复杂、形态不一的基于IVUS的成像导管的最终落地仍依赖于精密装配工艺和严格的工程验证。
来源：Internet
关键词：
血管内超声
IVUS
