血管内超声(IVUS)深度报告：原理、技术、应用、市场与竞争

冠心病（Coronary Artery Disease, CAD）冠状动脉粥样硬化性心脏病是冠状动脉血管发生动脉粥样硬化病变而引起血管腔狭窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病。是目前世界范围内危害最大的疾病，其症状和预后取决于是否存在可诱导的心肌缺血及缺血的范围。与可诱导的心肌缺血相关的狭窄通常会引起临床症状。目前，冠心病的主要治疗措施有药物治疗和血运重建治疗，其中血运重建治疗包括经皮冠状动脉介入(Percutaneous Coronary Intervention, PCI)及冠状动脉旁路移植术(Coronary Artery Bypass Grafting, CABG)，是改善缺血引起的相关症状及预后(降低过早死亡及心肌梗死的发生)的有效手段。经皮冠状动脉介入治疗( Percutaneous Coronary Intervention，PCI)，是指经心导管技术疏通狭窄甚至闭塞的冠状动脉管腔，从而改善心肌的血流灌注的治疗方法。

但是，只有在冠脉狭窄导致缺血的情况下，才需要进行血运重建（开通血管）。因此，在进行血运重建之前，需要一些合理的指标和方法判断是否缺血。在血运重建的PCI中，冠状动脉造影（CAG）、血管内超声（IVUS）、血流储备分数（FFR）和瞬时无波形比率（iFR）等指标都是诊断冠心病病变情况以及是否需要介入治疗（PCI）的常用指标。

其中冠状动脉造影一直被誉为是诊断冠心病血管病变的“金标准”。但随着介入治疗技术的不断发展，介入医生逐渐认识到对于复杂的冠状动脉病变、急性冠脉事件的启动和转归、PCI术后的即刻评价等重要诊断、治疗指标，仅从冠状动脉造影单方面进行说明存在一定局限性。

冠状动脉造影是诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）的一种常用而且有效的方法，是一种较为安全可靠的有创诊断技术，现已广泛应用于临床，被认为是诊断冠心病的“金标准”。冠状动脉造影是将导管经大腿股动脉或其它周围动脉插入，送至升主动脉，然后探寻左或右冠状动脉口插入，注入造影剂，使冠状动脉显影，能较明确地揭示冠状动脉的解剖畸形及其阻塞性病变的位置、程度与范围。但造影剂需要通过肾脏排泄，固肾功能不全患者需要谨慎选择，且有辐射。

识别斑块性质（纤维斑块、钙化斑块等）及血栓病变、夹层、斑块破裂等，研究冠心病发病机制；

评价管腔狭窄程度、斑块负荷和斑块易损性；

观察支架贴壁、内膜撕裂和斑块组织脱垂，优化冠状动脉支架治疗；

评价支架内皮修复、内膜增生、血栓形成。

图1：冠脉造影

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但普通冠脉造影存在其局限性：

观察维度的局限：冠脉造影是由数个造影体位组成的二维图像，而血管本身是一个三维结构，所以，冠脉造影不可避免的存在死角和遗漏，尤其是左主干开口和分叉。

管腔信息的局限：冠脉病变发生于管壁，而冠脉造影只是管腔轮廓的显影，未能提供管腔内信息。

功能学判定的局限：同样的狭窄程度，由于所供应心肌范围的不同，可具有不同的临床意义。而冠脉造影无法对狭窄病变的功能学进行有效的判定。

图2：冠脉造影的局限性

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血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）与光学干涉断层成像（optical coherence tomography，OCT）都为血管内影像学检测技术，是传统冠状动脉造影的重要补充技术。IVUS、OCT与传统的冠动脉造影在PCI术前、术后都能够用到。在PCI植入支架前，能够精确的反映冠脉病变的性质、严重程度、累积范围以及参考血管的直径情况，从而能够指导PCI术者选择正确的策略处理病变并能协助术者选择尺寸合适的支架，同时可用于PCI支架置入后评价冠状动脉支架术的效果，有利于术者及时发现和纠正支架植入后存在的问题，以达到最佳的介入治疗效果。

冠脉造影（CAG）、血管内超声(IVUS)和光学干涉断层成像（OCT）均只能对狭窄程度进行影像学评价，而狭窄到底对远程血流产生了多大影响（功能评价）却不得而知。

Pijls等在1993年提出了通过冠脉压力导丝技术测定心肌血流储备分数（FFR）作为评价冠脉血流的新指标。从此，FFR的评估越来越受到关注，FFR作为一个简单、可靠、重复性良好的生理学指标，目前已开始经广泛应用于心导管室来监测冠脉病变的血流动力学意义，指导合理的介入治疗。

血管内超声(IVUS)是无创性的超声技术和有创性的导管技术相结合的一种新的诊断方法。是在传统的冠脉造影基础上，把超声探头置于导管头端，置入冠脉内，通过该方法可以准确掌握冠脉的管壁结构及狭窄程度，在冠心病的介入治疗中有很高的指导价值。

传统冠脉造影只能显示管腔的情况，不能显示病变所在的管壁和粥样斑块形态和性质的详细情况，有可能使医生低估冠脉狭窄的程度。IVUS是通过导管技术将微型化的超声探头置入血管腔内进行显影，可以提供包括管腔和管壁在内的横截面图像，不仅可以了解管腔的形态，还可以直接显示管壁的结构，并根据病变的回声特点判断病变的性质，精确测定管腔、血管的大小及病变的狭窄程度。由于超声探头直接置于血管腔内探测，因此，血管内超声不仅可准确测量管腔及粥样斑块或纤维斑块的大小，更重要的是它可提供粥样斑块的大体组织信息，在复杂冠状动脉病变的诊断和治疗上优于传统冠状动脉造影，被认为是血管检查的新“金标准”。

 在超声医学发展的早期阶段,就已有人对腔内超声进行了研究。IVUS就是其中的一个分支，是腔内超声显像在血管内检查方面的应用。

1960年，波兰学者Cieszynski研制了一种用于心内超声测量的导管。研究显示,用该超声导管可以在实验模型上获得软组织回声。进一步研究表明,该超声导管可以获得左右心室内膜及肺动脉的超声反射。

1967年，Stegall等首次应用安装在心导管尖端的连续多普勒探头记录了主动脉的血流速度。

1969年，Benchimol 等应用安装连续多普勒探头的导管,在主动脉根部检测人冠状动脉的血流信号。

1972年，Bom发明了32晶体、3.2 mm直径的相控阵超声探头,与9F导管结合可以提供心血管的实时二维图像,为IVUS的临床应用打下了基础。

1983年，Marcus等研制成功冠状动脉内多普勒导管。

最早的临床应用研究发表于1988年(Hodgson、 Pandian和Yock等)，应用此法可显示动脉壁结构和粥样硬化成分的细致变化，并揭示血管造影的不足之处。

1990年，Doucette等首先应用多普勒导丝测量冠状动脉血流。导丝可插入严重狭窄的冠状动脉,能在介入性治疗的同时测量流速。

20世纪80年代末到90年代初，冠心病介入治疗技术迅速发展，而冠状动脉造影不能满足临床需要，为了能精确地了解冠状动脉病变的性质与程度，人们加速了IVUS显像技术尤其是冠状动脉内显像技术的临床应用。

血管内超声（IVUS）的原理与传统B超相同，其区别在于IVUS将超声探头做的小到可以放入血管腔内，可以360°实时从内部观察血管壁的情况。成像轴直径为0.028″（Boston Scientific），分辨率100 μm，投射深度可达4 mm～8 mm，扫描范围10 mm～15 mm，由于IVUS利用的是声波的反射现象，因此有利于显示深部结构，而且不受血流影响，因此检测过程中不需要阻断血流，但对微细结构图像的分辨却受限。

图3：IVUS工作原理

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 血管内超声（IVUS）工作方式：1）导管尖端的IVUS传感器，通过血液（传导）发出高频声波（MHz）；2）声波被组织反射后，返回至可产生电脉冲的晶体（换能器），然后电脉冲转化为图像；3）处理器依据返回声波的强度（返回的声波量）显示截面图像。导管端头的传感器可接收电输入，然后产生40MHz的超声波，该声波被组织反射回来后，转化为电信号，该信号被称为射频信号。对射频（RF）信号进行包络，然后构建图像，从而产生了灰阶IVUS。

 但是传统的灰阶 IVUS 显像主要是从不同灰度的渐变过程中显示血管和粥样硬化斑块图像，有时候很难区分富含脂质或是纤维的斑块、斑块内出血或是血栓。因此，IVUS 图像在评价粥样硬化斑块组成成份环是存在一定的局限性。此外，因为钙化后声影的存在，灰阶的 IVUS 无法识别钙化病变的厚度，也无法确定钙化后斑块的成份和血管深层结构。

图4：传统灰阶IVUS成像原理

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由于灰阶 IVUS 显像存在的局限性，对 IVUS 回声中的射频（Radiofrequency，RF）信号进行更深入的频谱处理有可能能够对不同的粥样硬化斑块组织进行更加详细的分析，从而对斑块进行更加准确的评估。体外研究证实对反向散射的超声信号采用快速傅立叶转换 （Fourier Transform，FFT）的方法进行光谱分析可以对血管层和粥样硬化斑瑰组织类型进行区分。后续研究显示 Nair 等基於多种特征的分类法证实利用反向散射的超声射频信号通过自动回归（Autoregressive，AR）分析的方法比传统的傅立叶转换在区分粥样硬化斑块成份方面更具优势，可以对粥样硬化斑块进行更准确的分辨，实时重建斑块分类的组织图像，这也就是虚拟组织学（Virtual Histology，VH-IVUS）的基本原理。

目前 VH-IVUS 可以识别出四种主要的冠状动脉内斑块组织成分，分别是纤维斑块、纤维脂肪斑块、坏死核心和钙化。在 VH-IVUS 图像上，纤维斑块定义为深绿色区域，主要由胶原纤维构成；纤维脂肪斑块定义为浅绿色区域，主要由包含脂质的松散胶原纤维构成，其中没有坏死组织的成份；坏死核心组织定义为红色区域，主要是由大量的死亡细胞和脂质所构成；钙化定义为白色区域，这种组织是由大量钙盐晶体沉积而成。VH-IVUS 对这四种斑块组织的预测准确度分别是：纤维斑块为 93.4％，纤维脂肪斑块为 94.6％，坏死核心为 95.1％，致密钙化斑块为 96.8％。

图5：VH-IVUS成像原理

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目前所用的IVUS成像仪器基本结构相似，主要由IVUS探头、探头运动与回撤系统和超声成像主机三个部分构成。由于血管介入的需要，IVUS换能器探头一般都安装在心导管内部，因此也被称为IVUS超声探头导管（IVUScatheter）。

图6：IVUS组成

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IVUS超声探头作为实现血管内超声成像的关键技术，其导管与换能器的设计与制造是首当其冲的关键问题。

图7：IVUS探头组成

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IVUS导管的种类很多，一般可以根据靶血管来选择超声导管的外径和频率。一般来说，超声波的频率越高，分辨力越高，但穿透力会随着频率的提高而出现降低。冠状动脉成像的IVUS导管的直径一般为2.6~9F(0.87~2.97mm)，目前用于冠状动脉内显像的超声探头的频率较高（20~45MHz），适合于近距离成像。其轴向（axial）和侧向（lateral）的分辨力分别可达到100~120μm和200~250μm。

按设计类型不同，IVUS的成像系统主要分为两种：机械旋转型和相控阵型。两种探头各有优缺点。

机械旋转式高频IVUS换能器的原理是利用驱动电路以1800转/分钟左右的转速引导体内导管内的单阵元换能器旋转，换能器发射/接收信号约以1°递增。这些脉冲的不同延迟时间和振幅可为每幅图像产生256个独立径向扫描线。机械旋转式血管内换能器以BostonScientific的40MHz换能器为代表，其结构如图所示。如果该探头位于弯曲的血管段，可能会由于驱动轴旋转不均匀而产生图像变形。

图8： 波科公司的40MHz单阵元机械式超声换能器

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IVUS超声成像的另一实现方式是采用电子相控阵系统，由多个超声传感器阵元呈环形排列（目前最多为64阵元），通过时序调控产生图像。经过时序编码，第一组超声传感器发射信号时，第二组超声传感器可以同时接收信号，各组超声传感器通过合成孔径矩阵优化合成图像。多阵元阵列式换能器以Volcano的20MHz为代表，其结构如图所示。电子相控阵型导管虽然没有旋转部件,但由于它由相控阵型环状排列的多晶体换能器所组成,因此不但可显示血管断面的灰阶实时图像,而且还具有提供冠状动脉内血流信息的功能。但是后者的单图像分辨率较机械性探头稍差,导管周边存在超声盲区。

图9：Volcano的20MHz多阵元阵列式超声换能器

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就目前技术看来，这两种方式的换能器各有特点，其进一步说明如图9所示。针对不同的体内换能器特点，对应的导管设计也分别有所不同。两个公司的导管设计如图10所示。

图10：阵列换能器和机械换能器的成像原理示意图

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图11：波科公司和Volcano公司导管原理示意图

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表1：不同探头工作方式的优缺点

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由表可见，由于非旋转式探头采用了环阵设计，具有更高的稳定性和操作性，但其探测频率较低，目前只能做到20MHz，其图像分辨率较机械旋转式的40MHz高频探头要低。下面11分别是波科公司iLab血管内超声成像系统和Volcano公司S5血管内超声成像系统的图像对比，可以看出40MHz超声探头能清晰地显示血管的内膜、中膜、外膜和血栓，对细小结构的识别能力更强。

图12：两种主要IVUS成像设备图像比较

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IVUS图像质量可通过两项重要因素来描述：空间分辨率和对比分辨率。

空间分辨率分为纵向分辨率和横向分辨率。分辨率取决于MHz，MHz越低，图像的穿透力就越深，MHz越高，图像的质量就越高。从理论上来说，中心频率从40MHz增加到50MHz，纵向分辨率就会相应改善20%。

对比分辨率（动态范围）用来区别不同组织的能力。反射信号灰阶的分布，低动态范围图像显现为“黑白”色，仅有很少部分处于灰阶水平之间；高动态范围图像有更多灰色阴影，通常更柔和，在图像显现方面具有更加保持了原貌的细微之处。

图13：中心频率与图像分辨率

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图14：IVUS动态范围

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 超声波会被某些血管结构反射回去，也会通过另外一些结构，机构的声阻抗（密度），决定超声波史被结构反射回去还是通过该结构。如果声波被结构反射，返回传感器，就会在屏幕上出现“白色”。非常致密的材料如钙质，能够反射所有超声波（显现为非常白），不允许任何超生波通过（在钙质范围外生产黑色的声影）。

首先，IVUS 能够精确的反映冠脉病变的性质、严重程度、累积范围以及参考血管的直径情况，从而能够指导术者选择正确的策略处理病变并能协助术者选择尺寸合适的支架，同时 IVUS 可用于评价冠状动脉支架术的效果，有利于术者及时发现和纠正支架植入后存在的问题，以达到最佳的介入治疗效果。因此相比于冠状动脉造影指导下的冠脉介入治疗，IVUS 技术能够进一步优化冠脉介入治疗的效果。

冠状动脉造影与 IVUS 检查在评价病变的严重程度方面的相关程度大约为 0.77～0.98，但对于冠状动脉临界病变的患者，冠状动脉造影常低估冠状动脉病变的严重程度。IVUS 能够更准确的判断病变的严重程度，并以此指导治疗方案的选择。正常参考血管的准确判断对于支架尺寸及长度的选择至关重要，研究发现在冠状动脉造影判定为正常参考血管的部位，IVUS 往往发现存在病变。另外，通过冠状动脉造影测量冠状动脉病变的长度往往会受到影像缩短效应的影响，对于病变血管扭曲严重的病例，造影更难以准确的判断病变的长度。由于 IVUS 相比冠状动脉造影受到血管扭曲或影像缩短效应的影响较小，在判定病变长度方面具有更明显的优势。因此相比于冠脉造影，能够更精确的测定冠状动脉病变的长度，从而能够更好的协助术者选择长度合适的支架处理病变。

支架植入“理想”的 IVUS 标准包括：①支架完全贴壁；②支架扩张充分：支架最小横截面积（MSA）与平均参考血管管腔面积（reference lumen area RLA）之比＞0.9，其中平均参考血管管腔面积是指近端参考血管 CSA 与远端参考血管管腔 CSA 的平均值；③支架展开对称，支架梁的分布比较均匀，支架对称指数（即支架最小直径与最大直径之比＞0.7）；④支架完全覆盖病变。其中支架的贴壁情况是判断支架植入效果的重要指标之一。支架的贴壁情况即指支架壁与冠脉血管壁之间的贴靠情况，判断支架贴壁良好的标准是 IVUS 证实支架完全贴壁，即所有支架梁与血管壁紧密相接，两者间不存在有任何空隙。研究证明，尽管支架植入后冠状动脉造影结果非常理想，但在许多情况下存在有支架扩张不充分和 / 或直径贴壁不良的情况。POSTIT（postdilatation clinical comparative study）研究应用 IVUS 技术评价了常规释放技术对几种常用金属裸支架植入后的扩张效果，结果发现只有 29％达到了理想的支架扩张效果。

包括四个方面：①明确支架内再狭窄的类型；②判断引起支架内再狭窄可能的机制；③指导支架内再狭窄的治疗；④评价治疗后的效果。根据狭窄病变的累及范围可将再狭窄病变分为局限型再狭窄、弥漫型再狭窄、增生型再狭窄和完全闭塞型再狭窄等四种类型。IVUS 能够精确的判断支架内再狭窄病变的分布特点，从而有助于术者对再狭窄病变进行准确的分型。另外，IVUS 能清楚的显示再狭窄病变的范围，尤其是在需要进一步介入治疗的患者，IVUS 能够协助术者更准确的了解病变的长度，从而指导术者的操作。目前研究表明，引起药物洗脱支架出现支架内再狭窄的常见原因包括：支架扩张不充分、支架贴壁不良、支架分布不均匀、支架断裂、支架未完全覆盖病变或植入多个支架时支架间存在间隙以及机体对 DES 所载药物不敏感等因素。应用 IVUS 技术有助于明确发生支架内再狭窄可能的发生机制，从而使术者能够针对不同的情况选择合适的治疗方案。

冠状动脉造影在评价左主干病变时经常会受到以下几个因素的限制：①左主干弥漫病变使整个左主干管径减小；②左主干过短，难以对比正常血管段参考直径造成判断误差；③由于左主干迂曲、成角或血管重叠引起的“假性狭窄”现象等等。正是这些因素的存在使得冠脉造影无法准确的反映左主干病变严重程度。相比于冠脉造影，IVUS 能够精确的反映左主干病变的程度、范围、性质以及参考血管的直径情况，有助于术者选择最佳的治疗策略和介入器械来处理病变，进而指导左主干病变介入治疗以达到最理想的治疗效果。

解剖学的研究发现：主动脉壁的弹性纤维成分常可延续至左主干近段，所以左主干开口部富含弹性纤维成分，单纯球囊扩张后血管弹性回缩现象明显。IVUS 的结果显示左主干开口部病变的外弹力膜面积较小，而斑块负荷和钙化的程度较轻，相比与非左主干开口部病变其最小管腔面积较大，说明左主干开口部病变的主要病理特点是血管的负性重构，因此提示处理左主干开口部病变的主要策略是冠状动脉支架术。

（1）在处理弥漫性长病变时，IVUS 可以准确的测定冠状动脉病变近远端参考血管的管腔面积，有助于术者选择尺寸合适的支架进行治疗；支架术后及时发现局部支架段存在支架扩张不充分或贴壁不良的情况，可指导术者应用短的非顺应球囊在该部位进行高压后扩张。在分叉病变介入治疗方面，IVUS 可以帮助术者测量主支边支血管的参考直径，了解主、边支的解剖关系，评价边支开口部的狭窄程度及病变的性质特点。在评价分叉病变术后治疗效果方面，IVUS 可以了解主支边支血管支架的贴壁情况、边支血管的开通情况以及有无“区域丢失”现象等等。

（2）IVUS 指导的 PCI 可有效预防支架内血栓（ST）形成。早在金属裸支架（BMS）时代，亚急性 ST 就是限制其应用的重要原因，发生率高达 10％～15％。支架内血栓的预测和预后（Predictors and Outcomes of ST，POST）研究是一项多中心研究，其目的是与冠状动脉造影相比，评价 IVUS 在预测 ST 中的作用。研究入选的患者为 IVUS 指导的 PCI 后 ST 的患者。在 53 名患者中有 94％至少有一项 IVUS 结果异常（支架膨胀不全、贴壁不良、靶病变近端或远端病变或血栓）。其结果表明，在支架置入中为了识别 ST 相关的特点，IVUS 明显优于冠状动脉造影。血管管腔内直径的减少（＜80％参考值＝、血栓形成和组织通过支架金属丝突出至管腔内是 IVUS 评价 ST 的常见的异常表现。除了亚急性 ST，DES 置入后另外两个主要局限性就是晚期和极晚期 ST，它们发生的机制尚不清楚，可能不同于亚急性 ST 的发生机制。

（3）判断支架断裂原因在 DES 时代，支架断裂已成为少见并发症。目前的观察资料显示，绝大部分支架断裂发生在西罗莫司闭环洗脱支架，发生率为 0.8％～7.7％。目前，IVUS 无疑是识别和排除支架断裂原因的最好方法，并已成为诊断支架断裂的金标准。IVUS 诊断支架断裂，应当强调介入术后即刻以及随访时 IVUS 影像的对比。根据 Hiroshi 等人的研究假设，IVUS 证实的 I 型支架断裂，多见于钙化病变，其发生与支架的长度，以及血管收缩时局部因为铰链运动产生直接作用于支架的机械性剪切力等有关。而 II 型支架断裂的发生机制多为 DES 引起血管局部的正性重构、瘤样扩张以及贴壁不良，而瘤样扩张和贴壁不良将会导致支架在此局部运动幅度较大和（或）发生扭转等，容易引起支架断裂的发生。所以，IVUS 可以帮助我们更深入地探讨支架断裂发生的机制。

IVUS探头技术的发展伴随着制作超声换能器材料的进步，现有最多用于超声探头制作的压电材料是压电陶瓷（PZT）。与其他材料相比，压电陶瓷材料的主要优点是制造工艺成熟、成型简单、机械强度好，而且原料成本较低。因此大部分医用超声换能器，包括上面提到的两种IVUS换能器都是采用PZT陶瓷材料。

随着复合材料的不断发展，IVUS复合材料换能器表现出其高频、宽带宽、高分辨率的特点。XNJiang和JRYuan等通过刻蚀方法做出的复合材料如图14所示，通过图15和波士顿科学公司的陶瓷换能器比较，可以看出复合材料血管图像分辨率更高，然而1-3复合材料存在成本高、制备困难等缺点。

图15：1-3MUPT复合材料表面图片

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图16：左图为40MHz陶瓷换能器图像，右为1-3复合材料换能器图像

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伴随着MEMS技术的不断发展，最近出现了一种新型的换能器CMUTs主要由很多小的空气填充的电容构成，电极在上部的膜片上并具有弹性。当施加一个偏置电压时，这些微型膜出现应变并由此产生声波，与压电材料相比，CMUTs具有特殊的优势，主要有：一是制造上的普适性，CMUTs可以通过光刻技术以及通用MEMS作出任意形状的换能器阵列；二是性能的优异性，除了易于制造外，CMUTs换能器一般能够提供较宽的带宽并提高敏感度。这两个特点非常适合用于高频、微型换能器。目前Stanford研究组与美国佐治亚理工学院GeorgiaTech研究组已将此项技术用于了体视IVUS探头和ICE探头之中，如图16所示。

图17：a为CMUT IVUS导管示意图，b为CMUT换能器及驱动电路

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CMUTs的另一个值得期待的特性是CMUTs换能器的工作频率能够随着其直流偏置电压进行改变，用于导航时可以在较低频率上工作从而获得较大的穿透深度，在进行诊断时则工作在较高的频率从而获得更高的分辨率。

使用这种换能器可以实现3D-IVUS的实时成像，如图17所示，可以发现此种换能器可以很好的将血管支架的位置与贴合度图示出来，在临床介入治疗具有很高的应用价值。

图18：3D换能器用于血管支架放置评估的图像

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现有的IVUS探头产品市场基本被两家公司占领，随着压电材料和制作工艺的不断发展，特别是MEMS加工技术的发展，IVUS探头技术也在频率、带宽、分辨率等方面不断的进步。未来的发展趋势仍然是通过引入新型材料，创新制造工艺，朝着高性能方向不断发展。特别是结合材料科学、集成电路芯片技术的革新，IVUS换能器将向着进一步小型化以满足细小血管的成像需求，多阵元阵列化满足多模式成像与成像治疗相结合等方向发展。

血管内超声（IVUS）的成像轴直径为0.028″（Boston Scientific），分辨率100 μm，投射深度可达4mm～8 mm，扫描范围10 mm～15 mm。光学干涉断层成像术（OCT）具有分辨率高的优势。传统的OCT M2x系统中，成像轴直径为0.014″（与普通冠脉介入导丝直径相同），分辨率较高，轴向分辨率可达4μm～10 μm，是IVUS分辨率（70μm～100 μm）的10～20倍；但其穿透组织的能力不如IVUS，最大约为1-2mm左右；扫描范围7 mm；

综合而言，OCT分辨率更高，而IVUS在成像深度上更有优势。

表2：SD-OCT系统结构示意图

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表3：SD-OCT系统结构示意图

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OCT有极佳的解晰度可清楚评估血管内支架的贴壁情形，血管内皮覆盖良否，比较适合评估支架内再狭窄的病灶；因OCT影像的放大效果极佳，故能清楚看到微细的斑块破裂，找出心肌梗塞的犯罪病灶加以处理，比较适合评估急性冠心症的病灶。支架边缘的夹层使用OCT也可以一览无疑。在分叉病变，有3D立体功能的OCT能辅助置放血管支架，相比IVUS能够提供更多的信息，有利于早期识别高危斑块，指导临床治疗。

但是OCT采用红外光作为光源，由于其组织穿透力欠佳，应用时容易受到血液的干扰，影响图像质量。成像导管处于血液环境中，单位体积血液内大量红细胞对OCT光源产生广泛的散射，在具有多量的斑块及血栓的病变中易导致血管壁局部图像失真。此外，IVUS拥有更深的侧向穿透能力，当血管壁过度增厚时，可以清楚分辨血管外膜结构。所以，IVUS在评价斑块负荷，左主干分叉病变的指导，血管壁正性或负性重构，血管周围损伤（血肿、穿孔）等方面优于OCT。

通过IVUS和OCT所见的冠状动脉3层结构：外膜、中膜、内膜。

图19：IVUS、OCT所见血管膜结构

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表4：IVUS、OCT临床使用对比

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最后总结，IVUS特别适用于开口病灶、CTO病灶、PCI并发症、肾功能不良者；OCT特别适用于急性冠心症的病灶、支架内再狭窄的病灶、钙化旋磨处理的病灶、分叉病变。

OCT相对于IVUS不仅在分辨率和清晰度上拥有优势，且更易读片，同时在操作回撤速度上也有很大优势，节约了医师的介入手术操作时间与技术学习时间。

冠心病介入治疗整体规模大，病例数量增长速度趋于平稳，2021年度我国共计完成冠心病介入1,164,117例（不包含军队医院数据），其中网络直报855,663例，省级质控中心核实后增加298,454例。与2020年度PCI完成968,651例相比，2021年度的增长率达到20.18%，增长幅度相比于前五年有大幅度增加。2020年全国PCI手术量略有下滑，主要系金属冠脉支架国采（自2021年实施导致经销商压货）、手术择期以及疫情影响，2021年恢复正常增势。2016年度PCI例数在1,000例以上的医院有132家，完成500~999例PCI的医院共计180家。自2010年起分别以19.7％、14.0％、16.9％、10.2％、13.3％以及去年的17.3%，基本保持在10%至15%稳步增长。对比美国2010年1月-2011年6月来自85％的导管室的94.1万台PCI数量，说明我国PCI手术量还有长足的增长空间。随着医保范围扩大、临床需求释放，我国PCI手术需求快速释放根据预测2022年，我国PCI手术量在130万至140万台/年，并且将在2026年增至200万例。与此同时，冠脉诊断的需求量同步增长。

图20：中国PCI手术量

资料来源：弗若斯特沙利文报告，公开资料整理，医林研究院

截至2020年上半年，IVUS 国内医院装机量约 700 家（其中150 家医院年使用量低于 50 例），OCT 装机量 100 多家（一半以上年使用量不足 50 例）；IVUS 导管使用量占 PCI 手术量的比例约为 7%；OCT 导管使用量占PCI手术量的比例只有约 1%；

Oct耗材一万，渗透率2021年5%，2022年8%-10%。

目前，超声设备的临床细分化已经成为重要发展趋势，血管内超声设备在外周血管病诊疗和冠心病诊疗中发挥着重要的作用，将成为全球超声市场的新的增长点。全球血管内超音波(IVUS)设备市场规模在2020年估算为3亿6,032万美元，2028年前将达到6亿7,687万美元，在预测期间内年复合成长率预计将为8.2％。

我国 IVUS 市场相对落后，2020 年市场规模为 5.15亿元，2022年中国市场IVUS销售量为1486台,按设备单价40万计算，2022年的IVUS市场规模在5.9亿元左右；另一方面是IVUS导管使用量，2022年的PCI手术量预计为132万，按照15%的渗透率，每根导管1万元的价格测算，IVUS 导管耗材的市场规模大概在19.8亿左右。随着冠脉精准治疗需求的增加和国产 IVUS 设备逐步走向商业化，预计 2025 年市场规模将达到 34.8亿元。2019 年，我国 IVUS 对 PCI 手术的渗透率约为 7%，远不及于欧美约 20%、日本超 90%的渗透率，随着心血管支架集采后价格大幅下降，医生将更倾向于使用 IVUS，渗透率有望大幅提升。

IVUS企业在NMPA拿证企业只有两家外企，分别为Volcano与Boston Scientific。国内的医疗企业包括开立医疗，全景恒升，北芯生命，南京沃福曼以及恒宇医疗的产品已经分别获得NMPA认证，英美达，远大医疗等企业均在该领域加速研发。

从IVUS的销售情况来看，飞利浦和波士顿科学依旧在中国市场占据主导地位，两者合计的销售量占据将近99%的市场份额，另外，北芯和全景恒升拿证后开始逐渐进入市场，未来的市场表现有待进一步观察。

图21：2022年中国市场IVUS销售情况

资料来源：医林研究院

Volcano成立于2000年，全球2011年销售3.496亿美元，2012年销售3.815亿美元，2013年销售3.937亿美元，2014年被飞利浦收购。

Volcano公司作为一专业从事IVUS生产的厂家，其最新机型S5可以一机多用，并具有相控阵和机械式两种探头：相控阵探头稳定，灰阶度高，图像显示层次多，利于分辨血流、血栓、软斑块等不同组织；机械探头频率高，黑白反差大，在不同病变，选用不同探头可以更清晰的诊断病变。

图22：Volcano S5

资料来源：公开资料

BostonScientific公司是血管内超声领域的先驱者,从九十年代末期开始就领导着技术和市场的发展,先后推出了Clearview，ClearviewUltra等模拟式血管内超声仪以及Galaxy和Galaxy2等第一代数字式机型。而随着计算机和软件技术的突飞猛进，波士顿公司在2005年推出了新一代iLab血管内超声仪并于2005年和2006年分别通过了美国FDA和欧洲CE验证。iLab血管内超声采用单阵元机械旋转式探头，使用40MHz高频导管,具有极佳的分辨率，操作流程简单,图像质量出色,是目前国际市场上的新型主流产品。

图23：波科Galaxy（上）iLab（下）

资料来源：公开资料

OptiCross：该系列超声导管升华了Atlantis Pro导管优异的图像质量与通过性，同时，在设计与材料的选择上进行显著的革新。在设计上，OptiCross超声导管采用了全新的monorail设计,提高了导管的通过性能，有利于导管通过迂曲病变，通过外廓为3F，可兼容5F的指引导管。在6F及7F的指引导管中可以更灵活地使用更多的器械。全新的白色减缩头端设计，缩小的通过外廓及亲水涂层，使其具有非凡的通过能力，可在手术过程中帮助医生顺利通过狭窄病变，以及有效诊断临床治疗中CTO伴钙化病变等问题，可适应几乎所有心血管介入术式的应用需求。OptiCross导管通过性非常好，对于极度迂曲狭窄病变，无需球囊扩张，可以直接查看管腔的真实情况。

图24：OptiCross导管

资料来源：公开资料

ACIST是一家介入和诊断技术公司，是著名造影剂供应商－意大利Bracco公司（造影剂供应商）的子公司。

IVUS产品Kodama导管前端具有一个声波抵消器，可以获得更清晰的图像，分辨率＜40μm。

该公司目前已获FDA批准，并将于2015年初在日本和欧洲获得批准。

图25：Kodama导管

资料来源：公开资料

上海爱声生物医疗科技有限公司（以下简称“爱声医疗”）2014年创建于张江高科技园区。是专业从事高端彩超换能器和体内超声仪器的高新科技企业。

爱声医疗拥有专业的技术及管理团队，同国内科研院所和国外技术专家建立了紧密的合作关系。公司拥有先进和完善的研发及生产所需的设备和环境。高端的技术人才、管理人才和多项专利、专有技术等自主知识产权，使公司在成立伊始就处在很高的发展平台上。

爱声医疗的产品主要有各类医疗超声换能器及体内超声。公司在超声材料、制造工艺和换能器开发等方面处于国际先进水平，并将不断探索和创新，开发更多的先进技术和工艺，把最先进的医疗超声技术应用到实际产品。

上海爱声主要负责血管内超声(IVUS)技术和产品研发、探头研发以及探头 OEM 业务。

2022年12月15日，开立医疗自主研发的血管内超声诊断设备V-reade，以及开立医疗全资子公司上海爱声自主研发的一次性使用血管内超声诊断导管式获得国家药监局批准上市。

深圳英美达医疗技术有限公司成立于2015年5月，是一家致力于开发导管医学影像技术的高科技企业。为心血管、消化道、呼吸道、泌尿生殖等人体腔道内的重大疾病诊断和治疗提供精准的影像导管设备。

英美达目前在研：超声内镜（EUS）、血管内超声（IVUS）、一次性内窥镜。血管内超声设备已完成临床样机，该设备可以结合OCT成像。（IVUS：40-50MHz、30帧/秒；OCT：100帧/秒）。

图26：英美达成像系统

资料来源：英美达BP

全景恒升（北京）科学技术有限公司成立于 2015 年，专注于心血管及腔内影像技术研发；创始人赵旭升先生曾任美国光学实验室中国首席代表，引进了中国第一台OCT。

2022年5月，全景恒升的“IVUS，OCT二合一”血管内成像设备获NMPA认证，是继远大医药控股的加拿大科纳维医疗有限公司研发的NOVASIGHT Hybrid设备，之后的全球第二款、国内首款“IVUS和OCT二合一”血管内成像设备。其同步研发的IVUS-OCT同步成像导管，一次侵入同时获取IVUS和OCT图像，兼具高分辨和深穿透成像。

图27：全景恒升IVUS，OCT二合一设备

资料来源：全景恒升官网

深圳北芯生命科技股份有限公司（“北芯”）成立于2015年12月，总部位于深圳市，是致力于为心血管疾病诊疗带来变革、提供精准解决方案的行业领先的国家高新技术企业，是首家且唯一一家同时具备心血管腔内功能学和影像学产品组合的国产医疗科技企业。

北芯自主研发的“血管内超声（IVUS）系统”是中国首个自主创新60MHz高速IVUS产品，具有行业最高的成像分辨率、全球最快的成像速度。该系统已于2022年7月获得NMPA Ⅲ类医疗器械注册证。

除此之外，北芯得主要产品还有TRUEPHYSIO®压力微导管，是国际上第一个基于MEMS传感器的快速交换FFR压力微导管，也是首个直接测量FFR的中国产品。VivoCardio®血流储备分数测量设备，由主机、电源电缆和手持遥控器构成，用于采集、计算、显示和存储来自超细血流储备分数微导管和其他外部传感器的数据。北芯亦前瞻性地布局了房颤消融治疗、钙化病变治疗和外周血管治疗技术领域，开发了脉冲电场消融（PFA）系统、冲击波球囊治疗（IVL）系统等革新性的技术和产品解决方案，拥有强劲的持续扩容能力。

图28：北芯IVUS产品

资料来源：北芯官网

天津恒宇医疗成立于2016年，专注于血管内超声(Intravascular Ultrasound, IVUS)设备及导管、光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography, OCT)设备及导管、IVUS/OCT一体机式的双导管系统、基于IVUS和OCT的无创血流储备分数(Fractional Flow Reserve, FFR)平台及血管内激光斑块消蚀技术的研发、生产和销售，掌握光学、超声及导管平台技术，未来产品将全面布局冠脉介入、外周介入、神经介入等领域，目标成为血管介入腔内诊疗龙头企业。

恒宇医疗的血管内超声诊断设备最快10mm/s回撤速度，大大缩短回撤时间；最高每秒80fps，拥有更广的成像范围，成像直径高达 21mm，分辨率优于35μm。可扫描更粗血管，更大运行距离，最高可达 9000 帧(回撤速度 0.5mm/s 时) ；显示器主屏为23吋显示器，副屏为触控屏，双屏互操作，并且原生支持多显示器。该设备已于2022年11月获得NMPAⅢ类医疗器械认证，配套使用得一次性血管内超声诊断导管已于2022年12月获得NMPAⅢ类医疗器械认证。

除此之外，恒宇得产品布局中还涉及光学相干断层成像（OCT）设备及导管、IVUS/OCT一体机式的双导管系统及血管内激光斑块销蚀技术的自主研发、生产和销售。

图29：恒宇医疗IVUS产品

资料来源：恒宇BP

2020年3月远大医药控股参与投资并在大中华区享有独家代理权的加拿大科纳维医疗有限公司（Conavi Medical）研发的一款血管内超声光学同步成像系统NOVASIGHT Hybrid继美国FDA、加拿大Health Canada获得上市许可后，于日本正式通过医疗器械注册审批并上市。值得一提的是，NOVASIGHT Hybrid也因其创新性被我国监管部门纳入特别审批程序的“绿色通道”。

IVUS领域目前市场规模逐渐扩大，发展较为稳定快速，为高技术门槛领域。

（1）IVUS和OCT设备渗透率增长迅速，外资垄断背景下国产替代势在必行

不论是IVUS或者OCT，均是为冠脉造影提供血管腔信息的一种补充手段，目前总体市场规模不大，但国内市场增速显著，未来市场可观，国产设备已经陆续布局并且获批认证。目前来看，OCT技术更复杂，价格更高，晚于IVUS大规模进入市场，IVUS仍为市场的主要冠心病诊断器械。

（2）冠脉介入诊断产品相互协同，覆盖完整诊疗流程

从行业细分领域来看，冠脉介入精准诊断市场随着PCI手术量的增加，市场潜力巨大。多产线协同，逐渐覆盖冠脉介入完整诊疗流程或许是未来IVUS和OCT设备发展的方向，国内已有企业布局IVUS-OCT一体机，IVUS，OCT和FFR产品的结合体等值得关注。