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取栓支架所致血管損傷及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展
一、支架取栓術(shù)所致的血管損傷
使用取栓支架進(jìn)行AIS的血管內(nèi)治療,在取得較高的血管再通率的同時(shí),應(yīng)考慮到腦血管對(duì)機(jī)械損傷的敏感性,所以裝置本身產(chǎn)生的血管損傷不容忽視。
臨床上,取栓裝置所致血管損傷的表現(xiàn)多樣:
·宏觀上:
可導(dǎo)致血管內(nèi)皮剝脫、夾層、穿支血管損傷和撕裂等,可能造成嚴(yán)重的臨床后果,如出血、夾層、再閉塞和再通失敗等,導(dǎo)致患者的預(yù)后不良。
·微觀上:
血管閉塞后血管內(nèi)皮細(xì)胞的血流剪切應(yīng)力改變以及血栓對(duì)血管內(nèi)皮的毒性作用,會(huì)影響內(nèi)皮細(xì)胞間、內(nèi)皮細(xì)胞核中膜平滑肌細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo),可以引起一系列生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子(如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1β和白細(xì)胞介素6)的釋放,導(dǎo)致出現(xiàn)一系列級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)最終造成血管內(nèi)皮的功能障礙、血腦屏障的功能完整性喪失以及繼發(fā)性神經(jīng)元損傷。
血管再通后這些損傷可不同程度的恢復(fù),而血管內(nèi)皮功能難以完全恢復(fù)甚至加重。這種機(jī)械損傷已在體外細(xì)胞模型、動(dòng)物模型和人類(lèi)臨床影像學(xué)資料等不同維度得到證實(shí),如在家兔的頸動(dòng)脈取栓模型的研究中,于取栓后1周和2周可以觀察到血管內(nèi)膜增厚和水腫,與4mm直徑的取栓裝置比較,6mm直徑的取栓裝置造成的血管內(nèi)膜損傷程度更加明顯。
在家豬實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷难芯恐杏袑W(xué)者使用血管內(nèi)光學(xué)相干斷層掃描觀察取栓后的血管損傷表現(xiàn)以及與組織病理學(xué)標(biāo)本進(jìn)行對(duì)照,發(fā)現(xiàn)取栓后1、3和6h血管內(nèi)皮出現(xiàn)剝離,與之相對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)組織病理學(xué)標(biāo)本的血管內(nèi)膜夾層出血和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)。
來(lái)自取栓術(shù)后高分辨磁共振影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn),取栓可導(dǎo)致病變血管壁增厚和強(qiáng)化。來(lái)自體外細(xì)胞平臺(tái)的研究亦證實(shí)了體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,并且展示了不同取栓裝置對(duì)血管損傷的異質(zhì)性。
二、取栓裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)血管損傷的影響
降低取栓裝置對(duì)血管損傷的同時(shí),最大限度地發(fā)揮其恢復(fù)腦血流的作用是取栓裝置設(shè)計(jì)面臨的重要問(wèn)題。取栓裝置為超彈性鎳鈦合金制成的網(wǎng)籠結(jié)構(gòu),用以捕獲血栓并機(jī)械地從體內(nèi)移除血栓,支架筋條的徑向支撐力作用于血管壁,在釋放支架和打開(kāi)狀態(tài)下移動(dòng)支架的過(guò)程中,不匹配血管解剖結(jié)構(gòu)的支架系統(tǒng)可能會(huì)造成血管壁的機(jī)械損傷。
取栓裝置的設(shè)計(jì)涉及生物力學(xué)、力生物學(xué)和材料力學(xué)等學(xué)科,目前學(xué)界仍缺乏針對(duì)取栓裝置的結(jié)構(gòu)對(duì)血管壁影響的力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究。有學(xué)者針對(duì)體外仿真取栓支架的力生物學(xué)特性進(jìn)行了探索,并對(duì)半閉環(huán)取栓裝置的結(jié)構(gòu)、釋放、移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬分析,提出了支架的外部設(shè)計(jì)應(yīng)更加平滑,以減少其應(yīng)變峰值,為取栓裝置的設(shè)計(jì)提供了有益的借鑒。
目前,更多的、可借鑒的信息來(lái)自于網(wǎng)孔樣鎳鈦合金血管支架,此類(lèi)支架(特別是大型號(hào)支架)對(duì)血管壁的損傷已經(jīng)在體外數(shù)學(xué)、力學(xué)模擬和不同種屬的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。
綜合現(xiàn)有的有限元模型分析和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為:支架系統(tǒng)大于置人靶血管的尺寸和順應(yīng)性差是導(dǎo)致血管內(nèi)皮嚴(yán)重?fù)p傷的兩個(gè)重要因素。通過(guò)有限元分析和評(píng)估血管內(nèi)治療技術(shù)對(duì)機(jī)械取栓裝置減輕血管損傷的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
三、機(jī)械取栓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
目前,常用的取栓裝置有Solitaire、Trevo等二代支架取栓裝置,為了提高取栓效率和降低并發(fā)癥的發(fā)生率,學(xué)者們對(duì)取栓支架進(jìn)行了改良,如 Trevo XP、NeVa""和ERIC支架等,在腦缺血機(jī)械取栓試驗(yàn)中取得的良好效果,并廣泛應(yīng)用于臨床。
新一代Solitaire取栓支架Paltinum在降低血管損傷上也做出了一定的改進(jìn),如顯影標(biāo)記頭端更加圓潤(rùn)和可視化更好等。Trevo支架是目前臨床上應(yīng)用較為廣泛的取栓裝置其頭、尾部各以10mm長(zhǎng)的半支架形成“錐形”過(guò)渡,從而更好地滿足較細(xì)及遠(yuǎn)端血管。
也有學(xué)者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究指出,Trevo支架組的血管開(kāi)通率高于Merci支架組,疾病可得到更有效的控制,且患者的預(yù)后良好率(改良 Rankin 量表評(píng)分為0~2 分)高于Merci支架組(40.0%對(duì)比22.0%),兩組病死率的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(15%對(duì)比23%,P>0.05)。
然而在清除血栓時(shí),脫落栓子可隨著血液流動(dòng)堵塞遠(yuǎn)端血管,而且取出支架可能會(huì)引起其他繼發(fā)性疾病,如血管壁內(nèi)膜損傷等,一定程度地增加了治療風(fēng)險(xiǎn)。
而最新研發(fā)的Trevo XP支架已將10 mm的無(wú)效段去除,并給予更輕盈的頭端無(wú)損傷設(shè)計(jì),支架推送和操作時(shí)對(duì)血管的損傷更小NeVa"支架包括3個(gè)部分:
1、初始段是一個(gè)封閉的細(xì)胞支架結(jié)構(gòu),可以壓縮血栓,并即可恢復(fù)血流(血流恢復(fù)區(qū));
第二部分由2個(gè)大的、開(kāi)放的區(qū)域組成,金屬覆蓋面積最小,被稱(chēng)為“降落區(qū)”,它們以90°的角度相互偏移,可為堅(jiān)硬、白色、富含纖維蛋白的血栓提供入口點(diǎn);
最后一部分是一個(gè)封閉的籃狀”結(jié)構(gòu),用來(lái)保留進(jìn)入擴(kuò)大的滴入?yún)^(qū)”開(kāi)口的血栓該裝置采用了 Drop Zone 技術(shù),具有閉合的遠(yuǎn)端尖端和強(qiáng)大的擴(kuò)張徑向力。
有學(xué)者通過(guò)回顧性分析認(rèn)為NeVa支架取栓的首次通過(guò)率和最終再通率均較高,且操作迅速、安全,無(wú)重大并發(fā)癥發(fā)生,與傳統(tǒng)的支架相比,該支架的回收設(shè)計(jì)可更有效地回收所有類(lèi)型的血栓。
ERIC支架是由3~5個(gè)直徑為3~6 mm之間相互連接的“球形籠”組成,最終的工作長(zhǎng)度為15~44 mm。該裝置的設(shè)計(jì)限制了與血管壁的接觸點(diǎn),可以潛在地減少血管創(chuàng)傷;與經(jīng)典器械相比,不良事件的發(fā)生率相同。
四、血管解剖結(jié)構(gòu)對(duì)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響
以上取栓支架的具體結(jié)構(gòu)和尺寸均有所不同,但均為“直筒形”設(shè)計(jì),支架遠(yuǎn)、近端直徑相同,而腦血管近、遠(yuǎn)端直徑往往逐漸變小,故支架遠(yuǎn)端完全釋放后其直徑大于目標(biāo)血管的直徑。
反觀腦血管其近、遠(yuǎn)端直徑往往具有較大差異,如前循環(huán)動(dòng)脈,從近端頸內(nèi)動(dòng)脈顱內(nèi)段至遠(yuǎn)端大腦中動(dòng)脈M2段為漸細(xì)的結(jié)構(gòu)[頸動(dòng)脈末端的直徑為(3.6±0.4)mm.大腦中動(dòng)脈近端起始部的直徑為(3.1±0.4)mm,M2 起始部的直徑為(2.4±0.4)mm)][32]。
均一直徑的取栓支架置人血管后,由于遠(yuǎn)端血管直徑較小,相當(dāng)于較大直徑的支架置人較小直徑的血管中,故而遠(yuǎn)端血管承受的應(yīng)力較大。
當(dāng)拉動(dòng)支架取出血栓時(shí)相當(dāng)于在血管中拉動(dòng)一個(gè)大直徑支架,其產(chǎn)生的摩擦力和血管形變對(duì)血管損傷的可能性較大。
這一效應(yīng)可能在彎曲的血管中得到放大,對(duì)血管的損傷更大腦血管多迂曲,且顱內(nèi)、外段血管管徑不一,支架取栓時(shí)不能與血管壁良好的貼合:還需指出的是,在干預(yù)過(guò)程中,由于迂曲血管使得支架軸向方向發(fā)生形變,容易影響療效,并且還可能導(dǎo)致血栓碎裂,使其遠(yuǎn)端血栓脫落的風(fēng)險(xiǎn)增加。
此外,在國(guó)人AIS的病因譜中,顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化狹窄(ICAD)的占比較高,文蘭報(bào)道可達(dá) 46.6%;而在西方國(guó)家發(fā)生ICAD的比例很低,現(xiàn)有的取栓支架是針對(duì)西方患者的血管解剖條件和疾病特點(diǎn)設(shè)計(jì),并未考慮ICAD會(huì)加劇血管直徑的不均勻程度,所以增大了取栓難度,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)取栓手術(shù)發(fā)生再通失敗或再閉的概率較高。
來(lái)自亞洲人群的研究發(fā)現(xiàn),合并ICAD的取栓手術(shù)面臨著更加復(fù)雜的情況,發(fā)生再通失敗或再閉塞的概率較高,這與潛在的血管內(nèi)皮損傷密切相關(guān)。特別是我國(guó)卒中高發(fā)且卒中病因譜中ICAD也高發(fā),使得取栓手術(shù)更加復(fù)雜和困難。
為了適應(yīng)血管的解剖結(jié)構(gòu),學(xué)者們對(duì)神經(jīng)介入器材進(jìn)行了探索,設(shè)計(jì)了漸變直徑的頸動(dòng)脈支架,其遠(yuǎn)端直徑為6mm,近端直徑為8mm,更加貼合頸動(dòng)脈起始處的解剖結(jié)構(gòu),通過(guò)有限元分析以更好地適應(yīng)眾多頸動(dòng)脈分叉處病變的管腔形態(tài)。
目前已有針對(duì)頸動(dòng)脈支架置人術(shù)的有限元分析研究,目前,“直筒形”設(shè)計(jì)的支架與腦血管近、遠(yuǎn)端直徑逐漸變細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)不相符,取栓時(shí)容易損傷血管壁,且不易與血管壁很好的貼合。
因此,為了適應(yīng)腦血管的解剖結(jié)構(gòu),使其更容易到達(dá)病變血管處,最大程度地減少對(duì)血管壁的損傷,從而提高手術(shù)的安全性,可考慮將支架的“直筒形”設(shè)計(jì)改進(jìn)為適應(yīng)血管結(jié)構(gòu)的“錐形”設(shè)計(jì),使其直徑尺寸與血管直徑差值較小,支架置人遠(yuǎn)端血管后展開(kāi)的更充分。
內(nèi)容來(lái)源:《機(jī)械取栓裝置所致血管損傷及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展》DOI:10.3760/cma.i. cn112050-20221125-00552
本文由廣州佳譽(yù)醫(yī)療器械有限公司/佛山浩揚(yáng)醫(yī)療器械有限公司聯(lián)合編輯