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球囊导管和球囊扩张导管(2012-11-5 修改)

时间:2013-12-23 11:19来源:未知 作者:Pro.Yang 点击:
球囊导管分为球囊扩张导管、球囊阻塞导管以及球囊整覆导管 球囊扩张导管:

       球囊导管分为球囊扩张导管、球囊阻塞导管以及球囊整覆导管

一、球囊扩张导管

       球囊扩张导管:是一种头端带有可膨胀球囊的软性导管,用于在影像引导下扩张人体内狭窄的空腔脏器,如血管,消化道,泌尿道等。在不膨胀的情况下,球囊导管进入靶病变部位,治疗成功后可以回缩球囊以便撤出球囊导管到体外。血管扩张球囊的几个基本特性如下:

球囊顺应性和扩张力

       从最严格的角度来说,顺应性是指在每改变一个单位压强时体积的变化值。对绝大多数PTA球囊导管来说,增加压强长度并不发生变化。因此,体积的变化主要体现在球囊直径的变化上。

       德国医生Gruentzig 最开始使用的球囊和所有早期的PTA球囊都是PVC材质的,而PVC相对于今天的标准来说是比较有顺应性的球囊材料。这些球囊在施压时容易变形,并且在达到可拉伸强度极限(破裂)前直径明显增加。PTA时的结果往往是球囊直径明显大于制造商所标称的数值。Abele 非常好的描述了随着在严重狭窄部位施力的增加,顺应性球囊是如何导致(1)难以预料的球囊直径;(2)非病变毗邻部位(例如,接触正常血管壁的部分)的球囊材料过度伸展;(3)附近正常血管段的过度伸展和可能的破裂;(4)很差的病变触感;以及(5)病变部位减弱的扩张力。PVC球囊在破裂前容易扩张,不单是由于压强增加,还可以是因为反复的扩张。这种球囊的过度扩张导致临床血管成形术中发生血管破裂。

       自从引入PTA球囊后,多聚物科学和技术的发展导致薄壁、顺应性较小材料的球囊产生,这些材料包括聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙和聚氨酯。这些材料顺应性比PVC小,一般来说较为适用于PTA,虽然PE是其中最柔顺的材料。在达到破裂点前,无顺应性球囊直径的增加很少。因此选择匹配血管大小合适的球囊几乎能保证血管扩张成形时不会发生血管破裂(透壁撕裂)。球囊本身在超出张力极限时可能破裂,而血管可以保持完整。各种不同球囊材料的不同,顺应性也不同。除了这些特殊的球囊材料,与顺应性和破裂有关的因素还包括温度、扩张次数和球囊直径。
 
圆周应力

       球囊扩张时施加于球囊圆周表面的非放射状力称为圆周应力。因为压强等于单位面积上的压力,在压强一定时,表面大的球囊比表面小的球囊受到更大的圆周应力。圆周应力T等于压强P和球囊直径D的乘机:

       T=P×D

       对给定的球囊材料和膨胀压来说,球囊直径越大,其表面受到的圆周应力越大。因此,相同的材质,大球囊会在较小的压强下破裂。换一种说法,选择相同材料制造的不同大小球囊,每个球囊在受到相同的圆周应力时破裂。但是,由于上面提到的关系,对一个给定的圆周应力来说,压强和球囊直径成反比。因此,对大球囊来说,要达到破裂的圆周应力所需要的压强相对较小。结果,最大的球囊有最小的破裂压强值。现有能承受20个大气压的“高压球囊”(但是厂家说明最大膨胀压是10-16个大气压)用于临床经皮血管成形术(PTA)。

       血管成形术时血管破裂最重要的原因是血管过度扩张。防止这种过度扩张的发生,并保证能对病变部位施加最大扩张力最简单的方法是选择适当直径的无顺应性球囊。使用无顺应性的球囊行PTA,扩张力随着膨胀压线性增加。

       最后,除了理想的无顺应性PTA球囊,还可以选择顺应性有限的导管。某些尼龙球囊制造商使用这种方法,他们生产的PTA球囊必须同时配合一个压力检测装置同时使用。因为这种球囊的顺应性曲线是精确的和可重复的,选择一个球囊扩张压值,就可预测球囊直径是多少。利用这种系统,可以通过选择想要的球囊直径相对应的正确压力值,来扩张8.0mm直径的球囊到7.5或者8.5mm(或者需要的这两个极限值间的任意直径)。

球囊截面积

       截面积可以想像成是PTA导管最大横断面积或者直径,使用的是F单位。一个球囊截面积稍微增加的5F PTA导管可能实际上是5.7F的。绝大多数施行PTA 时都使用带有止血阀门和侧口的血管造影鞘。5.7F的截面需要使用6F的鞘。使用球囊位置比其导管部分明显大的球囊导管时,不用血管造影鞘容易产生插入部位滲血。 

       小截面产生两个实际好处:较小的动脉鞘(以及较少局部穿刺并发症产生)和穿越病变部位的能力。后者指导管的球囊部分穿过目标病变使PTA能够施行的能力。除了截面,另外一个跟穿过病变相关的因素是病变表面和球囊表面的摩擦力。一些制造商通过给球囊表面增加亲水涂层来减少这种摩擦力。 

       早期的PTA导管为9F的导管。再给导管轴包被上球囊,常常使截面达到10F到11F的范围。这种大得吓人的导管绝对不可能循着弯曲血管中的导丝进行内脏或者冠状动脉血管成形。为了减少PTA导管截面积,制造商使用更好的导管材料和现代冲压技术来减少导管轴总体大小,减少球囊下导管轴直径,使用非常薄但无顺应性的球囊材料以及完善球囊包被工艺多种手段。特殊的球囊导管设计(共轴、双腔、球囊导线)是截面的另外一个决定因素。

       5F的导管上所有常用直径的球囊都可以获得。至少有两家制造商生产5F轴上的直径最大到12mm的球囊。更有两家生产5F轴的高压球囊。包括球囊套层,这些12mm球囊导管的截面大约是7F。因此,使用时需要8F的鞘。

追踪力

       追踪力是指PTA导管循着导丝通过弯曲路径到达病变部位而不使导丝移位的能力。在任何一种情况下,特殊的解剖结构、操作者的技术和经验以及导丝-导管组合都影响导管是否能到达目的部位。早期行腓浅血管与逆行髂血管成形术时,追踪力不是一个必须考虑的因素。因此相对较大而硬的PTA导管是完全可以接受的。正是由于这些硬质导管容易推进,它们可以穿过并扩张绝大多数病变。但是为了行跨越髂动脉到对侧股动脉的PTA、肾动脉和内脏动脉PTA,这样的导管显然不合要求,这就对制造商提出了新的要求。 

       为了术者能顺利完成操作,导管的设计上需要有足够的柔韧性。导管的柔韧性很大程度上是通过制造商减小导管和球囊的截面积来实现的。而为了减小截面,主要是通过生产薄壁导管这样的手段。但是这样就不得不付出导管更容易弯折和可推进性减弱的代价。为此需配合各种导丝联合应用以增加PTA导管追踪力。使操作者通过病变部位的理想的导丝,尖部柔软灵活可控、不透X光,其体部较硬以增加和引导导管前行。目前市场上0.014~0.035英寸的导丝都具有良好的可控性,比较容易穿过狭窄甚至是阻塞的动脉病变。一旦导管穿过病变,撤出引导导丝,通过导管注射造影剂,确定了在血管腔内的位置正确后,用交换导丝置换PTA球囊导管,并使PTA导管循导丝穿过狭窄部位。追踪力差的球囊导管会把替换导丝从目标血管拉出到主动脉或者上一级动脉中,这样先前的选择性插管的努力全都白费了。

抗折性

       球囊导管要通过严重迂曲的血管和严重狭窄部位,常常导致球囊导管弯折,导致充盈球囊的造影剂不能通过导管充盈球囊。理想情况下要使导管通过半径较小的弯曲,导管应不会弯折。过去PTA 时,操作者为了在行PTA的同时行诊断性造影,可能常常会遇见这种弯折的情况。比如,行通过跨越髂动脉分叉处的对侧股浅动脉(SFA)PTA,操作者可能需要把导丝临时抽出来,通过导丝腔注射造影剂,进行PTA术后动脉造影时。当导丝抽出时,导管轴(包括球囊腔、导丝腔)最容易弯折。PTCA(冠状动脉扩张术)时由于使用了引导导管,也不用PTCA 球囊导管来注射造影剂,弯折的问题则不那么明显。现代周围动脉血管扩张术和支撑架架植入术目前也广泛使用引导导管,通过鞘管注射造影剂避免了通过球囊导管导丝腔的注射。

       当PTA球囊导管发生弯折后,有时可以再插入导丝的同时稍微将导管稍退出一点来解决这个问题。但有时需将导管拔出重新插管。有数种方法可以避免这种情况的发生。一种方法是通过球囊导管的导丝腔,在狭窄远端放置一根较硬的软头0.018英寸导丝,并用Y形阀连接在PTA球囊导管的注射口。然后沿着这根导丝将PTA球囊导管前行到覆盖病变的位置上,通过Y形阀连接器的侧口可以注射造影剂、硝酸甘油、盐水或其他液体,因为0.018导丝明显比球囊导管内腔0.038英寸的直径小,留有空隙用于注射。第二种方法是使用不同外径的血管鞘(翻山鞘或过山鞘)来扩宽这个转弯(增加转弯的半径),这样或许可以避免弯折的发生,但是失去了插入导管穿刺部位的小截面优势。

       实际上导管壁太薄的时候所有的材料都很容易弯折。但是当导管壁厚度一定的时候,不同的材料有不同的抗折性能。编织导管抗折性能可能最强,但是截面较大。5F 的编织导管加上PTA球囊腔后截面远远大于5F。所以,虽然一些鞘、引导导管和许多选择性导管是编织状的,球囊PTA导管杆一般不用编织方式。

       总之,用非常薄的材料生产的小截面球囊导管容易弯折,特别是在通过小半径转弯和导丝被抽出的时候。目前尚无完全抗折、小截面的PTA导管。最好的防止弯折的方法是使用上面描述的技巧。

可推动性

       虽然在跨髂动脉对侧股腘动脉的PTA、胫动脉的PTA,以及肾动脉和内脏PTA,甚至颅内动脉PTA中都存在可推动性的问题。但是这个问题最早提出可能是在PTCA,而不是PTA。截面非常小的PTCA导管或许不存在到达严重狭窄部位的困难,但是如果导管可推动性很差,或许到达病变部位并不意味着能够通过狭窄。为了解决这个问题,制造商现在已经生产出了球囊头(引导头)非常软而导管轴相对较硬的导管,使末端能够沿导丝容易地被推动。硬质部分与软质部分间的移行区越长越光滑,导管越不容易弯折。PTA球囊导管的可推动性改变了跨髂动脉操作以及外周PTA 时遇到的大多数情况。这样,术者就能够利用导丝的硬质部分来支撑导管,并推动导管通过病变。即使是在这种情况下,使用有逐渐变细的尖端和小截面血管成形球囊导管也是有帮助的。要想推动导管通过病变区,支撑导丝是非常重要的,这在再通慢性闭塞性髂动脉和支架放置PTA术中的推进技术有很典型的体现。

球囊导管头

       球囊导管头应该逐渐变细来适应导丝有助于穿过狭窄病变处。直径过大或者不好的头部形态设计使导管即使是有硬导丝引导也难以穿过严重狭窄部位。形态不好的头部和推进性差的轴组装起来的导管特别不利于穿越病变的操作。球囊导管头的长度也是问题的另一面。在许多操作中,比如髂总动脉的逆性球囊PTA,导管头或许可能不是问题。但是在那些有远端分枝血管容易被导管头损伤(对肾动脉和胫动脉进行操作)时,所以需要使用短的球囊导管头。

球囊膨胀缩复次数

       缩复是指扩张或收缩球囊所需要的时间。虽然PTA导管膨胀缩复过程中流经球囊的稀释造影剂“流量”不是层流,将它想像为层流有助于我们理解影响实际观察到的膨胀缩复次数的因素。 

       现代PTA导管截面小,有相应的小直径球囊或通道。液体“流量”与通道半径的4次方成正比,与导管长度成反比。因此,如果我们比较两根PTA球囊导管,球囊直径均为12mm,而长度一根为40cm,一根为80cm,我们可以发现80cm长的导管复缩所需时间大约是40cm长导管的两倍。 

球囊PTA导管的其他功能

       近年来,血管成形术后再狭窄发生率高,治疗再狭窄增加经济负担,以及随后病人行血管再通术的各种风险增加,引起研究者对减少和消除这些问题的基础和临床研究的兴趣。研究方法包括工程学(支架、腔内斑块旋切术)、药理学甚至遗传学。现在的理论认为PTA术后生长因子使动脉中层平滑肌细胞(SMC)发生性质改变,由原来的收缩细胞表型转化为合成细胞表型。这些转化了的平滑肌细胞移行到内膜层,合成的基质构成了内膜新生组织体积的90%。后者是多数再狭窄发生的原因。 

       已经研究的细胞毒性药物以及其他能够抗增殖的物质能够防止再狭窄,但是由于这些药物大剂量对病人的毒副作用太大,许多不能够静脉注射。包括寡肽、寡核苷酸等的多种其他药物会被消化酶消化,以及胃和肠道多种不同pH值的影响,不能口服。所以,研究者将兴趣放在了在行PTA同时直接将药物送达目的位置。自然我们会考虑将PTA球囊作为实现这一目标的载体。这类实验使用了能够作为药物载体的水凝胶包被的血管成形球囊。另外一些研究者在实验中使用多种微孔球囊导管来把药物送达血管壁。 

       也可能利用血管成形导管对血管壁释放能量来防止或者抑制再狭窄。有人使用特殊改造的血管成形导管释放射频能量来封闭PTA导致的血管夹层,并用它来重塑血管壁又不产生血管夹层。通过光纤维释放激光的方法也被用来减少再狭窄。
       最后,也有人提出通过球囊运送在血管内会凝固的液体多聚物并“铺平”PTA损伤的血管壁,然后将血管壁和周围的生长因子以及其他可能导致再狭窄的物质隔离。同时,“铺平”血管壁能够防止PTA引起血管夹层后导致血管闭合。这些多聚物包括聚乳酸和其他人体能够降解的物质。虽然这些物质的力学性质给放置支架增加了难度,但是它们却提供了一个临时的支撑结构而不必取出。

 
       目前球囊导管的新进展主要围绕,开发新的球囊技术以防止血管内介入治疗的慢性并发症:血管夹层、血栓形成、远端栓塞以及再狭窄。这些技术包括低温球囊和切割血管成形球囊。
 
       低温球囊除了具有其他导管的机械血管塑形作用,还能够把附近组织温度降至-10℃。实验证据表明这种低温可以诱导组织凋亡或者程序性细胞死亡,进而减少狭窄。这种技术对治疗透析移植血管顽固性反复狭窄有预防作用。 

       切割球囊血管成形术,在冠状动脉和外周循环动脉中均可使用,用于血管内近距离治疗后血管顽固性狭窄或者透析用动静脉瘘反复狭窄病人的治疗。 

关于术语

       所有的介入学专家在临床描述、学术报告、操作或口头演讲中与同事或者助手交流都需要能够描述球囊导管的各个部分。在进行关键操作步骤时介入操作者都不可避免地需要描述球囊导管的近端和远端。而且操作者会觉得难以确定球囊的哪一端是近远端。例如,为治疗布加综合征,在下腔静脉和右心房连接部进行PTA操作,如果球囊是通过股静脉插入的,球囊有部分穿过腔静脉和心房连接部,部分在右心房内,还有部分在下腔静脉内,那么球囊哪一端才是近端呢?如果说在下腔静脉内的部分是近端,那么会把最靠近操作者的球囊端认为是近端。但是,事实上没有解剖学参考点近端这个词是没有意义的。选择了参考点后,近端通常是指最中央的部分;因此,近端应该指的是右心房内的那一端。问题是导管本身不是解剖学部位,不可能有近端或者远端。
 
        应该放弃使用近端和远端这样的词,而使用实际操作中大家都能认同的词,应该用“头”和“尾”。任何需要描述使用的导管时候或者关于它的一部分的时候,用头尾端较为简单。例如,在刚才提及的情况下,用这些词来精确地描述球囊导管上的不透光标记应该是:“导丝头位于上腔静脉中,球囊导管尾部标记放置于狭窄的腔静脉心房连接处2cm下方,而头部标记位于心房内。”这个命名法同样适用于导丝和诊断性导管。

支架和其他需要展开的设备较为特殊。上述命名可以用于放置于导管上面和展开时的支架。只要支架放置于运送导管上,就有头和尾端,在放置前都可以参照。展开后,支架不再需要操作者或者其他进一步的干预,应该使用人体或者体腔的解剖定位标志。上面的例子中放置支架时,接近导管头端的支架部分是支架的头端,接近导管尾端的支架部分是支架尾端。支架展开后,头尾端就没有意义了。导管的心房端是近端,下腔静脉端是导管远端。这个原则同样适用于下腔静脉滤器和其他放置在人体内的装置。广泛接受这些简单的术语规则会明显增进我们关于装置和方法口头和文字交流。
 

关于球囊导管的总结

       在球囊血管成形术出现后的不到20年时间里,球囊导管和导丝技术根据临床需要和市场竞争不断进步。现代外周PTA球囊导管具有高压、低柔顺性、有限柔顺性、小截面、可引导、可推动以及(对某些球囊来说)抗刮擦的性能。可以买到各种专门的可转向、不透光、硬质、松软以及不同硬度的导丝。常用的导丝有0.014-0.018英寸的小血管球囊导管导丝和0.035-0.038英寸的小截面5F球囊导管。将来的技术发展主要集中在提高抗折性、抗刮擦性、支架兼容性和可运送治疗药物、基因、可生物降解或者可生物吸收支架的球囊开发。研究也应该关注将所有的球囊功能缩小用于颅内介入治疗。

 

(编辑:Mr.Editor)
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