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球囊导管的结构与特性

1964年1月16日,Dotter及Judkins应用球囊导管为一位老年女患进行了世界上首例下肢血管成形术。

13年后,Gruentzig应用球囊导管进行了世界首例冠状动脉成形术。时至今日,球囊扩张导管已广泛用于心血管疾病的诊断、治疗,温故而知新,回顾球囊扩张导管技术的发展历程,对我们现在及以后的工作依然有很多启迪。

目前球囊扩张导管基本分为快速交换型、整体交换型、固定导丝球囊、灌注球囊四大类型。另外还有特殊类型的球囊扩张导管,如双导丝球囊、切割球囊、药物球囊等等。根据功能特点分为高顺应性球囊、半顺应性球囊、低顺应性球囊和非顺应性球囊扩张导管。以下就球囊扩张导管的部分内容做一介绍。

 球囊扩张导管

一、球囊导管类型

1、快速交换型球囊扩张导管

快速交换型球囊扩张导管是目前PCI中应用最广泛的球囊扩张导管。该导管在距球囊顶端25cm处有一侧孔,导丝尾端经球囊顶端插入而从该侧孔穿出,更换球囊扩张导管时不用延长导丝。其设计特点极大地方便了术者操作,节省时间。

快速交换球囊的结构与其他类型球囊的区别还在于,快速交换球囊包括一个球囊与推送杆的连接段,偶尔有断裂情况的发生。球囊和导丝均由术者一人操作,显影效果理想。

而该类型球囊缺点是如不退出整套球囊系统,就无法更换导丝,如不使用延长导丝,就不能更换成OTW球囊,推送力有所降低,跟踪性稍差。

 

2、OTW球囊扩张导管

OTW球囊扩张导管(over the wire,OTW)即整体交换型球囊,1982年始用于PTCA。CTO病变或需要交换导丝的情形下或室间隔化学消融及经中心腔测压、取血时可选用,目前临床上OTW球囊较少使用。OTW球囊扩张导管具有易于交换导丝和跟踪性好等优点。

在导丝难以通过闭塞病变时可利用OTW球囊提供额外的支持力,类似于微导管的作用,如果导丝仍无法通过病变,可将OTW球囊扩张导管作为传输导管交换其他导丝。在导丝通过病变后,还可利用OTW球囊扩张导管进行远端造影以利于判断导丝是否位于真腔。因此OTW球囊扩张导管在处理CTO病变时仍具有一定的优势。 该类型球囊缺点为球囊尺寸稍大,钢丝长度 300 cm,要求两位术者配合。

 

3、固定导丝球囊扩张导管

球囊扩张导管顶端固定有一段长2 cm的可塑型软导丝,在目前常用的球囊扩张导管中其外形最小,因而病变跨越率增高,显影效果理想,只需单人操作。但导管进入靶血管时需在双向旋转的同时推进使导管较易折损,且不能单独运动,不能交换导丝,目前临床上基本不再使用。

4、灌注球囊扩张导管

灌注球囊扩张导管在其近远端具有多个侧孔,因此在球囊充气时,血流仍可通过球囊进入病变远端。当平均主动脉压为80 mmHg时,其远端血流仍可达40-60 ml/min。在处理冠脉穿孔等并发症需要应用球囊持续加压时,选用灌注球囊扩张导管具有一定的优势。 主要缺点是导管相对较粗,跨越病变能力较差。

5、特殊类型球囊扩张导管

目前临床上所使用的特殊类型球囊主要包括双导丝球囊、切割球囊、药物洗脱球囊等,本质上这三种球囊属于快速交换球囊扩张导管,但因其又具备特殊功能而异于常规意义上的快速交换球囊。

双导丝球囊外径与普通球囊类似,在球囊末端有供导引导丝走形的内腔,此外在球囊表面还有一段固有钢丝,与导引导丝分别位于球囊两侧180°角的位置。双导丝球囊扩张时可规则的切开斑块组织,对内膜损伤小,同时能保证球囊不移位。

切割球囊是将微切割技术和球囊扩张结合的产物,目前临床应用的切割球囊主要为第三代产品,具有通过性更好,较低的压力就可获得充分扩张,血管内膜不规则撕裂小,远期再狭窄率低等优点。药物洗脱球囊是将传统的球囊扩张技术与药物洗脱技术结合的产物,作为支架术的一种有效补充正逐渐显现出其优越性,药物洗脱球囊可以避免由金属支架及聚合物载体造成的副作用,并可将药物涂抹于特定病变区域的血管壁上,用于控制再狭窄。

 

二、球囊扩张导管的结构和性能

以临床上常用的快速交换型球囊扩张导管为例,简介球囊扩张导管的基本结构和性能。

1、球囊扩张导管的基本结构

(1)球囊扩张导管尖端

导管尖端的外径、硬度及长度均可影响球囊通过病变的能力。锥形的尖端设计有利于减小球囊尖端的外径,提高导管的跟踪性。激光焊接等技术的应用,有利于进一步缩小球囊扩张导管尖端外径。通常来讲,短且硬头的球囊扩张导管更容易通过严重狭窄病变,而长软头的球囊扩张导管则更适用于迂曲病变的处理。

(2)球囊段材料及折叠方式:

球囊材料很大程度上决定了球囊的顺应性,如PET(polyethylene terephthalate)材料的球囊顺应性较小,而POC(Polyolefin copolymer)材料的球囊顺应性较大。目前临床上常用的半顺应性球囊多采用尼龙材料,另外球囊材料也是影响球囊通过能力和回卷性的重要因素。球囊回卷性是决定球囊再次通过病变能力的重要指标。

球囊的折叠方式是影响球囊通过外径的重要因素。低折叠球囊的通过外径较小,如1.5mm Sprinter球囊采用双折叠的方式,通过外径仅为0.021″。球囊表面的涂层材料可以降低球囊通过病变时的摩擦力,增强球囊通过病变的能力。现在球囊表面所采用的多为亲水涂层材料,如Aqua T3采用亲水Aqua SLX涂层,提高了球囊通过病变的能力。

 

(3)连接段:

作为联系球囊和推送杆之间的移行区域,在很大程度上决定了球囊的推送性和抗折能力。目前多数球囊的连接段均加入了中心钢丝以增强支持力,使球囊具有更出色的推送性和抗折能力。

(4)推送杆:

日前常用的球囊扩张导管推送杆材料有两种类型:采用金属推送杆,球囊扩张导管的推送性较好,但摩擦力较大;采用高分子材料外壳结合中心钢丝,球囊推送杆的摩擦力较小,但推送性较差。在需要同时送入2支球囊扩张导管处理病变,如分叉病变时,还应考虑球囊推送杆外径与导引导管内径之间的关系,常规应使用7F导引导管,以提高手术成功率。

2、球囊扩张导管的常用参数

(1)球囊大小(size):

球囊直径一般从1.25~4.0 mm不等,以0.25 mm递增,长度一般为0.8-2.0 cm,适用于多数病变。长度3.0cm以上的球囊称长球囊,用于长度<2.0 cm的病变。长度1.5 cm以下的球囊称短球囊,用于长度>5 mm的病变、冠状动脉口病变和无法保护分支的血管分叉处病变。直径1.5和2.0 mm的球囊常用于高度狭窄病变的预扩张。

(2)球囊外径(profile):

球囊外径包括多项指标,如:球囊的通过外径、推送杆外径(shaft profile)、球囊的尖端外径(tip profile)以及尖端病变入口外径(tip entry profile)等等。其中球囊的通过外径是评价球囊性能的常用指标,通常是指在球囊末扩张状态下测量球囊标记部位的外径。

球囊通过外径的大小与球囊的材质、制作工艺、球囊的折叠方式以及标记技术等均有一定的关系。球囊的折叠层数越少,球囊的通过外径越小,而嵌入式的标记技术有利于降低球囊的通过外径,如1.5 mm Sprinter球囊的通过外径为0.021″,Maverick球囊的通过外径仅为0.017″。

因此对于一般的冠脉病变,多数球囊的通过外径均足以满足通过病变的需求,但对于严重狭窄、钙化病变,应选择通过外径小的单标记球囊,更容易通过病变。

(3)导管杆外径:

导管杆外径小,则球囊推送容易,但显影效果差;导管杆外径大,则球囊推送难,但显影效果好。

(4)球囊的命名压(nominal pressure)和爆破压(rated burst pressure):

命名压指球囊达到预定直径时的压力。爆破压指球囊被充盈破裂时的压力,球囊爆破压是根据体外测试的结果,最少99.9%的球囊(95%的可信区间)不会发生破裂的最大压力。球囊命名压和球囊爆破压是反映球囊性能的重要参数,决定了球囊扩张时的安全压力范围。

 

三、球囊扩张导管的性能

(1)球囊的顺应性(compliance):

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PTCA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。球囊的顺应性主要取决于球囊的材料。顺应性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,容易引发支架两端出现夹层,现已很少使用。

伴随多聚物科学和技术的发展,薄壁、顺应性较小材料的球囊应运而生,这些球囊材料包括聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙和聚氨酯。目前临床上常用的是用尼龙材料制成的半顺应性球囊。非顺应性球囊指的是实际直径随充盈压增高而变化不大的球囊,主要用于支架植入后扩张和钙化病变的处理。

 

(2)球囊扩张导管跟踪性(trackability):

是指球囊扩张导管循导丝通过弯曲路径到达病变部位的能力。一般情况下,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到位。针对球囊导管而言影响跟踪性的因素主要有球囊扩张导管的材料、柔顺性、远端推送杆外径和亲水涂层等。

 

(3)球囊扩张导管推送性(pushability):

是指球囊扩张导管推送球囊前行的能力。推送性能越大越好,球囊的推送性主要取决于球囊头端设计、推送杆的材料以及移行区设计,如Maverick球囊的推送杆采用金属杆,有利于增强球囊扩张导管的推送力,另外,连接段加入中心导丝的设计进一步提高了球囊扩张导管的推送力。

 

(4)球囊扩张导管灵活性(flexibility):

球囊扩张导管的灵活性主要体现在球囊扩张导管顺应弯曲血管的能力,远端导管的材料、外径和连接段的设计在很大程度上决定了球囊扩张导管的灵活性。

另外,球囊扩张导管的扩张集中及再通过能力也是评价其性能的重要指标。

 

总结

在实际的PCI过程中,球囊扩张导管的选择似乎远不如导引导管和导引导丝复杂和重要。但是,如果不了解球囊的结构、特性等指标,在选择不当时会造成使用失误,轻则损伤血管内膜,重则形成血管血肿、夹层、破裂,引起严重后果,因而充分认识球囊导管的结构及性能特点,并正确选择球囊扩张导管仍然非常重要。


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