支架、球囊

2021
12/10

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CCI心血管医生创新俱乐部
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血管支架由经皮腔内血管成形术(percutaneous transluminal angioplasty, PTA) 为基础发展而来,在病变段血管内置入的永久性或临时性管状支撑架。

4.2.2.1 支架

  血管支架由经皮腔内血管成形术(percutaneous transluminal angioplasty, PTA) 为基础发展而来,在病变段血管内置入的永久性或临时性管状支撑架构,起到支撑狭窄血管、恢复血流灌注以及保护血管壁结构等作用,从而使血管维持正常生理功能。1969 年,Dotter 在犬的腘动脉成功置入了一枚金属螺旋状弹簧,开创了血管支架技术的先河。然而受当时PTA 技术迅猛发展的影响,直到 20 世纪 80 年代, 面对PTA较高的病变失败率时,该实验才得以引起介入同行们的关注,血管支架因此迎来实验和临床研究的春天,逐渐成为血管介入治疗的重要器械。血管支架有多种分类方法,根据展开动力及方式的不同,可分为自膨式、球囊扩张式、温控式三大类;根据支架材基的不同,可分为金属 / 合金支架、高分子聚合物支架;按照支架表面处理情况可分为裸支架、涂层支架和覆膜支架;而根据置入部位的不同,又可分为冠状动脉支架、主动脉支架、颈动脉支架、脑血管支架、肾动脉支架、周围四肢动脉支架等。 


冠状动脉支架 

4.2.2.1.1 冠状动脉支架简述

(1)临床应用 

  冠状动脉支架是经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention,PCI) 治疗中最常用的器械之一。临床上,对于冠状动脉造影下血管面积狭窄> 70% 的 冠心病患者,可行冠状动脉支架植入治疗。术中先通过预扩张球囊打开狭窄的血 管,再由导管将支架输送到血管靶病变处为病变血管提供径向支撑,之后再经后 扩张优化支架与血管壁贴合,从而保持血管管腔开放和血流畅通(图 1),具有解除冠状动脉狭窄、减轻心绞痛症状发作、改善患者临床预后的作用。



  经过 40 余年发展,随着 PCI 治疗理论、技术、器械的创新进步,以及冠状动 脉支架产品的不断更迭,介入治疗安全性和有效性不断提高,冠状动脉支架植入 术已成为除药物、外科搭桥以外,冠心病患者的主要治疗方式之一。 

  目前,以冠状动脉支架植入为主的 PCI 技术已获得国内外多个心肌血运重建指 南推荐[1],在单支血管病变、无前降支近端狭窄的双支病变、低 SYNTAX 积分(0- 22)的左主干病变、不合并糖尿病的低 STNTAX 积分(0-22)三支病变患者血运重 建治疗中,PCI 推荐级别不低于甚至高于冠状动脉搭桥术(表 1)。



(2)器械构成 

  目前临床上所用的冠状动脉支架主要为球囊扩张式支架,由球囊扩张导管和 支架两大部件构成(图 2)。支架预装在球囊扩张导管上,球囊扩张导管由导管座、 导管加强件、管体、球囊组成;导管球囊内带有两个不透射线的金属标志,方便 在 X 线透视下标记球囊的有效长度,支架位于两个标志之间。输送系统与 0.36 毫米 (0.014 英寸)最大外径导丝和 5Fr(0.056 英寸)最小内径的指引导管相容,有效工作长度约为 140 厘米。



  药物洗脱支架包括支架平台、载药涂层和抗增殖药物三个部分(图 3)。支架 平台历经了高性能医用不锈钢骨架到惰性金属合金骨架(钴铬合金、铂铬合金) 再到可降解聚合物(左旋聚乳酸、聚碳酸酯等)/ 可吸收金属合金(镁合金、铁合 金等)骨架的过渡,载药涂层是附着于裸支架表面的聚合物涂层,具有一定的生 物相容性,能够控制所载药物的释放速率。抗增殖药物分为细胞周期抑制性药物 和细胞周期毒性药物两种,前者主要是雷帕霉素及其衍生物(如佐他莫司、依维 莫司、拜尔莫司等),后者主要是紫杉醇。增殖药物自聚合物涂层中洗脱,释放至 血管壁中发挥抑制新生内膜形成、防止再狭窄的生物学作用。



(3)发展历程 

  冠状动脉支架技术发展可分为三个时代,即金属裸支架时代、药物洗脱支架时 代、生物可吸收支架时代,每一个时代都是对前一时代的继承、发展与创新(图4)。



  金属裸支架(bare mental stent, BMS)时代(1990—2000 年)[2]:PTA 术后急 性血管弹性回缩和急性血管闭塞是该技术的主要局限。1986 年,法国医生 Ulrich  Sigwart 完成了世界上首例冠状动脉金属裸支架置入术,为解决 PTA 术后血管闭塞 问题打开了突破口,标志着冠状动脉支架技术的问世。此后,各种类型的 BMS 不 断涌现,如 Gianturco-Roubin、Palmaz-Schatz、Multilink、AVE、NIR 等支架相继应 用于临床,冠状动脉介入迎来 BMS 时代。

  药物洗脱支架(drug-eluting stent, DES)时代(2000—2010 年)[3]:血管内膜 损伤修复过程中平滑肌细胞过度增殖,以及金属异物对血管壁长期慢性炎症刺激, 导致 BMS 植入术后再狭窄比例高达20%~30%。在金属支架表面覆盖抗增殖药物 涂层的尝试,成功使支架内再狭窄率降至 10% 以下。21世纪初诞生的 DES 也为 PCI 治疗注入了新的活力。第一代 DES 产品以 Cypher (强生)支架和 Taxus (波士顿科 学)支架为代表,但第一代 DES 的药物涂层在抑制平滑肌细胞增殖的同时也抑制 了血管内皮修复,易引起晚期支架内血栓形成;新一代 DES 对载药涂层进行了改 良,改良后的涂层包括生物相容性聚合物涂层、可降解聚合物涂层和无聚合物涂 层三种。生物相容性聚合物涂层 DES 以 Xience(雅培)支架、PROMUS(波士顿 科学)支架、Resolute(美敦力)支架为代表;可降解聚合物涂层 DES 以 BioMatrix (百盛)支架、Nobori(泰尔茂)支架、Orsiro(百多力)支架为代表。新一代 DES 改善了患者晚期临床预后,是目前 PCI 治疗中的主流器械。

  生物可吸收支架(bioresorbable scaffold,BRS)时代(2010 年以后)[4]:考虑 到冠状动脉狭窄解除后,仅需要 6~9 个月血管即完成重构,永久的血管内支撑物 并无必要且可能成为潜在隐患。BRS 理论上具有更好的组织相容性、完全降解为无 毒产物被机体吸收、恢复血管壁的正常生理功能等诸多优势,成为冠状动脉介入研发领域的又一闪耀新星。2000 年,首款 BRS Igaki-Tamai 支架应用于人体,2010 年 12 月,雅培公司推出的 ABSORB BVS 获得了欧洲 CE 认证。不过,由于介入医师 盲目将 BRS 广泛应用于真实世界患者治疗中,导致其远期疗效堪忧,BRS 研发应用 暂时陷入低迷。但总体而言。BRS 有望实现冠心病最理想化的治疗理念——血管修 复疗法(图 5)。因而,BRS 也被认为是冠状动脉介入史上的第四次变革。



(4)技术延伸探索 

  尽管 PCI 治疗已经历经四次变革取得了诸多突破,但冠状动脉介入医师永不止 步的追求推动着冠状动脉支架设计理念的推陈出新。如电子支架可以感知血液的 流动和温度,并能对相关信息进行存储和分析,调控药物释放速率,血管内皮修 复后,支架本身可以完全溶解。HT-DES 打破支架既往传统设计理念,采用了特殊 的工艺技术(eG“电子接枝”技术)将抑制内膜增生防止再狭窄转向促进损伤内 膜的修复。类似的,CD34+ 抗体涂层支架能吸引循环中内皮祖细胞到支架表面,加 速血管再内皮化进程,为解除术后再狭窄和晚期支架内血栓形成这个全球性难题 奠定了理论和技术基础。未来,作为第四次介入变革的 BRS 应着力解决的是在提供更强径向支撑力的同时,尽可能减小支架丝厚度、改善通过性能,另外,涂层 药物的释放速度与持续时间与支架的降解速度需寻求一个平衡点。因此,除了材 料学的革新,还需要多学科合作以及进行全面的技术探索。


4.2.2.1.2 冠状动脉支架市场现状及趋势 

  2009—2019年,中国冠心病介入治疗从23万例发展到100多万例,年增长速度 在 10% ~20%,支架在中国的使用量连续 10 年都保持高速增长。2019 年中国冠心 病介入治疗的总病例数为1 025 065例,冠状动脉支架的使用量为152万支,达到近 年使用量的峰值;2020 年中国冠心病介入治疗的总病例数为 968 651 例,冠状动脉 支架的使用量为141万支,支架的使用量同比下降7.2%,总体市场规模约150亿元。冠状动脉支架领域是我国血管介入器械中发展最成熟的细分市场,是血管介入器械 单体最大的市场,也是我国高值耗材领域进口替代率最高的市场之一(图6)。



  2005 年在药物洗脱支架替代裸支架的浪潮中,冠状动脉药物洗脱支架国产化 比率已经达到 70% 左右,以乐普、微创、吉威等国产冠状动脉支架企业为代表, 其中乐普占比约为 25%,微创占比约为 24%,吉威占比约为 21%。冠状动脉支架尤 其是药物洗脱支架研发壁垒较高,科技含量高,因此市场份额集中于大型企业。 

  在2020年9月,国家对冠状动脉支架进行了集中采购,目的是通过带量采购, 以量换价,减轻患者负担,节约医保基金支出,提升医保基金使用效率,提高老百姓医疗保障水平。从报价结果来看,经过本次集采,中选产品 10 个,分属8家企业。支架价格从均价1.3万元左右下降至700元左右,这也意味着此前动辄过万 的冠状动脉支架价格降至千元以下。 

  首批国家集中带量采购的冠状动脉支架品种首年意向采购量超 107 万个,涉及金额超 123 亿元,占据冠状动脉支架市场规模 80% 以上,本次集采共有 2408 家医 疗机构参与,首年意向采购量达到 107 万个,接近 2019 年载药铬合金支架采购量, 占 2019 年全部材质采购量的 65%。 

  冠状动脉支架集采后,支架企业两极化分化严重,中标企业中,部分企业的 合金支架填补了原来的不锈钢支架的市场份额,市场占有率有所提升。但也有中标的合金支架,因为集采前市场占有率低、渠道单一等问题,市场份额没有明显 变化的情况。总体上来看,不锈钢支架的市场份额下滑明显,而合金支架占有率 明显提升。 

  在集采的重挫下,各企业支架业务都出现大幅下滑,企业都做出了不少应对 之举。冠状动脉支架和冠状动脉球囊集采大幅降价后,其中价格更高,暂未被广 泛纳入集采的药物球囊、可降解支架使用量明显增加。在可吸收支架领域,2019 年乐普医疗的 Neovas 可吸收支架上市,2020 年山东 华安可吸收支架上市,将支架从金属药物支架时代,带入了第四代可吸收支架时 代。目前微创的可吸收支架也已经在三期临床入组阶段,有望在未来 3 年左右上市。

  可吸收支架在目前阶段,增长较为迅速,主要是前期基础使用量较低的原因, 加上国内某些省份的医保报销政策的支持,未来 1~2 年,生物可吸收支架将迎来 一段飞速发展机遇。 

  2020年,恰逢全球新冠疫情爆发,如此不利的情况下,据不完全统计,截至 2020 年底,可吸收支架目前植入量在 1 万条左右,不足整个支架市场的 1%。其中,乐普的可吸收支架上市较早,目前市场占有率比山东华安的支架要高。而从适应 证来看,可吸收支架的未来占有率应在 15% ~20% 左右,随着生物可吸收支架的 理念和技术的不断推广,预估未来可吸收支架仍有广阔的市场发展空间。


4.2.2.1.3 产业介绍 

  按照市场份额占比划分,冠状动脉支架领域企业可划分为三个梯队;微创、 乐普、吉威形成冠状动脉支架的第一梯队;随后赛诺占比约 8%、金瑞凯利占比约 7%、易生占比约 3%,逐渐居于第二梯队;三家外企,美敦力占比约 3%、雅培占比约 2%、波科占比约 5%,基本与国产第二梯队的市场份额相当,以及万瑞飞鸿、 瑞安泰、美中双和、包括最新取证的苏州桓晨,市场占有率相对较小,未引起市场波澜,处于第三梯队。

  国际和国内都依然有相当多的公司从事可吸收支架的研究,表2为不同品牌生物可吸收支架的研究进度。



如下表 3 为国内生物可吸收支架的研发进展。



  可吸收支架经过长期的研发和大量的临床试验,为心血管病患者提供了一种 安全有效的选择,并且随着合适人群和适应证选择,可吸收支架的临床推广以及 大众认知的深入,可吸收支架的应用范围逐步扩大。 

  乐普医疗发布 2021 年第一季度报告,报告期内营业收入为 274 929.11 万元,较上年同期增加 108 268.55 万元,增幅为 64.96%。其中介入无植入创新产品组合 (可降解支架、药物球囊、切割球囊等)实现销售收入 1.32 亿元,较去年同期同比 增长 1400%。

  微创医疗血管介入业务共有四款药物洗脱支架和四款球囊产品在售,将通过 不同的产品组合来广泛满足市场上差异化的 PCI 需求。力争在 2021 下半年介入无 植入创新产品组合产生的营收占冠状动脉介入总营收提高至 75% 以上,基本弥补 由于传统冠状动脉集采导致营收减少的影响。 

  对于集采未中标的企业,比如雅培、苏州桓晨、百多力等等,其中桓晨和百 多力由于没有配件产品,所以生存可能性不会太高。如果支架国家集采继续维持 在这么低价甚至企业可能面临经营亏损的局面,赛诺医疗、微创医疗等这类有后 续新品研发推出的公司则仍有非常广阔的市场前景。虽然支架受国家集采的影响 极大,但是作为冠心病介入治疗的主力产品,一方面市场需求相当大,另一方面 支架本身也有许多值得改进的地方,对于长远考虑来说,研发的投入越多,将来 市场议价能力肯定越大。


主动脉覆膜支架 


4.2.2.1.4 主动脉覆膜支架简述 

(1)临床应用

  主动脉覆膜支架系统是针对主动脉瘤和主动脉夹层腔 内隔绝术而专门设计的一种介入器械,主要由合金支架和 覆膜构成。通过外周动脉切口将覆膜支架经输送器送到主 动脉的病变部位,用于保护病变血管,修复主动脉病变。 

  主动脉病变主要包括主动脉夹层和主动脉瘤。目前, 我国治疗主动脉疾病的临床方案主要分为药物保守治疗、 外科开放式治疗、腔内介入治疗。与传统外科开放手术 相比,主动脉腔内介入治疗凭借其创伤小、并发症少、 安全性高、患者痛苦少的优势,近年来受到临床医生和 患者的高度认可(图 7)。



(2)器械构成 

  主动脉覆膜支架系统由覆膜支架和输送器两部分组成(图 8)。按覆膜支架应用的部位,主要分为胸主动脉覆膜支架系统和腹主动脉 覆膜支架系统。按覆膜支架的结构又可以分为直管型、分支型和分叉型三种。

  覆膜支架由金属支架及覆膜组成。金属支架主要由镍钛合金材料制成,覆膜主 要由 PTFE 或涤纶制成。覆膜通过缝合线(主要是涤纶和超高分子量聚乙烯材料组 成)缝合在支架外围,或通过热熔的方式覆盖在支架上。为便于术中定位,需在覆 膜支架的近端和远端的边缘等关键指示位置设置有不透射线的标记。应用在主动脉 夹层及主动脉瘤的覆膜支架,其金属结构支撑力相对较弱,主要起到隔绝作用。 

  输送器由输送管路、连接件、手柄和密封件组成。输送器内腔方便导丝通过。输送器进入人体部分表面需带有亲水涂层,减少推送时的阻力。覆膜支架被压缩 预装在输送管路内,手术时输送器沿导丝路径进入血管内,可将覆膜支架运送至 主动脉病变的部位并释放,达到治疗的目的。输送管路远端需设置有不透射线的 装置,便于在推送和释放过程中定位。



(3)技术发展历程 

  主动脉覆膜支架系统的发展历程经历了三个阶段。第一个阶段(1964—1990 年)为技术的基础研究阶段,1964 年 Dotter 首先提出腔内治疗动脉瘤的概念。第二 个阶段(1991—1999 年)为技术的临床验证阶段,1991 年 Parodi 用聚四氟乙烯人 造血管材料固定在金属支架上研制出了第一代腔内覆膜支架,首次成功开展第一 例腹主动脉瘤的腔内治疗,从而开辟了腔内修复治疗的新天地。1994 年 Dake 等人 将腔内支架用于治疗降胸主动脉瘤及 1997 年 Semba 等人验证了腔内覆膜支架治疗急性降胸主动脉破裂的可行性后,主动脉腔内介入治疗的适应证扩展到了降胸主 动脉疾病。1999 年 Dake 首次将覆膜支架用于主动脉夹层的治疗。第三个阶段为技 术的产业发展阶段(2000 年以后),随着技术的改进和覆膜支架材料工艺的发展, 在腹主动脉及降胸主动脉区域,主动脉腔内介入治疗由于其创伤小、短 - 中期效果 显著等特性,已经逐渐成为了治疗这一领域疾病的首选方法。

  目前主动脉覆膜支架主要用于治疗腹主动脉及降胸主动脉领域的主动脉夹层 与主动脉瘤。随着人民健康意识、生活水平的提高和医疗技术的进步,目前针对 透壁溃疡的患者,也可根据具体病症进行主动脉腔内介入治疗,在病症血管处使用覆膜支架进行治疗。 

  当病变部位累及主动脉弓时,由于主动脉弓特殊的解剖学结构及特殊的血流 动力学,普通的覆膜支架无法满足使用需求,针对累及主动脉弓部的病变,开发 一种创新结构的覆膜支架,逐渐成为一种趋势。


(4)技术延伸探索 

  覆膜支架技术适用于隔绝血管夹层及血管瘤、保护病变血管,修复血管病变。需要封堵 / 隔绝病变血管的领域,都可使用覆膜支架技术。目前已有治疗颈内动脉 缺损患者的颅内覆膜支架产品上市;覆膜支架技术亦可用在动静脉穿孔的治疗上, 对于破损的血管进行封堵 / 隔绝,完成血管修复。


4.2.2.1.5 主动脉覆膜支架市场现状及趋势 


  我国主动脉血管腔内介入医疗器械市场规模[5]由 2013 年的 5.5 亿元增长至 2017 年的 10.3 亿元,复合增长率高达 17.2%。 

  主动脉腔内介入支架市场以跨国企业为主导,美敦力、戈尔、库克等老牌器 械公司是主要玩家,而心脉医疗和先健医疗作为中国本土企业,也是行业主要竞 争者之一。 

  中国主动脉介入正处于发展初期,手术渗透率较低。2018 年中国主动脉腔内 介入治疗渗透率仅为 1.6%,而美国主动脉腔内介入治疗起步早、发展快,2018 年 腔内介入治疗渗透率已达到 3.1%。随着中国主动脉疾病就诊率和治疗率的提高以 及诊疗指南的相继推行,相关文献对介入治疗的不断推荐和认可,中国主动脉腔 内介入治疗的渗透率将不断趋近于美国的渗透情况。 

  近年来,受益于政策支持及我国人均医疗支出的提高,我国主动脉血管腔内介入医疗器械正处于高速成长阶段。随着我国主动脉疾病筛查技术不断发展、临 床相关经验不断提升、人民健康意识的不断提高,我国主动脉介入医疗器械预计 市场规模[5]于 2022 年增长至 19.5 亿元(图 9)。



目前大血管支架主要用于治疗 B 型夹层,胸降主动脉、腹主动脉瘤。在医保 报销目录内。其具体价格如下表 4 所示:



  针对累及主动脉弓部的病变,开发一种创新结构的主动脉弓覆膜支架,适应 于更多患病群体,逐渐成为一种趋势。预计主动脉弓覆膜支架主体售价在 10~15 万元,分支小动脉支架每支售价在 1~2 万元。


4.2.2.1.6 主动脉覆膜支架产业介绍 


  目前,我国主动脉医疗器械领域仍处在高速发展阶段,以美敦力、戈尔、库克医疗等为代表的国外医疗器械企业凭借较为完整的产品线、技术领先、研发能 力强等优势,占据国内主动脉及外周血管介入医疗器械市场较高的份额。我国主 动脉及外周血管介入医疗器械企业起步较晚,国内生产企业大多规模较小,研发 实力、资金实力均难以与全球领先企业形成全面竞争。但随着国家政策扶持以及 企业研发投入的不断加大,部分具有核心技术能力的国内生产企业已部分达到国 际先进水平,具备较强市场竞争能力,开始逐步实现替代进口产品。

  根据2021年公布的首批3个医疗器械产品获准进入创新审查的公告,来自于唯 强医疗的模块内嵌主动脉弓覆膜支架系统和先健科技的主动脉覆膜支架系统,进入 特别审查程序,可以看出国家对主动脉介入领域国产创新医疗器械研发的重视。 

  目前主动脉医疗器械领域,国内有 5 家公司的主动脉覆膜产品上市[6]:分别为 先健科技、心脉医疗、北京裕恒佳科技、华脉泰科、有研医疗器械(北京)有限 公司。其上市产品应用部位为胸降主动脉、腹主动脉,未有累及主动脉弓的覆膜 支架上市。目前上市产品的具体信息如下(表 5):



  在研的产品中,针对累及主动脉弓的病变,唯强医疗进展较快,其模块内嵌 主动脉弓覆膜支架系统已进入临床试验阶段。 

  目前从事主动脉覆膜支架研发及生产的企业中,先健科技和心脉医疗是上市 公司,其他几家公司未上市。具体的上市及融资情况详见下表(表 6)。



  主动脉瘤和主动脉夹层这类大动脉疾病中,累及主动脉弓病变也是高发区域, 但专门针对累及主动脉弓这个区域病变开发的覆膜支架产品很少。 

 

4.2.2.2 球囊

(一)球囊总述 

(1)临床应用

  球囊导管(balloon catheter)是一种通过冲压扩张,使堵塞部位的血管或腔道 尽量恢复到正常内径的介入器械。在心血管领域,球囊成形术一者被用于简单血 管堵塞的扩张疏通,将球囊在病变的血管处短暂扩张后迅速拿出,通过球囊压缩 阻塞的血管内斑块,恢复血流;一者被用于支架的输送和展开(图 1)。支架会被 预先安装于球囊之上,输送至病变部位,当对球囊冲压时,它会将支架扩开,随 后球囊泄压,支架则留在病变处。近二十年,球囊导管扩张已不再是一种独立的 治疗方法。在当前最多的实践中,其主要用作准备(即预扩张)或优化(即后扩 张)支架放置的辅助治疗。


 


  根据球囊上药物或部件的增添情况,创新性球囊大致分为三类。①药物涂层球 囊:即球囊表面涂药;②功能性球囊:包括球囊上增加金属/塑料部件的刻痕球囊、 巧克力球囊、切割球囊、激凸球囊等;③冲击波球囊:即球囊内部增加冲击波能量。

(2)器械构成 

  整体构造上,血管成形术中的球囊导管采用过导丝(over the wire,OTW)设计 或快速交换(rapid exchange,Rx)设计(图 2)。PCI 手术中,有时球囊的数量可能 不止一个,为了换送方便,Rx 更换时不需延长导丝,直接从侧孔出入,优势明显。但对于需要更换导丝的手术,以及 CTO 复杂病变,OTW 的稳定和整体硬度则是优 选。无论是Rx还是OTW设计,球囊导管的构成大致分为鲁尔接头、加强管、推杆、 球囊囊体、球囊内管、球囊尖端等部分;涉及金属和高分子材料的整体组合。


 


  自身性能上,球囊导管又可分为顺应性球囊、半顺应性球囊和非顺应性球囊, 区别主要在于扩张的囊体。顺应性球囊随扩张压力的增加,其直径明显增加;非 顺应性和半顺应性球囊共同之处都是随着压力增大,直径增加趋势减少,只是非 顺应性的趋势更小一些(图 3)。


 


(二)药物涂层球囊 


(1)临床应用 

  药物涂层球囊(drug coated balloon,DCB)即在球囊表面涂覆药物,单纯起到 药物输送功能,作用机理见图 4。该类药物通常为紫杉醇(paclitaxel)或雷帕霉素 (sirolimus),可使微管蛋白和组成微管的微管蛋白二聚体失去动态平衡,诱导与促 进微管蛋白聚合、微管装配、防止解聚,使微管稳定并抑制细胞有丝分裂,触发 凋亡,进而有效阻止 PCI 术后血管内膜细胞的增殖。


 

  DCB主要用于冠状动脉和外周血管疾病的介入治疗。使用前需要进行充分的病 变预处理,残余狭窄小于30%的病变才具备使用DCB的基本条件。欧洲心脏病学会 (ESC)于2010年首次将DCB列入指南推荐[1],建议在治疗金属裸支架-支架内再狭 窄(BMS-ISR)时考虑使用 DCB(Ⅱ a 类推荐,B 级证据),2011 年英国 MTAC 指南 也建议采用 DCB 治疗 BMS-ISR[2]。越来越多的证据显示,DCB 治疗小血管病变和分 叉病变等也有良好的效果。德国心胜病学会(DGK)于 2011 年对单独应用 DCB 的 适应证做出了规范[3],并于 2013 年进一步扩展了 DCB 的临床适用范围[4],明确规定了 DCB 确立的适应证包括:①支架内再狭窄;②小血管病变不宜植入支架的患者;③正在口服抗凝药物有高出血倾向风险的患者,例如心房颤动患者置换人工心的患 者等。ESC和心胸外科学会(EACTS)在2014年的血运重建指南中对 DCB 的适应证 做出了最为明确的推荐[5],将 DCB 治疗 ISR 列为 I 类推养,A 级证据,正式肯定了 DCB 在治疗 ISR 中的作用和地位。2016 年我国发布的《药物涂层球囊临床应用中国 专家共识》也对此作出了推荐。 

  随着“介入无植入”理念的逐渐流行,DCB 在冠心病介入手术中的地位不断 提高。相较于药物洗脱支架(drug eluting stent, DES)植入后终身无法取出,并需 要较长期(6 个月至 1 年)服用双联抗血小板药物;DCB 一般在血管内扩张 1 分钟 左右,即卸压后撤出,不留下任何植入物,仅需要术后 4 周内服用双联抗血小板药 物,对服药依从性差或高度出血风险的患者,具有独特的优势。


(2)器械构成 

  DCB 一般由两部分组成:球囊本身和球囊表面的药物涂层。 

  绝大多数的 DCB 采用普通的半顺应性球囊,也不乏公司在此处创新。Protégé  NC药物球囊用非顺应性的高压球囊作为载体;AngioScore公司推出的AngioSculpt药 物球囊在球囊的表面增加了镍钛螺旋丝的结构,起到了切割和药物的双功能结合;鼎科医疗的切割药物球囊则是集合切割、药物和高压三种功能为一体。 

  对于药物涂层,球囊表面先以抗增殖药物为基础,再添加亲水间隔物对比剂 (辅剂)。DCB 从出现就围绕其技术参数和优化方案不断改进提升,主要涉及 4 个方 面:①选用何种抗增殖药物以减少血管远期再狭窄的发生。②选择何种辅剂和药 物混合,改进药物球囊的操作和治疗效果。③选用何种涂层技术控制药物的均匀 性和牢固度。抗增殖药物方面,首选紫杉醇和西罗莫司(雷帕霉索)及其衍生物, 这两类药物的抗增殖效果在药物洗脱支架(DES)的临床应用中已经得到充分的 肯定,可以显著减少支架内再狭窄。但西罗莫司及其衍生物在单次接触后,血管 壁对其摄取及生物利用度明显低于紫杉醇,因此市场上的 DCB 大部分涂覆紫杉醇。辅剂方面,抗增殖药物与球囊表面的结合需借助一些辅助溶剂,以提高紫杉醇的 溶解度,使之更好地黏附于球囊表面,并能快速高效地被血管壁组织吸收。④涂 层技术是 DCB 设计的关键,涉及如何将抗细胞增殖药物与球囊导管紧密结合,并 有效发挥预期功能。一般有微孔镶嵌法、微量滴管法、喷雾涂层技术、浸渍涂层 技术 4 种方法。


(三)特殊球囊(功能性球囊)嵌入式球囊 

(1)临床应用 

  近年来,一些特殊球囊,如棘突球囊、切割球囊、双导丝球囊和刻痕球囊等 的出现,明显改善了复杂冠脉预扩张的效果,大大提高了手术即刻成功率及远期 预后。冠脉支架置入前需采用球囊对病变血管充分预扩张,通过球囊对血管壁的 机械性挤压,造成动脉粥样硬化斑块不规则破裂,从而扩大狭窄的管腔。然而, 对于一些纤维化或者钙化病变,普通球囊难以达到充分扩张的目的,导致支架无 法输送到位、膨胀不全或贴壁不良,大大增加了支架脱载、支架内再狭窄和支架 内血栓形成等并发症风险,患者预后不良。特殊球囊相较普通球囊,在临床应用 中有如下优势: 


①纤维化斑块和钙化病变对于弹力纤维密集的纤维斑块和质地坚硬的钙化 病变,普通球囊存在扩张阻力大、扩张效果差的问题,操作过程中还会增加冠脉 撕裂、穿孔和无复流等风险。切割、棘突等特殊球囊能更好地锚定病变,定向割 断纤维斑块和钙化环,充分挤压斑块,减小弹性回缩,显著增加支架置入后的最 小管腔面积与即刻管腔率。对于不具备冠状动脉旋磨装置的医疗机构,特殊球囊 可达到有效的扩张效果。 

②支架内再狭窄:病理基础为平滑肌细胞和纤维组织过度增生,普通球囊对 支架内再狭窄的病变扩张效果欠佳。切割、棘突等特殊球囊通过其球囊壁上尼龙 丝、微刀片等可将支架内增生的内膜组织切开,再配合使用高压球囊通过对斑块 挤压,达到扩张病变的目的,是支架内再狭窄预处理的重要方法。 

③开口分叉病变:普通球囊扩张分支病变时,可能会造成分支内膜损伤、夹 层撕裂和斑块移位,引起主支和分支再狭窄率、闭塞率高。切割、棘突等特殊球 囊能更好地保护靶血管,减少血管壁的撕裂、夹层和斑块移位的风险,适用于分 叉病变的预扩张。 

④小血管:小血管(直径 <3mm)病变常合并迂曲病变、长病变、钙化等,导 丝、球囊通过性差,当应用较高的压力扩张时,易发生冠脉撕裂及急性闭塞,术 后再狭窄风险高于大血管。应用棘突、双导丝、刻痕球囊进行预扩张后可获得的 即刻管腔面积大于普通球囊,减少内膜撕裂的风险,有效降低再狭窄率。 

  相较于旋磨,嵌入式球囊将微切割技术与球囊扩张相结合,适用于支架植入 术后再狭窄、原位小血管病变等以及无法耐受旋磨的病变,临床应用更广泛。且旋磨设备昂贵,操作相对复杂,临床推广受到一定限制。


(2)器械构成 


①棘突球囊:由低顺应性球囊和 3 条间隔 120°的尼龙丝组成,球囊扩张后,3 条尼龙丝可产生 3 个方向的切割效应,纵向切开斑块,减轻环状压力,形成斑块裂 缝,有效防止球囊滑脱现象。尼龙丝未附着在囊体,与球囊的头尾两端相连,可 使棘突在球囊扩张和收缩时活动,其机制类似于伞的折叠,增加了球囊的通过性 和灵活性。尼龙丝中间起到切割作用的部分是一个三棱柱体,球囊扩张时,三棱 柱的一边坐在球囊上,对面的尖端对斑块形成切割作用(图 5)。


 


②切割球囊:在非顺应性尼龙球囊上纵向均匀分布 3 或 4 片显微手术刀片(高 度为 0.22~0.33mm),刀片上有 T 型底端槽口设计,增强刀片的灵活性和与球囊连 接的稳固性。球囊扩张前,刀片被包裹在球囊凹陷内,不会损伤血管;球囊扩张 时,刀片伸出球囊表面,可规则有序地切开斑块,解除血管壁的环向应力,增加 斑块压缩比率,减少血管内膜夹层和血管弹性回缩(图 6)。


 


③双导丝球囊:在球囊囊壁外侧有 2 个金属导丝,呈 180°分布。标准导引导 丝协助球囊到达目标病变,固定在球囊外侧的导丝可协助球囊通过成角病变。球 囊充盈时,在较低的压力下,双导丝可纵向撕裂斑块,并减少血管壁环绕压力和 血管病变弹性回缩。双导丝设计使其既有较好的推送性、跨狭窄病变能力强,又 在扩张时不易移位。由于其表面切割材料为金属导丝,切割效果较表浅和细小, 故不常应用于重度钙化病变(图 7)。


 


④刻痕球囊:球囊整体结构类似于传统的 PTCA 快速交换型球囊,在外表面 径向每 120°黏附三角形的镍钛合金丝,镍钛合金丝固定于球囊工作段。三角形 镍钛合金丝硬度较强,管腔获得能力较好;导丝结构不影响球囊通过性,可以在 弯曲血管进行扩张;额定爆破压为 20atm,适用于高度钙化或弹性回缩强的病变 (图 8)。


 


以上四种球囊的对比请见图 9。


 


(四)冲击波球囊 


(1)临床应用 

  冲击波球囊,顾名思义,就是将电能传递到发射器上,然后通过发射器产生 “声波”,借助球囊对血管内的钙化等进行隔空“冲击”,达到治疗钙化病变的效 果。血管内冲击波钙化处理技术原理,是通过低压扩张的球囊中产生的声压波作 用于内中膜钙化病变,可准确、有效地从钙化病变内部造成钙化斑块多发、微小 的碎裂,使斑块松散。可改善血管顺应性,而后更安全地进行扩张。


 


  相较于冲击波球囊在严重钙化病变上的良好治疗效果,目前的治疗方式均存 在一定问题。PTA 容易出现限流性夹层;DCB/DES 可改善通畅率,但严重钙化病变组数据不足;斑块切除术可以应用于钙化病变,但栓塞、夹层及穿孔的风险仍需 要考虑,在长段钙化病变中的疗效尚不明确。 


(2)器械构成 


  冲击波球囊系统由三部分组成:球囊导管(A)、连接装置(B)、声波能量发 生器(C)(图 11)。


 


  在冲击波球囊导管上,有 3 个脉冲声波发射点。使用时,将球囊低压力扩张, 固定于病变部位,随后即可发射脉冲声波对钙化病变精准碎裂。 


4.2.2.2.2 技术发展历程 

  球囊的发展历程,大致经历了2个阶段:初始期(1974—2003 年)和发展期 (2003 年至今)。 

  1974 年,德国医生 Andreas Grüntzig发明了一个双腔导管,其末端是聚氯乙烯 (PVC)制成的球囊。球囊膨胀后对斑块施加压力达到治疗效果。这是第一例球囊 导管在血管介入领域的应用,受制于当时的材料和工艺,其应用范围有限。 

  2003 年,随着第一个药物支架的出现,球囊导管的发展进入了快速期,技术 趋势分为了两个方向。一是对球囊导管本身各个部件材料和工艺的改进,如高韧性和抗压材料被应用于球囊制造,各种金属推杆被用来增加整体的性能。二是基于球囊进行药物或部件的增添,以实现球囊功能的突破,如药物球囊、特殊球囊、 冲击波球囊等。 

  药物涂层球囊的概念最早在 20 世纪 80 年代提出,但由于 DES 的出现及临床 应用,DCB 初期发展较为缓慢。Ulrich Speck 和 Bruno Scheller 受早期一些血管病变 部位局部给药研究的启发,一直致力于寻找一种新的,有别于以传统支架为载体, 影响内皮增生过程的药物输送系统。动物实验初步表明,抗血管内皮增殖药物短 时间、大剂量作用于靶病变的效果不亚于支架表面药物的持续性释放,这为DCB奠定了理论基础。2006 年发表的 DCB 治疗BMS-ISR 研究是第一个临床应用 DCB 的 研究,即 Paccocath-ISR I 研究。该研究表明,DCB 治疗 6 个月后的晚期管腔丢失 (LLL)显著低于普通球囊扩张;6 个月主支最小管腔直径(MLD)和再狭窄发生率也显著优于普通球囊扩张。 

  在特殊球囊中,①切割球囊的发展经历四代,由进口品牌主导。第一代切割 球囊 -Cutting Balloon 1991 年由美国的 Barath peter 开发研制,是当时一种用于冠状 动脉成形术的新型球囊[6];1995 年被波士顿科学收购,将输送系统改为 maverick2, 改进其输送性能,为第二代切割球囊 -Ultra2 Cutting Balloon;2013 年,在第二 代基础上改进了球囊材料和刀片设计,通过性进一步提高,为第三代切割球囊 -Flextome Cutting Balloon;2020 年波士顿科学推出新一代 WolverineTM 切割球囊, 在保持上一代扩张效果的同时,改良刀片设计,更新输送平台和亲水涂层,再次 提升了球囊通过性。②双导丝球囊设计理念源自冠脉 PCI 术中的双导丝技术。③棘 突球囊于 2000 年由日本 Wayne Ogata 医生研发,2003 年正式在日本上市,2012 年进 入中国市场。目前中国市场应用的是第一代冠脉棘突球囊(NSE)。④刻痕球囊技 术兴起不久,在外周及冠脉上都有研发和临床试验开展。 

  对于冲击波球囊,冲击波钙化处理技术已在肾结石治疗中安全应用超过 30 年,并逐渐被探索应用于血管钙化病变的处理。2019 年,美国 Shockwave Medical 的“Shockwave 冲击波能量系统”获得了当年度美国突破性医疗器械称号,随后开 展商业化道路。血管内冲击波钙化处理技术从最初的外周应用,逐步拓展到其它 技术层面,目前的技术应用方向主要为冠脉钙化领域和结构钙化领域。 


4.2.2.2.3 市场现状及趋势 

  PCI 手术量在中国增长迅猛(图 12),于 2019 年进入“百万时代”,中国冠脉 介入市场总量也达到 319 亿人民币。中国冠脉球囊市场曾长期被美敦力、雅培、波 士顿科学、戈德曼、泰尔茂等进口企业占据,但随着球囊导管使用量与 PCI 手术量 的同步增长,目前中外品牌已达十几家之多,可谓竞争激烈。 


 


  国家 2020 年对冠脉球囊和支架执行集中采购政策,导致球囊导管单体产品销 售额和利润降低,但同时促进了药物球囊以及其它高性能球囊的快速发展。并且, 基于中国人口数量,国产 PCI 产品的增量空间仍巨大。相较于美国近 400 多万例, 按照 PCI 的增长速度推测,球囊导管的未来增速预计也是两位数。 

  中国药物涂层球囊行业在 2015—2019 年的市场规模由 22.9 亿元增长至 43.9 亿元,年复合增长率 17.7%(图 13)。国内市场仍然处于早期培育阶段,国产替代空 间巨大。截至目前,国内市场进口企业有贝朗和凯德诺,贝朗药物球囊占据国内 市场份额约 70%;国产企业包括大连垠艺、申淇医疗、乐普医疗、赢生、浙江巴 泰及鼎科医疗等,均在快速赶超。随着中国介入手术量不断增长,特别是冠脉支 架集采后,药物球囊使用量更是大幅度提高,将为国产企业创造更多机会。


 


  特殊球囊产品仍处于国产替代的中早期阶段。随着冠脉“介入无植入”理念 的深入,嵌入式球囊与药物球囊、可降解支架产品联合使用有更优秀的预扩张作 用及治疗效果被证实,特殊球囊将具备更大的市场增长空间。

  对于冲击波球囊,目前我国每年有超过 30 万冠脉介入患者存在中度至重度钙 化,且随着人口老龄化趋势,患者人数将逐年增加。传统的血管钙化治疗技术存 在诸多局限,无法安全有效地处理较严重的钙化病变。冲击波球囊导管系统结合 了冲击波碎石与血管成形术两项优势技术,作为治疗血管钙化的新利器,将有广阔的市场空间。


4.2.2.2.4 产业介绍 

  国内球囊产业已进入到成熟阶段,市场竞争激烈。外资以波科、美敦力、雅 培、泰尔茂、贝朗等为主;国产有微创、乐普、吉威、赛诺、业聚等。按产品管 线,国产企业主要分为三类:一是以冠脉支架为主的公司,如乐普、微创、吉威;二是专注于各类球囊产品的公司,如鼎科、业聚、博迈;三是聚焦于单类型技术 球囊的企业,如申淇、赛禾。从市场份额看,普通球囊上国产已遥遥领先,用于 支架输送的球囊,国产占比达七成多;以药物球囊等为代表的高性能球囊导管, 国产发展迅猛,形成了与外资抗衡的局面;而像切割、超声球囊等新型球囊,国 产刚起步,预计未来 3~5 年,新型技术球囊领域会涌现出更多的中国企业。 

  分类来看,药物涂层球囊企业贝朗、凯德诺、大连垠艺、申淇医疗、乐普医 疗、赢生、浙江巴泰、鼎科医疗等已经取证,药物球囊及其适应证如表 1:


 
 


  国产特殊球囊在产品类别上以切割球囊为主。乐普医疗自主研制的“切割球 囊系统”于 2020 年 12 月获 NMPA 批准上市,是国产首款获得 NMPA 批准的切割球 囊产品,填补了国内该领域空白。其后,越来越多国内企业,诸如鼎科医疗、博 迈医疗都在积极进行球囊领域的创新研发,国际品牌将接受挑战。刻痕球囊方面, 鼎科医疗研发的冠脉刻痕球囊已顺利完成中国临床试验全部入组,博迈医疗研发 的全球首创三金属丝外周刻痕球囊导管也已顺利完成入组。双导丝球囊 Scoreflex 由 深圳业聚医疗研制开发。融资阶段上,2020 年鼎科医疗和博迈医疗分别完成 B+、 C 轮融资。国产 DCB 主要企业创新产品及融资进度见表 2。


 


对于冲击波球囊,当前全球范围内仅美国 Shockwave 一家获得批准商用。2021 年,中国企业健适医疗与 shockwave 联手建立中国公司,将该项产品技术引入中国。国产领域,谱创医疗、赛禾医疗、沛嘉医疗、乐普医疗等也都进入了临床探 索阶段。 

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关键词:
冠状动脉,主动脉,DCB,球囊,支架,血管

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