史軼群,劉健,侯昌,李興麗,張倬愷,馬承前
(北京大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科,北京 100044)
通常,冠狀動(dòng)脈(簡稱冠脈)主干或其分支走行于心臟表面。冠脈心肌橋?qū)儆谙忍煨怨诿}發(fā)育異常,具體表現(xiàn)為冠脈的部分節(jié)段被心肌組織包繞,多見于左前降支[1-2],人們將這部分冠脈命名為壁冠脈(intramural coronary artery,ICA),而覆蓋于ICA上的心肌組織稱為冠脈心肌橋。過去一般認(rèn)為心肌橋?qū)儆诹夹圆∽?,但隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的證據(jù)表明心肌橋可能導(dǎo)致心肌缺血。心肌橋相關(guān)的心肌缺血有2種可能的機(jī)制,一是收縮期壓迫ICA導(dǎo)致心肌供血減少,二是心肌橋近段冠脈發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化改變,進(jìn)而導(dǎo)致一系列的心臟疾病[3-5]。這2種機(jī)制可能與心肌橋的位置、長度、厚度等解剖學(xué)特征相關(guān)[6-7]。雖然近年來心肌橋診斷技術(shù)愈發(fā)多種多樣,可通過冠脈CT血管成像(computed tomography angiography,CTA)、冠脈造影、血管內(nèi)超聲(intravascular ultrasound,IVUS)等手段識(shí)別并測量心肌橋的相關(guān)指標(biāo),但在體研究心肌橋的病理生理作用仍較為困難,故學(xué)界對(duì)心肌橋的相關(guān)病理生理作用及治療方法仍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。為了探究心肌橋的病理生理作用并治療心肌橋,國內(nèi)外學(xué)者相繼研究并開發(fā)了一系列心肌橋離體模擬技術(shù)、識(shí)別測量技術(shù)及治療方案。但到目前為止,尚未見有專門文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行介紹?,F(xiàn)對(duì)該方面的國內(nèi)專利技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行評(píng)述。
若想客觀評(píng)價(jià)心肌橋的臨床意義,就需要充分了解ICA的血流動(dòng)力學(xué)特征。既往研究基本以臨床患者與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為對(duì)象,具有明顯的不足:(1)臨床中血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)出現(xiàn)的隨機(jī)性使臨床研究往往缺乏系統(tǒng)性和全面性;(2)臨床上尚無簡單且使人滿意的冠脈血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)測量方法,因此學(xué)界對(duì)心肌橋?qū)е翴CA血流量的變化還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。近年來,有些機(jī)構(gòu)相繼開發(fā)了一系列心肌橋體外模擬裝置,對(duì)研究心肌橋相關(guān)病理生理作用具有重要價(jià)值。
1.1.1 心肌橋壓迫冠脈仿真及ICA體外模擬裝置
丁皓[8]、上海理工大學(xué)[9]開發(fā)的用于心肌橋體外模擬實(shí)驗(yàn)的心肌橋壓迫冠脈仿真裝置,可以為植入了內(nèi)皮細(xì)胞后的管式彈性腔體提供類似于在體的三維流場和相應(yīng)的應(yīng)力環(huán)境,實(shí)現(xiàn)切應(yīng)力、周向應(yīng)力、正應(yīng)力的可控可調(diào)[10],可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)整壓迫腔體的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù),模擬不同類型心肌橋壓迫冠脈,并采集數(shù)據(jù),為體外系統(tǒng)研究心肌橋的病理生理作用提供了實(shí)驗(yàn)手段。具有與真實(shí)環(huán)境接近等優(yōu)點(diǎn)。
1.1.2 血管脈動(dòng)模擬方法
計(jì)算流體力學(xué)具有較高的時(shí)空分辨率,其準(zhǔn)確性和可用性得到了研究驗(yàn)證,借助計(jì)算流體力學(xué)模擬血管內(nèi)部血液流動(dòng)成為認(rèn)知血管內(nèi)部流動(dòng)狀況和獲取血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的常用方法。但在大部分計(jì)算流體力學(xué)模擬中,假設(shè)血管壁為剛性壁,忽略其運(yùn)動(dòng)對(duì)血液流動(dòng)產(chǎn)生的影響,無法模擬血管出現(xiàn)大幅度運(yùn)動(dòng)的病癥如心肌橋等。
為了在計(jì)算流體力學(xué)模擬中還原血管搏動(dòng),杭州晟視科技有限公司[11]發(fā)明了一種模擬血管脈動(dòng)的方法。其根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像提取血管的點(diǎn)云、提取中心線,對(duì)中心線進(jìn)行包含切向量獲取的前處理。然后使用從醫(yī)學(xué)圖像中提取血管的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理,獲取網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo),對(duì)任意網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)利用前處理后的中心線數(shù)據(jù)獲得控制網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)矢量和運(yùn)動(dòng)幅度函數(shù);結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)方法,輸入冠脈幾何模型的網(wǎng)格文件,輸入運(yùn)動(dòng)矢量和運(yùn)動(dòng)幅度函數(shù),設(shè)置邊界條件、參數(shù)和物理模型,模擬血管搏動(dòng)及血管內(nèi)部流場。本方法減少了剛性壁假設(shè)引入的誤差,可模擬血管搏動(dòng)時(shí)血液流動(dòng)狀態(tài)。較過去的簡單機(jī)械模擬[9]有了顯著進(jìn)步。
血管內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)功能跟粥樣硬化形成有密切聯(lián)系,普遍采用內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)的方法研究冠脈近段粥樣硬化形成機(jī)制,但研究心肌橋存在時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)功能變化較為困難。心肌橋存在時(shí),血管內(nèi)皮細(xì)胞除受到血流流動(dòng)的切應(yīng)力、血管壁的正應(yīng)力及周向應(yīng)力,還受到心肌橋的周期性壓迫。靜態(tài)培養(yǎng)法的內(nèi)皮細(xì)胞沒有承受血流切應(yīng)力的作用,離體時(shí)間越長分化能力越差,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中難以耐受血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境而發(fā)生細(xì)胞脫落。平行平板流動(dòng)腔和應(yīng)變腔可以分別研究流動(dòng)切應(yīng)力和血管周向應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)及功能的影響,但是這2種裝置都無法模擬心肌橋存在時(shí)冠脈內(nèi)皮細(xì)胞的受力情況。
丁皓等[12-13]公開的心肌橋冠脈內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)裝置,可以使內(nèi)皮細(xì)胞在脈動(dòng)流中培養(yǎng),還可模擬冠脈受心肌橋周期性壓迫的生理環(huán)境,冠脈中內(nèi)皮細(xì)胞受到的應(yīng)力可相對(duì)獨(dú)立調(diào)節(jié),為研究心肌橋存在時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)、功能與心肌橋近段冠脈好發(fā)粥樣硬化之間的聯(lián)系提供試驗(yàn)手段。在此基礎(chǔ)上,又開發(fā)了一種可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)張應(yīng)力及周期性壓迫ICA的模擬裝置,裝置結(jié)構(gòu)簡單,測試過程中穩(wěn)定性好,模擬環(huán)境更真實(shí);可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求,模擬不同壓迫力及張應(yīng)力下血液動(dòng)力學(xué)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞生長形態(tài)的影響[14-17]。
上海理工大學(xué)[18-20]發(fā)明的模擬血流循環(huán)中的脈動(dòng)心泵能實(shí)現(xiàn)心臟的泵血功能,并可復(fù)現(xiàn)左心室的輸出壓力波形,不僅可以作為“心臟-冠脈-心肌橋”的模擬裝置,也可以作為其他血流循環(huán)模擬裝置。該裝置一是可以建立冠脈供血與心肌橋機(jī)械壓迫之間的定量關(guān)系,有助于判斷心肌缺血與心肌橋之間的關(guān)系;二是有助于研究心肌橋的壓迫對(duì)ICA近段、橋段、遠(yuǎn)段的影響;三是可以從源頭上給出心肌橋近段好發(fā)粥樣硬化斑塊的原因;四是可以實(shí)現(xiàn)左心室輸出壓力波形的模擬,在左心室輸出壓力波形不變的情況下對(duì)輸出流量進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)脈動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),為研究心肌橋的病理、生理機(jī)制以彌補(bǔ)臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限與不足提供了可能。
獲得準(zhǔn)確的心肌橋圖像無論對(duì)于臨床還是研究心肌橋的影響均具有較高的價(jià)值。目前主要有2種途徑診斷心肌橋:一是依靠醫(yī)生基于心臟CTA或冠脈造影圖像進(jìn)行人工診斷,缺點(diǎn)是效率低,主觀因素影響大,難以獲得覆蓋較淺的冠脈的心肌橋圖像;二是通過獲取心肌分割結(jié)果,計(jì)算血管與心肌是否粘連來判斷心肌橋存在與否,但是,該方案的執(zhí)行前提是需要準(zhǔn)確的冠脈血管分割,而冠脈分割的難度極大,難以保證準(zhǔn)確度,心肌橋檢測的準(zhǔn)確性也難以保證,且僅通過判斷是否粘連并不能確保滿足判定心肌橋存在的所有條件,容易出現(xiàn)過度診斷或漏診,在實(shí)際使用中效果也不理想。
針對(duì)心肌橋圖像不易準(zhǔn)確獲取的實(shí)際,近年來國內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)陸續(xù)開發(fā)了一系列心肌橋圖像獲取方法及裝置。
北京安德醫(yī)智科技有限公司[21]發(fā)明了一種基于CTA圖像獲得心肌橋圖像的方法及裝置、電子設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì),該方法可獲取同一目標(biāo)對(duì)象的CTA圖像(含CT值)、冠脈血管圖像、心臟圖像;根據(jù)冠脈血管圖像,將冠脈血管區(qū)域劃分為多個(gè)冠脈子區(qū)域;在CTA圖像和心臟圖像中與冠脈子區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域中,提取表征心肌橋的圖像特征,圖像特征可以反映血管外區(qū)域中CT值分布情況、血管外區(qū)域中心臟像素的分布情況、血管內(nèi)區(qū)域中心臟像素的分布情況;將圖像特征輸入到訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型,確定冠脈子區(qū)域中包含心肌橋的第一區(qū)域,以生成心肌橋圖像。該技術(shù)可以極大提高獲取心肌橋圖像的效率和準(zhǔn)確率,極大減少人工工作量。
推想醫(yī)療科技股份有限公司[22]發(fā)明的基于心臟分割技術(shù)的圖像識(shí)別方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì),是首先獲取心臟掃描數(shù)據(jù),之后對(duì)掃描數(shù)據(jù)分割處理,得到心臟分割掩膜數(shù)據(jù)、冠脈分割掩膜數(shù)據(jù)和心臟對(duì)應(yīng)的外接掃描數(shù)據(jù);將這些數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的心肌橋識(shí)別模型中,得到心肌橋初始識(shí)別結(jié)果;經(jīng)過去假陽處理,得到最終結(jié)果。該技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確預(yù)測識(shí)別心肌橋。深圳睿心智能醫(yī)療科技有限公司[23]基于心肌分割原理發(fā)明了一種心肌圖像檢測裝置及相關(guān)系統(tǒng)。通過對(duì)心肌圖像進(jìn)行分割獲得心肌分割圖像,基于分割圖像生成心肌外環(huán)圖像;對(duì)心肌外環(huán)圖像進(jìn)行采樣獲得采樣圖像,從采樣圖像中提取多個(gè)冠脈中心線關(guān)鍵點(diǎn);從心肌外環(huán)圖像中截取候選區(qū)域圖像;通過預(yù)設(shè)分類模型分析候選區(qū)域圖像特征,最終確定候選區(qū)域心肌橋檢測結(jié)果。該技術(shù)無須人工參與及冠脈分割,檢測精度高。
心肌橋的臨床表現(xiàn)與其深度密切相關(guān)。一般深度<2 mm的心肌橋?qū)ρ饔绊戄^小,多數(shù)無心肌缺血癥狀及相關(guān)心電圖改變;深度≥2 mm的心肌橋?qū)诿}血流影響較大,會(huì)有不同的臨床癥狀[24]。臨床上常常通過CTA對(duì)心臟及冠脈進(jìn)行三維重建,實(shí)現(xiàn)心肌橋的定位和深度測量。這一過程非常耗時(shí),且與醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。
推想醫(yī)療科技股份有限公司[25]公開的一種心肌橋深度確定系統(tǒng)、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì),由處理器確定初始圖像數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的心臟掩膜數(shù)據(jù)和心肌橋掩膜數(shù)據(jù);根據(jù)心肌橋掩膜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的心肌橋與心臟掩膜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的心臟之間的最大距離,以及該最大距離對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)點(diǎn)與第二目標(biāo)點(diǎn)之前的空間位置關(guān)系確定心肌橋深度數(shù)據(jù),其中,第一目標(biāo)點(diǎn)屬于心肌橋掩膜數(shù)據(jù),第二目標(biāo)點(diǎn)屬于心臟掩膜數(shù)據(jù)。根據(jù)以下公式確定心肌橋深度數(shù)據(jù):
心肌橋的本質(zhì)是覆蓋于冠脈之上的心肌,而心肌可以使用心臟結(jié)構(gòu)掩碼表示,這就為合理利用心臟結(jié)構(gòu)掩碼對(duì)心肌橋進(jìn)行檢測或模擬提供了可能。
北京醫(yī)準(zhǔn)智能科技有限公司[26]提供了一種心肌橋檢測模型的訓(xùn)練方法、裝置及電子設(shè)備,包括獲取心臟圖像訓(xùn)練集的第一樣本圖像中第一血管對(duì)應(yīng)的第一血管拉直圖像,第一血管拉直圖像對(duì)應(yīng)的心臟掩碼圖像;將第一血管拉直圖像和心臟掩碼圖像輸入至心肌橋檢測模型提取模塊,其輸出為第一圖像特征;將第一圖像特征輸入至心肌橋檢測模型模塊,確定第一血管覆蓋心肌橋的概率;基于心臟掩碼圖像中第一血管的標(biāo)注與第一血管覆蓋心肌橋的概率,調(diào)整心肌橋檢測模型參數(shù)。這樣就可以結(jié)合心臟掩碼檢測心肌橋,提升心肌橋檢測準(zhǔn)確性;在血管拉直圖像上進(jìn)行心肌橋檢測可縮小待測區(qū)域,減輕心肌橋檢測模型學(xué)習(xí)難度。
關(guān)于心肌橋的診斷和治療,國內(nèi)已達(dá)成專家共識(shí)[27]。對(duì)無癥狀或癥狀較輕的心肌橋患者進(jìn)行生活管理即可。對(duì)于有癥狀的心肌橋患者,主要有藥物和非藥物2種治療方法,藥物治療為首選。共識(shí)中首推的一線藥物(β受體阻滯劑和非二氫吡啶類鈣通道阻滯劑)可以減少心肌收縮,緩解血管壓迫,延長舒張期,改善冠脈灌注。共識(shí)中未推薦中藥療法,但實(shí)際上中藥在治療有癥狀心肌橋方面亦有不錯(cuò)效果[28-29]。
龐敏[30]首次提出了具有治療心肌橋功效的中藥組合物的專利,該中藥組合物由以下質(zhì)量份的原料組成:柴胡9~25份、丹參10~25份、白芍9~25份、葛根15~35份、枳實(shí)9~20份、炙甘草5~20份。該組合物君臣佐使俱全,具有疏肝行氣,通絡(luò)止痛之功,可有效緩解心肌橋引起的不適癥狀,取得了良好的臨床療效。
對(duì)于藥物治療效果不明顯的患者,可選擇非藥物治療,主要包括介入治療[31-33]、冠脈旁路移植術(shù)(coronary artery bypass grafting,CABG)[34-35]及心肌橋松解術(shù)[36]。介入治療可減輕患者臨床癥狀,恢復(fù)冠脈血流,作為即時(shí)療法,近期療效較為理想,但遠(yuǎn)期可能發(fā)生支架再狹窄、冠脈穿孔、血栓、支架斷裂等并發(fā)癥;CABG可使遠(yuǎn)端缺血心肌得到灌注,但后期主要問題在于旁路與冠脈之間的血流競爭,最常見的并發(fā)癥為移植血管閉塞,且手術(shù)創(chuàng)傷大;心肌橋松解術(shù)雖然可從本質(zhì)上解除心肌受到的壓迫,恢復(fù)遠(yuǎn)端血流,但需要解剖心肌,可能引發(fā)各種不良事件,如過度解開心室,引起出血、心室穿孔,切到冠脈引起冠脈損傷,術(shù)后瘢痕組織再次壓迫冠脈等。各療法均有一定局限性。
北京康衛(wèi)醫(yī)創(chuàng)科技有限公司[37-38]發(fā)明了一種脈沖電場消融裝置及其使用方法,采用該裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)心肌橋的微創(chuàng)治療,尤其對(duì)于ICA直徑≥2 mm的心肌橋,與IVUS結(jié)合進(jìn)行治療,可以精確、高效、不良反應(yīng)小地解決心肌橋的臨床問題。中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院[39]針對(duì)心肌橋提出的微創(chuàng)介入治療方案,采用脈沖消融導(dǎo)管介入,利用脈沖電場消融心肌橋外心肌組織,達(dá)到與外科手術(shù)相同的目的。脈沖電場消融具有以下特點(diǎn)[40]:(1)脈沖電場消融可保留細(xì)胞外基質(zhì);(2)消融閾值具有組織特異性,可利用心肌組織消融閾值低于許多其他組織的特點(diǎn),在消融心肌細(xì)胞的同時(shí)避免臨近組織(如血管、神經(jīng)、食道)損傷;(3)與傳統(tǒng)射頻消融相比,脈沖電場消融不需要依賴導(dǎo)管貼靠力便能造成廣泛的心肌損傷;(4)脈沖電場消融速度極快,常以毫秒為單位甚至更小。
目前,心肌橋冠脈介入治療使用的支架置入裝置一般由不銹鋼制成,循環(huán)使用,存在一定的安全隱患。此外,由于其缺乏固定裝置,操作過程中容易造成組織挫傷。王墨茹[41]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,提供了一種心肌橋支架置入裝置,包括具有內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)且內(nèi)部設(shè)有環(huán)形通孔槽的固定套,環(huán)形通孔槽內(nèi)部設(shè)有連接伸縮套的支撐桿,伸縮套的頂部通過螺絲連接在固定套的頂部,伸縮套內(nèi)部設(shè)有包括置入殼體、弧形擴(kuò)張頭、長鞘、導(dǎo)絲、導(dǎo)環(huán)、照明燈的置入單元,其中照明燈及導(dǎo)絲位于具有中空結(jié)構(gòu)的殼體中,導(dǎo)絲的內(nèi)端部連接長鞘,導(dǎo)絲的外端部連接置入導(dǎo)環(huán),置入殼體的內(nèi)端部上設(shè)有弧形擴(kuò)張頭。該心肌橋支架置入裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低、能有效減輕患者疼痛的優(yōu)點(diǎn)。
血管的形變信息可以用來評(píng)估斑塊的穩(wěn)定性,一般來說,血管某特定位置的形變越大,斑塊越不穩(wěn)定,易發(fā)生心血管不良事件。目前可以采用腔內(nèi)成像如IVUS/光學(xué)相干斷層掃描等方式判斷斑塊的穩(wěn)定性,但無法以冠脈造影評(píng)估斑塊穩(wěn)定性。冠脈造影作為臨床上判斷冠心病的最主要工具,如果能將其直接用于評(píng)估斑塊穩(wěn)定性,會(huì)是醫(yī)患雙方的福音。獲取血管形變信息還可以用于監(jiān)測心肌橋血管異常程度。目前為止,只能通過目測初步判斷心肌橋血管異常程度。
博動(dòng)醫(yī)學(xué)影像科技(上海)有限公司[42]公開的用于自動(dòng)評(píng)價(jià)血管形變的監(jiān)測顯示方法及系統(tǒng),可獲取冠脈血管目標(biāo)區(qū)域血管的影像數(shù)據(jù)和心動(dòng)周期數(shù)據(jù);通過對(duì)目標(biāo)血管及同一位置不同時(shí)刻的管腔內(nèi)徑及其形變的監(jiān)控和測量,可以觀測斑塊穩(wěn)定性;可用于心肌橋或其他異常情況的參數(shù)計(jì)算,對(duì)特定冠脈血管的整體情況進(jìn)行預(yù)判,實(shí)現(xiàn)對(duì)冠心病的定量化解剖學(xué)及功能性評(píng)估,具有較高的臨床價(jià)值。
心肌橋是一種常見的先天性冠脈發(fā)育異常。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)心肌橋的認(rèn)識(shí)逐漸深入,但目前對(duì)心肌橋的病理生理表現(xiàn)、機(jī)制及治療方案仍缺乏有力的證據(jù)支持及統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),而在體研究心肌橋又存在諸多限制,開發(fā)離體心肌橋模擬技術(shù)及心肌橋識(shí)別測量技術(shù)對(duì)研究心肌橋及其對(duì)心血管疾病的影響極為重要。離體心肌橋模擬技術(shù)的重點(diǎn)在于如何用器械盡量模擬生理?xiàng)l件下心肌橋?qū)ρ鲃?dòng)力學(xué)的影響;心肌橋識(shí)別測量技術(shù)的重點(diǎn)在于在體算法設(shè)計(jì)以及機(jī)器學(xué)習(xí),以減少主觀性、提高重復(fù)性和精確程度。開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的心肌橋模擬和識(shí)別測量設(shè)備,對(duì)于實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的國產(chǎn)化、將相關(guān)領(lǐng)域核心技術(shù)掌握在自己手里具有非常重要的意義。