需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用

方法文章

结合光纤实时成像技术与血管内超声在治疗外周动脉疾病期间降低辐射暴露

2.5K 次观看

⸱

DOI：

10.3791/64956

⸱

2023年4月21日

 ,  ,  , 
1Department of Vascular Surgery, University Medical Center Utrecht, 2Technical Medicine, University of Twente

本文内容

摘要

本文介绍了一种逐步结合光纤实时成像技术与血管内超声的方法，旨在展示将这两种技术融合的潜力，以期在治疗外周动脉疾病的过程中减少辐射暴露，改善导管导航操作，并提高治疗成功率。

摘要

血管外科医生和介入放射科医生在进行血管内手术时长期暴露于低剂量辐射，由于辐射的随机性效应，可能对其健康产生长期影响。本病例展示了结合光纤实时成像（Fiber Optic RealShape, FORS）技术与血管内超声（intravascular ultrasound, IVUS）在治疗阻塞性外周动脉疾病（PAD）过程中减少术者辐射暴露的可行性和有效性。

FORS 技术通过嵌入使用激光光而非荧光透视的光纤，实现对导丝和导管完整形态的实时三维可视化。该技术在血管内介入操作过程中可减少辐射暴露，并改善空间感知能力。血管内超声（IVUS）能够精确评估血管尺寸。如本病例报告所示，在髂动脉支架内再狭窄患者中联合应用 FORS 与 IVUS，可在几乎无辐射剂量和零对比剂的情况下，顺利通过狭窄段，并完成经皮腔内血管成形术（PTA）前后对斑块的评估（包括直径改善情况和形态学变化）。本文旨在逐步描述 FORS 与 IVUS 的联合使用方法，展示这两种技术融合在降低辐射暴露、提升血管内介入操作中的导航能力及提高外周动脉疾病（PAD）治疗成功率方面的潜力。

引言

外周动脉疾病（PAD）是一种由动脉狭窄（狭窄和/或闭塞）引起的进行性疾病，导致下肢血流减少。2015年，全球25岁及以上人群中PAD的患病率为5.6%，表明全球约有2.36亿成年人患有PAD1，2。由于PAD的患病率随年龄增长而上升，未来几年患者数量将持续增加3。近几十年来，PAD的治疗已从开放手术转向血管内治疗。治疗策略可包括单纯球囊血管成形术（POBA），并可能结合其他技术，如药物涂层球囊、支架植入、血管内斑块切除术以及经典开放性斑块切除术（杂交血运重建），以改善目标血管的血液灌注。

在周围动脉疾病（PAD）的血管内治疗过程中，传统的影像引导和导航依赖于二维（2D）透视成像和数字减影血管造影（DSA）。透视引导下血管内介入存在若干主要缺陷，包括将三维结构和运动转化为二维图像，以及血管内导航工具以灰度显示，这在透视过程中与周围解剖结构的灰度显示缺乏区分度。此外，更重要的是，尽管目前辐射防护指南遵循“合理可行尽量低”（"as low as reasonably achievable"，ALARA）原则，旨在确保操作安全的前提下将辐射暴露降至最低，但日益增多的血管内手术仍导致累积辐射暴露水平较高，可能影响血管外科医生和放射科医生的健康4,5。此外，为了评估血管内血运重建的效果（例如经皮腔内血管成形术POBA后），通常需使用具有肾毒性的造影剂获取一至两张二维数字减影血管造影图像，以估算血流动力学的改善情况，此过程依赖肉眼判断血流增加程度。同时，该技术在评估血管管腔直径、斑块形态以及血管内血运重建后是否存在限制性血流的夹层方面也存在局限性。为克服上述问题，已开发出新的影像技术，以改善治疗过程中的器械导航和血流动力学评估，并减少辐射暴露及造影剂的使用。

在本病例中，我们描述了将光纤实时成像（Fiber Optic RealShape, FORS）技术与血管内超声（intravascular ultrasound, IVUS）相结合，以减少外周动脉疾病（PAD）血管内治疗过程中操作者辐射暴露的可行性和有效性。FORS 技术利用激光在光纤中反射，实现对特殊设计的导丝和导管完整形态的实时三维可视化，而无需依赖透视成像6,7,8。该技术通过在血管内操作过程中使用不同的颜色标识，不仅减少了辐射暴露，还提升了对血管内导航器械的空间感知能力。IVUS 能够精确评估血管尺寸。本文旨在逐步阐述 FORS 与 IVUS 技术结合使用的方法，展示这两种技术融合在降低辐射暴露、改善导航操作以及提高 PAD 血管内治疗成功率方面的潜力。

病例报告
本例报告一位65岁男性患者，既往有高血压、高胆固醇血症、冠状动脉疾病以及肾下腹主动脉和右侧髂总动脉瘤病史，曾接受腔内动脉瘤修复术（EVAR）联合右侧髂支分支装置（IBD）治疗。数年后，患者因左侧髂支EVAR肢体闭塞导致急性下肢缺血，需行左侧髂支EVAR肢体及股浅动脉取栓术。在同一手术过程中，通过将腔内移植物延伸至髂外动脉，成功处理了髂总动脉瘤。

诊断、评估与治疗方案
随访期间，常规双功能超声检查显示，支架移植物左侧髂支内的收缩期峰值流速（PSV）升高至245 cm/s，而近端PSV为70 cm/s。该结果提示存在显著狭窄，狭窄程度超过>50%，狭窄处与近端流速比值为3.5。随后通过计算机断层血管成像（CTA）进一步确诊为支架内再狭窄（ISR），狭窄程度超过50%，并额外怀疑狭窄由血栓形成所致。为预防肢体闭塞复发，拟行经皮腔内血管成形术（PTA）。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

乌得勒支大学医学中心医学伦理委员会批准了本研究方案（METC 18/422），患者已签署知情同意书，同意接受该操作和研究方案。

1. 患者筛选

  1. 患者纳入标准
    1. 确保患者年龄>18岁。
    2. 确保患者存在外周动脉疾病（PAD）和/或支架内再狭窄（ISR）的相关症状。
  2. 患者排除标准
    1. 因语言障碍或理解能力不足而无法提供知情同意的患者应予以排除。

2. 血管分割

  1. 进行血管分割时，需将术前获取的CTA图像上传至FORS软件，通过分割腹主动脉及双侧髂动脉，生成用于导航的路径图。
  2. 在分割软件中，通过移动光标至动脉结构上，选择腹主动脉和髂总动脉的轮廓。动脉结构将以蓝色高亮显示，点击即可选中。此步骤中需确保仅选中感兴趣的动脉结构。
  3. 本例中，需选择腹主动脉、双侧髂总动脉，并结合左侧髂外动脉进行分割。
  4. 完成目标动脉的选择后，通过旋转已分割的血管结构，目视检查分割结果的准确性。

3. 手术准备

  1. 将患者仰卧位置于手术台上，双臂置于患者身体两侧。
  2. 将对接站置于患者左侧、大腿水平位置的手术台上。
  3. 使用氯己定对从腹部至大腿上部的手术区域进行消毒，并用无菌巾覆盖目标区域。

4. 左侧股总动脉的超声引导下穿刺

  1. 采用超声引导下塞丁格技术建立股总动脉通路。
  2. 将一根0.035英寸标准导丝引入动脉管腔内。
  3. 沿导丝置入6 Fr鞘管。

5. 体积配准

  1. 为了根据患者实时位置对生成的导航路径进行对齐，需执行容积配准。本案例中采用所谓的二维-三维（2D-3D）容积配准，以对齐患者术前与术中位置。
  2. 为此，获取两幅术中透视图像，聚焦于感兴趣区域，本例中即先前植入的腔内移植物及髂支所在区域。
    注意：C型臂需处于两种不同角度位置，以获取夹角相差90°的透视图像。本案例中，分别采用45°左前斜位和45°右前斜位各采集一幅图像。采集完成后，将图像复制至软件中。
  3. 利用所获取的两幅透视图像中可见的既存支架移植物，对分割所得的血管容积与实时透视影像进行对齐。
  4. 首先，将分割得到的血管容积平移至透视图像中支架移植物的轮廓位置。设置合适的窗宽窗位，确保包含术前CTA中的高Hounsfield值，以便仅显示支架移植物。此操作可通过点击顶部的窗宽窗位图标完成。
  5. 在将血管容积平移至透视图像中的正确位置后，进一步将旋转中心对准支架移植物的中心，以实现围绕其中心的旋转。旋转分割血管容积中的支架移植物，使其术前与术中位置对齐。
  6. 为确认分割血管容积与实时透视影像的对齐效果，可调整容积的窗宽窗位，以观察并比对骨骼结构等解剖标志。至此，容积配准已成功完成。

6. FORS 形状配准

注意：FORS 设备已在手术室内注册，以便在无需使用透视成像的情况下使用。

  1. 将 FORS 设备放置在介入区域。
  2. 获取两幅透视图像，其角度位置差异至少为 30°（例如，一幅为前后位，另一幅为 30° 右前斜位或左前斜位）。
  3. 在软件中选择所需的采集角度，并将 C 形臂旋转至相应位置。
  4. 采集透视图像后，点击显示两个文档的符号或图标以复制该图像。
  5. 在透视图像的轮廓上分析投影的导丝（黄色）和投影的导管（蓝色）。
    ​注意：FORS 技术现在可独立使用。

7. 血管内导航

  1. 通过6 Fr鞘管插入FORS导丝。
  2. 使用FORS装置经目标血管（左侧髂动脉及腔内移植物）行进，并通过狭窄病变到达腹主动脉。在导航过程中，使用已注册的CTA分割图像作为路径图。黑色背景表示通过病变时未采集透视图像，因此装置位置的唯一参考依据是已注册的分割血管容积图像。
  3. 确保髂动脉狭窄对导丝产生阻力，从而在导丝上形成压力，导致出现点状显影。
  4. 在导航过程中不得使用透视成像。
  5. 将FORS导丝更换为0.014英寸的常规导丝。由于该常规导丝不被FORS系统支持，必须使用透视成像来确定导丝位置。
  6. 撤出FORS导管。

8. PTA 前 IVUS 直径测量

  1. 使用独立的血管内超声（IVUS）系统，将IVUS导管沿0.014英寸的常规导丝送至腹主动脉分叉处。
  2. 回撤IVUS导管，从腹主动脉分叉处向狭窄病变远端的髂总动脉方向观察管腔内径。
  3. 定量分析病变部位及髂动脉非狭窄区域的管腔直径和横截面积。
  4. 在X线透视引导下，将0.014英寸的常规导丝更换为0.035英寸的标准 导丝。

9. 经腔经皮血管成形术（PTA）治疗

  1. 使用 X射线引导，将8 mm × 40 mm的PTA球囊沿标准导丝送入，并将球囊定位至狭窄病变处。在透视引导下进行球囊扩张，持续2分钟。
  2. 回撤PTA球囊。
  3. 再次扩张PTA球囊，对罪犯病变进行第二次治疗。通过球囊的造影增强可观察到扩张过程。
  4. 移除PTA球囊并引入FORS导管。随后，将0.035英寸导丝更换为0.014英寸工作导丝。

10. 经皮腔内血管成形术（PTA）后血管内超声（IVUS）直径测量

  1. 使用独立的血管内超声（IVUS）系统，将IVUS导管沿0.014英寸的常规导丝送入。
  2. 从主动脉分叉处开始，向狭窄病变远端的髂总动脉方向回撤IVUS导管，以获取管腔内径的影像。
  3. 在狭窄病变水平定量测量管腔直径和横截面积，随后撤出IVUS导管。

11. 压力测量

  1. 将FORS导管沿0.014英寸工作导丝经目标血管送至已处理的狭窄病变近端，随后撤出标准导丝。
  2. 将FORS导管置于狭窄病变近端，并将其尾端连接至压力传感器。对压力传感器进行调零和平面校准，以确保血压测量准确，随后测量血压。
  3. 回撤FORS导管，测量已处理狭窄病变远端的血压。
  4. 撤出FORS导管、标准导丝和鞘管，使用经皮血管闭合装置进行闭合。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

本病例所采用的方案表明，将FORS技术与IVUS结合使用是可行的，旨在减少外周动脉疾病（PAD）腔内治疗过程中的辐射暴露和造影剂使用。手术的大部分步骤均在无X射线条件下完成，且未使用任何造影剂。通过病变部位的操作采用FORS（导丝和导管）技术实现。方案中描述了使用X射线的具体步骤：共采集四次透视图像（用于体积和形态配准）、更换导丝（0.035标准导丝和0.014主力导丝），以及PTA球囊扩张时的操作（表1）。

本例中未采用（对比）二维数字减影血管造影，而是通过血管内超声（IVUS）对POBA的效果进行量化。POBA后管腔直径从术前的4.8 mm增加至7.0 mm，横截面管腔面积则从27.7 mm2增加至43.8 mm2（图1）。POBA术后，目标区域远端血压与主动脉区域相比无明显下降（分别为103/73 mmHg和106/73 mmHg），证实治疗效果充分。

总的透视时间为1分53秒，总空气...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

据我们所知，本病例报告是首篇讨论在治疗外周动脉疾病（PAD）的血管内介入过程中，联合使用无辐射血管造影（FORS）与血管内超声（IVUS）以减少辐射暴露并避免使用造影剂的文献。在处理此类特定病变时，联合应用这两种技术似乎是安全且可行的。此外，FORS与IVUS的结合可有效减少辐射暴露（AK = 28.4 mGy；DAP = 7.87 Gy*cm2），并在手术过程中完全避免使用造影剂。本病例中的辐射暴露量和造影剂使用量明显低于文献中报道的同一解剖区域手术的数据；然而，这些结果之间的直接比较较为困难9,10,11。外周血管内介入术中的辐射暴露及相关参数受到多种因素的显著影响，包括患者相关参数（如体重指数）以及病变特征（长度、严重程度和形态）。然而通常情况下，为了导航及评估血管内治疗效果（本例中为单纯球囊扩张术，POBA），必须对罪犯病变进行显像，这部分操作占整个手术辐射暴露总量的相当大比例12

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

Philips 医疗系统荷兰有限公司向乌得勒支大学医学中心外科专科部提供了一项基于公平市场价值的研究资助，以支持 FORS Learn 注册研究。乌得勒支大学医学中心外科专科部与 Philips 公司签订了科研和咨询合作协议。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
AltaTrack Catheter BerensteinPhilips Medical Systems Nederland B.V., Best, NetherlandsATC55080BRN
AltaTrack Docking topPhilips Medical Systems Nederland B.V., Best, Netherlands
AltaTrack GuidewirePhilips Medical Systems Nederland B.V., Best, NetherlandsATG35120A
AltaTrack TrolleyPhilips Medical Systems Nederland B.V., Best, Netherlands
Armada 8x40mm PTA 球囊导管Abbott laboratories, Illinois, United StatesB2080-40
Azurion X 射线系统Philips Medical Systems Nederland B.V., Best, Netherlands
Core M2 血管系统Philips Medical Systems Nederland B.V., Best, Netherlands400-0100.17
Hi-Torque Command 导丝Abbott laboratories, Illinois, United States2078175
Perclose ProglideAbbott laboratories, Illinois, United States12673-03
Rosen 0.035 不锈钢导丝Cook Medical, Indiana, United StatesTHSCF-35-180-1.5-ROSEN
Visions PV .014P RX 导管Philips Medical Systems Nederland B.V., Best, Netherlands014R

参考文献

  1. Song, P., et al. national prevalence and risk factors for peripheral artery disease in 2015: an updated systematic review and analysis. The Lancet. Global Health. 7 (8), e1020-1030 (2019).
  2. Aday, A. W., Matsushita, K. Epidemiology of peripheral artery disease and polyvascular disease. Circulation Research. 128 (12), 1818-1832 (2021).
  3. Meijer, W. T., et al. Peripheral arterial disease in the elderly: The Rotterdam Study. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 18 (2), 185-192 (1998).
  4. Modarai, B., et al. European Society for Vascular Surgery (ESVS) 2023 clinical practice guidelines on radiation safety. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 65 (2), 171-222 (2022).
  5. Ko, S., et al. Health effects from occupational radiation exposure among fluoroscopy-guided interventional medical workers: a systematic review. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 29 (3), 353-366 (2018).
  6. Jansen, M., et al. Three dimensional visualisation of endovascular guidewires and catheters based on laser light instead of fluoroscopy with fiber optic realshape technology: preclinical results. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 60 (1), 135-143 (2020).
  7. van Herwaarden, J. A., et al. First in human clinical feasibility study of endovascular navigation with Fiber Optic RealShape (FORS) technology. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 61 (2), 317-325 (2021).
  8. Froggatt, M. E., Klein, J. W., Gifford, D. K., Kreger, S. T. Optical position and/or shape sensing - Google Patents. US8773650B2. , Available from: https://patents.google.com/patent/US8773650B2/en (2014).
  9. Pitton, M. B., et al. Radiation exposure in vascular angiographic procedures. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 23 (11), 1487-1495 (2012).
  10. Sigterman, T. A., et al. Radiation exposure during percutaneous transluminal angioplasty for symptomatic peripheral arterial disease. Annals of Vascular Surgery. 33, 167-172 (2016).
  11. Segal, E., et al. Patient radiation exposure during percutaneous endovascular revascularization of the lower extremity. Journal of Vascular Surgery. 58 (6), 1556-1562 (2013).
  12. Goni, H., et al. Radiation doses to patients from digital subtraction angiography. Radiation Protection Dosimetry. 117 (1-3), 251-255 (2005).
  13. Klaassen, J., van Herwaarden, J. A., Teraa, M., Hazenberg, C. E. V. B. Superficial femoral artery recanalization using Fiber Optic RealShape technology. Medicina. 58 (7), 961(2022).

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

标签

结合光纤实时成像技术与血管内超声在治疗外周动脉疾病期间降低辐射暴露
联系我们
向图书馆推荐

隐私

使用条款

政策

版权所有 © 2026 MyJoVE Corporation。保留所有权利。