體外心臟震波治療系統(tǒng)治療冠心病的機理及主要結(jié)構(gòu)和工作原理

鄭志遠，王海東，許良春，習湧平

(昆明醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 資產(chǎn)管理部，云南 昆明 650032)

體外心臟震波治療系統(tǒng)治療冠心病的機理及主要結(jié)構(gòu)和工作原理

鄭志遠，王海東，許良春，習湧平

(昆明醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 資產(chǎn)管理部，云南 昆明 650032)

介紹一種治療冠心病的新設(shè)備——體外心臟震波治療系統(tǒng)（CSWT）。本文詳細介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及治療冠心病的機理與臨床使用。

體外心臟震波治療系統(tǒng)；冠心?。谎茉偕?/p>

Abstract:This paper introduces the structure, function,working priciple,mechanism of treating heart disease and clinical application of extracorporeal cardiac shock wave treatment system (CSWT),which is used in the treatment of coronary heart disease.

Key words:extracorporeal cardiac shock wave treatment system;coronary heart disease; revascularization

0 前言

隨著人類物質(zhì)生活的提高，冠心?。–HD）已成為當今危害人類生命與健康的第一殺手，對于冠心病的治療方法除藥物治療法外，從目前的臨床治療效果來看，經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(PCI)和冠狀旁路移植術(shù)(CABG)被普遍認為是比較行之有效的方法。但是對于一些對常規(guī)藥物治療反應較差的晚期冠心病患者及年齡偏大、冠狀動脈的彌漫性病變等原因不適于進行傳統(tǒng)的有創(chuàng)心肌血管重建術(shù)（如PCI、CABG等），或已接受過PCA和CABG手術(shù)后仍反復心絞痛的患者，如何治療這些患者的疾病，改善其生活質(zhì)量已經(jīng)成為當今醫(yī)學界的重要課題。根據(jù)終末期冠心病治療的特點，解決冠脈血流通路，仍是問題的關(guān)鍵，能否通過血管再生解決冠脈血流通路？德國專家通過多年研究，發(fā)現(xiàn)通過體外低能量震波沖擊心肌缺血部位，能夠在原有微血管基礎(chǔ)上促使血管再生形成新的毛細血管，并與原有冠狀血管網(wǎng)相交匯，改善心肌供血。瑞士STORZ MEDICAL公司2003年開發(fā)研制出全球第一臺無創(chuàng)治療缺血性心臟病的體外心臟震波治療系統(tǒng)（CSWT）—MODLITH SLC，該系統(tǒng)已在德國、日本、意大利、俄羅斯等9個國家臨床使用，已取得很好的臨床使用效果和臨床研究成果。

我院2008年底引進國內(nèi)首臺MODLITH SLC體外心臟震波治療系統(tǒng)（CSWT），CSWT的研發(fā)者和SLC的設(shè)計者德國專家Dr.Marlinghaus和日本CSWT應用專家到醫(yī)院現(xiàn)場指導安裝調(diào)試并進行應用培訓。到目前為止我院是國內(nèi)首家也是國內(nèi)唯一開展CSWT治療冠心病臨床治療和研究的醫(yī)院，經(jīng)過對終末期冠心病患者三十多例臨床治療，效果非常明顯。本文以SLC體外心臟震波治療系統(tǒng)為例介紹CSWT治療冠心病的機理及CSWT主要結(jié)構(gòu)和功能原理。

1 CSWT治療冠心病機理

1.1 血管再生機理

CSWT治療冠心病的機理是血管再生，血管再生(angiogenesis)是指在機體生長發(fā)育過程中或創(chuàng)傷修復、缺血缺氧和炎癥等情況下，原有微血管內(nèi)皮細胞(EC)經(jīng)過生芽、遷移、增殖與基質(zhì)重塑等形成新毛細血管的過程 。在正常的生理條件下，成熟器官的血管內(nèi)皮細胞處于靜止的非增殖狀態(tài)，很少發(fā)生血管再生。但在缺血、缺氧、機體組織損傷、炎痛反應、外部機械剪力作用的情況下，任何刺激血管內(nèi)皮細胞生長遷移的因子都能促進血管再生的進行。

圖 1 CSWT治療示意圖

CSWT通過低能量震波沖擊心肌缺血部位（如圖1），在心肌組織細胞內(nèi)產(chǎn)生機械剪切力和空穴效應，促進心肌內(nèi)微血管的修復再生，能夠在原有微血管基礎(chǔ)上促使血管再生形成新的毛細血管（如圖2），并與原有冠狀血管網(wǎng)相交匯，改善心肌供血。

圖 2 血管再生示意圖

1.2 微血管再生過程（圖3）

(1) CSWT的剪切力的刺激作用打破血管內(nèi)生長因子和抑制因子的平衡，使血管內(nèi)生長因子如VEGF（血管內(nèi)皮細胞生長因子）、BFGF（基底成纖維細胞生長因子）的生成增加，導致內(nèi)皮細胞遷移（細胞趨化），這些遷移內(nèi)皮細胞前體，向周圍組織遷移，開始分裂，形成中空管道，然后慢慢生成毛細血管網(wǎng)。

圖 3 體外心臟震波治療（CSWT）過程

(2)使心臟組織和內(nèi)皮細胞釋放出一氧化氮（NO），NO是機體組織修復過程中最重要的因子之一，是強有力的血管舒張因子， NO 釋放引起血管壁的平滑肌松弛使血管舒張，繼而引發(fā)血管再生的級聯(lián)反應，促使缺血組織的血管再生,側(cè)枝循環(huán)建立，使心肌組織再灌流。

1.3 臨床研究與使用結(jié)果

經(jīng)德國、日本等國對CSWT多年的研究和臨床使用的結(jié)果表明：CSWT在使用震波焦點壓力約為60MPa，焦點能量密度約為0.1mJ/mm2（大約相當于體外碎石治療強度的10%），較短脈沖寬度（約300ns），對血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）的生成，對一氧化氮（NO）的釋放，毛細血管的再生最為有效，能顯著上調(diào)缺血心肌的血管內(nèi)皮生長因子的表達，增加缺血心肌的毛細血管密度，使心肌區(qū)域血灌流明顯增加，使慢性缺血心肌的心功能及局部心肌血流量恢復正常。冠心病患者經(jīng)過3～6個月的CSWT治療（3個月一個療程，每月治療1周，每周治療3～5次，每次對治療區(qū)域進行1500～2000點的震波沖擊治療）后，①患者冠脈影像有明顯改變；②使心絞痛癥狀緩解，發(fā)作頻率降低；③硝酸酯類藥物用量明顯減少；④運動耐力增加，⑤無并發(fā)癥和不良反應。

2 CSWT的結(jié)構(gòu)及工作原理

以下以SLC體外心臟震波治療系統(tǒng)（CSWT）為例介紹。

2.1 結(jié)構(gòu)及功能

SLC體外心臟震波治療系統(tǒng)由主機；震波治療源；治療臂；控制與操作系統(tǒng)；超聲定位系統(tǒng)；心電監(jiān)護系統(tǒng)；治療床等組成。

2.1.1 主機。主要由電源系統(tǒng)（PCU）、主控制系統(tǒng)、震波發(fā)生和觸發(fā)系統(tǒng)（PCCU）、水循環(huán)系統(tǒng)、治療臂鎖緊液壓裝置組成。

(1)電源系統(tǒng)：為治療系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定而符合要求的電源。

(2)主控制系統(tǒng)：實現(xiàn)對全系統(tǒng)的電氣控制。

(3)震波產(chǎn)生和觸發(fā)系統(tǒng)：為震波治療線圈提供高壓脈沖電流，并產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。

(4)水循環(huán)系統(tǒng)：為震波治療源耦合水囊提供無氣泡、與體溫相近、具有一定壓力的循環(huán)水，調(diào)節(jié)水囊高度，以保證震波治療源電磁震波和定位超聲波有良好的傳導、緩沖和散熱，使患者有較舒適的感覺，并能保證不同體型患者治療震波準確對焦。系統(tǒng)包括：循環(huán)泵、加熱和冷卻裝置、排氣裝置、溫度和水壓控制組件等。

(5)治療臂鎖緊液壓裝置：為治療臂各運動支點提供可靠、便捷的鎖緊或釋放，使其定位、移動、旋轉(zhuǎn)更加穩(wěn)固、靈活。

2.1.2 震波治療源。主要由電磁線圈、反射器、同軸超聲探頭、超聲探頭升降裝置、耦合水囊組成（如圖 4）。

(1)電磁線圈：產(chǎn)生治療電磁震波；

(2)反射器：將線圈產(chǎn)生的治療電磁震波聚焦于距反射器端面約150mm的治療焦點，保證震波有一定的治療深度；

(3)同軸超聲探頭：用于對治療部位的定位和電磁震波的準確對焦，由于超聲探頭與治療電磁震波源同軸，能保證更好的定位精度；

(4)超聲探頭升降裝置：用于超聲探頭定位時的快速升降；

(5)耦合水囊：為震波治療源與患者的耦合體，又是震波治療源耦合水的容器，其具有耐熱、抗老化、塑性好、無毒無害、抗過敏的特性。

2.1.3 治療臂。治療臂是震波治療源與主機的連接體，它可使震波治療源按照治療的需要準確移動、旋轉(zhuǎn)、定位。

2.1.4 控制與操作系統(tǒng)。用于調(diào)整和控制治療能量、頻率、水囊高度、功能模式、脈沖計數(shù)顯示等，方便地進行治療操作。

圖 4 震波治療源結(jié)構(gòu)原理圖

2.1.5 超聲定位系統(tǒng)。用于對治療靶區(qū)的定位、治療震波的準確對焦、實時顯示治療過程。

2.1.6 心電監(jiān)護系統(tǒng)。用于對患者的心電監(jiān)護。利用R波觸發(fā)震波治療源發(fā)射電磁波，治療波在每一次QRS波后觸發(fā)一次，在心電活動絕對不發(fā)放，保證了患者的安全。

2.2 CSWT的工作原理

SLC采用低噪聲、高壓強、短脈寬、波型穩(wěn)定的低能電磁震波為治療波源，通過其主機震波發(fā)生和觸發(fā)系統(tǒng)（PCCU）高壓脈沖電路電容充放電產(chǎn)生高壓脈沖電流，在觸發(fā)脈沖（心電觸發(fā)模式或復合觸發(fā)模式）的觸發(fā)下，高壓脈沖電流流過震波治療源電磁線圈產(chǎn)生脈沖磁場，推動覆蓋在線圈上的金屬振膜在震波治療源耦合水囊內(nèi)的水介質(zhì)中振動產(chǎn)生電磁沖擊波，這些電磁波經(jīng)過拋物面反射器反射、聚焦，形成一個圓柱狀電磁沖擊震波焦區(qū)。震波具有陡峭的脈沖前沿、較高的脈沖壓力、較短的脈寬，還有低張力波的成分，在人體組織中的衰減低，具有較好的穿透力。震波通過耦合水囊導入體內(nèi)治療區(qū)域(如心肌缺血靶區(qū))進行震波治療，通過與震波治療源同軸安裝的定位超聲探頭，能夠準確定位電磁震波焦點于治療區(qū)域，并通過B超定位系統(tǒng)顯示屏實時顯示對焦和震波治療的圖像。通過治療臂上調(diào)整裝置可調(diào)整震波治療源的位置和角度，準確、方便地進行超聲波和治療震波的定位。治療震波能量的大小通過調(diào)整高壓脈沖電壓來實現(xiàn)。

3 CSWT的系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)和性能特點

3.1 技術(shù)參數(shù)

可調(diào)焦點壓力范圍：2.9～74Mpa

焦點離反射器端面距離：150mm

焦點能量密度：0.06～0.64mJ/mm2

聚焦角度：480

可調(diào)焦點大小：徑向3.5～8mm，軸向90～110mm

震波半高脈寬：0.3μs

震波的前沿：≤0.1μs

震波頻率：1～4Hz

電源功率：最大2.0kVA

定位方式：同軸B超定位

觸發(fā)方式：心電（ECG）觸發(fā)模式或復合觸發(fā)模式

3.2 性能特點

低能量、高效率的電磁震波源，患者無疼痛、無創(chuàng)傷、低噪聲；治療震焦點壓力和能量密度可調(diào)范圍寬，能滿足不同治療的需要；焦點更小更精確，確保盡可能對準治療靶區(qū)，避免損傷正常組織；可穿透深度深（150mm），能適應絕大部分體形的病人；B超同軸定位，定位更精確、無輻射損傷；震波心電（ECG）觸發(fā)，確保心臟功能不受影響，安全可靠；體積小、重量輕、移動方便，操作簡單。

4 結(jié)束語

綜上所述，體外心臟震波治療系統(tǒng)（CSWT）是非侵入性血管再生的新方法，對那些對藥物治療反應較差的晚期冠心病患者及不適于進行傳統(tǒng)的PCI、CABG等有創(chuàng)心肌血管重建術(shù)，或已接受過PCI和CABG手術(shù)后仍反復心絞痛的患者是一種治療方法的新選擇，可促進心肌內(nèi)微血管的修復再生，促進側(cè)支循環(huán)形成，改善心肌供血。能夠緩解心絞痛的頻繁發(fā)生、防止心肌梗死、使患者運動耐力增加、硝酸甘油用量減少、生活質(zhì)量顯著改善。與PCI和CABG手術(shù)方法相比，CSWT安全、無痛、無創(chuàng)，無后遺癥和不良反應，免除手術(shù)帶來的痛苦和風險,治療費用也遠低于PCI和CABG方法。繼PCI和CABG方法后，CSWT可謂冠心病治療的第三把“利劍”。 體外心臟震波治療系統(tǒng)的設(shè)計制造，從技術(shù)、結(jié)構(gòu)和功能等方面都能充分滿足和實現(xiàn)CSWT治療冠心病的要求，為開展CSWT治療提供了一個有力的保證。

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Structure and Working Principle of Extracorporeal Cardiac Shock Wave Treatment System and its Mechanism of Treating Coronary Heart Disease

ZHENG Zhi-yuan, WANG Hai dong, XU Liang-chun, XI Yong-ping
(Assets Management Department, First Affiliated Hospital of Kunming Medical College, Kunming Yunnan 650032, China)

TH789

B

1674-1633(2010)01-0047-03

2009-06-02

作者郵箱：zzy8889@yahoo.com.cn