1、支架取栓器的功能要求和特征

 

功能要求

 

神经支架取栓器一般说的都是可通过微导管送入颅内大血管的自膨胀支架，作用于急性闭塞的情况。这类器械设计出来的作用主要是针对大血管闭塞的血栓，并将其从血液循环中移除，从而恢复颅内血流。鉴于支架取栓器功能的一般原则，其设计必须满足以下功能要求：

 

1. 能够通过微导管送入颅内大血管，具有适当的径向力，以实现良好的血管壁贴附。

 

2. 具备与血栓材料接触并整合的能力，考虑到血栓成分和密度的变化。

 

3. 具备保护和移除的能力，同时尽量减少血栓破碎和远端栓塞的风险。

 

4. 高首次通过再通率（即在第一次部署时即可移除血栓并恢复血流的能力）。

 

5. 在部署和取回过程中尽量减少对血管壁的内腔损伤。

 

6. 在血栓未完全移除的情况下，能够在目标血管或更远端进行多次重新部署。

 

支架特征

 

支架取栓器的构造可以利用支架设计中的多个变量来实现最佳性能并满足上述设计要求。Stoeckel等人先前使用支架的五个特征来分类所有可用的医疗支架。这些特征包括使用的材料（Material）、原材料形式（Form）、制造方法（Fabrication）、几何配置（Geometry）和支架附加物（Additions）。

材料（Material）

 

支架使用的材料取决于支架是自膨胀的还是需要球囊扩张的。自膨胀支架是理想的支架取栓器，因为它们不需要放置球囊（打球囊也影响时间），到位性也比球扩支架更好。这些材料需要低弹性模量（衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度）和高屈服应力（应力有微小的增加，而应变却急剧增长的现象，称为屈服，使材料发生屈服时的正应力就是材料的屈服应力），或者是高形状记忆性能镍钛合金，镍钛合金是可以恢复高达10%的弹性变形。这些特性允许支架具有高弹性应变，大多数支架取栓器都是基于镍钛合金的自膨胀支架。

 

原材料形式（Form）

 

支架的原材料可以有几种不同的形式。这些包括薄片（sheet）、管材（tubing）、线材（wire）和带材（ribbon forms，扁线）。基于薄片的支架必须在形成图案后卷成管状配置。现有支架取栓器的原材料形式存在差异。

 

制造方法（Fabrication）

 

制造方法是指形成支架的机械过程，主要取决于使用的原材料形式。线材可以通过缠绕（coiling）、编织（braiding）或编织技术（knitting techniques）形成支架（这里面braiding是指将多股线条交织在一起形成辫子的过程，而knitting则是指使用针或机器将纱线编织成布料或服装的过程）。激光切割作用于管状金属，也是最常用的机制。自膨胀支架可以在小尺寸或扩展条件下进行切割，切割后必须进行去毛刺和表面处理。另一种可能的技术是水射流切割，与激光切割相比，水射流切割的优点是不产生沿切割表面的热影响区。大多数可用的支架取栓器采用激光切割制造方法。

 

 

 

（线材成型后在特定位置进行焊接可产生闭环镍钛支架 ）

 

几何配置（Geometry）

 

支架的几何配置对其基础功能要求具有重要意义。支架的几何配置有很高的变化度，每种设计都有其优点和缺点。Stoeckel等人将支架几何分为5种不同的类别：线圈形（Coil）、螺旋盘绕（Helical spiral）、编织（Woven）、独立环（Individual rings）和顺序环（Sequential rings）设计。

 

 

 

线圈形（Coil）：螺旋设计非常灵活，但径向强度有限，膨胀率也较低。

螺旋盘绕（Helical spiral）：螺旋盘绕支架类似于螺旋设计，因此共享螺旋支架的高灵活性和低径向强度。可以添加纵向连接以增加径向强度，但会牺牲部分灵活性。

 

 

编织（Woven）：编织设计由一根或多根线材组成，可以编织在一起。一些自膨胀支架会利用这种几何设计。然而，缩短是这类支架的一个重要问题。

 

 

独立环（Individual rings）：独立环设计是Z形环，通常用于支撑其他移植物。它们不适合用作独立血管支架。

 

顺序环（Sequential rings）：顺序环支架由一系列Z形支柱组成，这些支柱通过称为桥或铰链的连接。这些连接可以是常规的，即它们在整个圆周的每个拐点处发生，或者是周期性的，即它们在这些拐点的预定义子集处发生。存在顶点-顶点、顶点-谷点或谷点-谷点连接。

 

 

顺序环构造又分为闭合或开放的几何单元。在闭合单元设计中，结构的所有内部拐点都通过桥接元件连接。闭合单元设计在任何弯曲程度下都提供良好的支架和均匀的表面，但灵活性低于开放单元设计。开放单元设计的一些或所有内部拐点未连接。未连接的元件导致较高的结构灵活性，但以降低径向强度为代价。

支架附加物（Additions）

 

支架结构上的附加元件在透视下可视化方面提供了帮助，例如显影标记或涂层，或在功能方面提供了益处，如药物涂层、可生物相容的涂层或亲水涂层。由于镍钛合金是大多数支架取栓器的主要材料，他的透视下可视性差，因此在制造这些支架时经常使用显影添加物（一般会用铂金或者钽金属）。

（更大的钽不透射线标记物）

 

（钽不透射线标记物焊接在镍钛金属上）

 

2、现有支架取栓器的简要回顾

 

本综述旨在研究现有（和历史上）的支架取栓器，根据上述系统对其进行分类，并回顾有关其临床应用的可用证据。

第一代器械：线圈取栓器

 

MERCI取栓器：MERCI取栓器（Concentric Medical，Mountain View，CA）是第一个获得美国FDA批准用于急性缺血性卒中再通治疗的器械，于2004年8月获得批准。该器械不是一种真正的支架取栓器，通常分类为线圈取栓器。该器械有两个版本，X和L，其中X获得批准用于机械取栓，而L仅获批准用于异物移除。两种器械有两种尺寸。X器械由具有记忆形状的镍钛合金丝组成，远端尖端有五个螺旋环。器械位于送达导管内的直线配置中，但由于镍钛合金的构造，一旦在目标血管内解鞘，它能够符合其记忆形状。线圈设计表明该器械的径向强度较低，这可能是再灌注率较低的原因。

（MERCI取栓器）

 

第二代器械：真正的支架取栓器

 

颅内自膨支架最初设计用于动脉瘤治疗，作为弹簧圈栓塞的辅助工具。最初有几个作者报道了这种支架的off-labal用途，主要用于永久性部署在动脉闭塞部位。一些早期结果显示，二代与第一代支架相比，再通率更高。自膨支架使血管再通的机制是支架支柱的扩张将血栓捕获并进行机械破坏。然后是化学或内源性溶栓，可能是由于支架部署后立即获得的前向血流所致。（血液是最好的溶栓剂！）

 

Kelly等人首次报道了使用Enterprise支架（Codman，Raynham，MA）进行一个临时血流再通的手术，该技术提供了立即的血流恢复，而无需永久性植入支架[2]。这项技术的另一个优点是可以在再血栓形成的情况下重新定位支架。

（半释放Enterprise）

 

虽然这项初步技术并未直接尝试取栓，但用支架来帮助闭塞血管暂时恢复血流成为了血管内卒中治疗的新方法。后续也有其他为动脉瘤治疗设计的自膨胀支架使用的案例，包括尝试使用支架本身进行血栓切除。这推动了用于血栓切除手术的专用支架器械的发展。当其他取栓技术失败时，使用可解脱支架作为补救措施仍然是一个可行的选择。

 

（Solitaire支架）

 

Solitaire：Solitaire FR（血流恢复）支架取栓器（Covidien/Medtronic，Dublin, Ireland）是第一个专用的血栓切除支架。之前有一种Solitaire AB（动脉瘤辅助）器械，用于建立临时通路和取栓。

 

当前器械是第四代Solitaire X。它是一种镍钛合金支架，由镍钛合金片激光切割并成型为重叠的参数设计。几何配置为闭合单元设计，具有顶点-顶点连接（如下图）。支架有3、4和6 mm直径可用，3 mm直径的支架长度为20 mm，4 mm直径的支架长度为20和40 mm，6 mm支架的长度为20、24和40 mm。支架在近端和远端以及支架长度上均匀间隔5-10 mm处均有铂金标记，用于可视化支架的打开和血栓整合。

 

参数设计导致支架覆盖重叠，增加了血栓接触。支架施加的径向力也取决于血管直径。

 

动物研究显示Solitaire FR器械在移除血栓方面取得了高度成功。在100%的病例中观察到TICI 3血流恢复，并且在大多数病例中实现了立即血流恢复。

 

单中心经验显示，该器械在79%的前循环病例中实现了首次通过再通（TICI 2b/3），整体成功再通率为72.8%。另一项研究显示，使用Solitaire器械的再通率为89%。初步研究中的并发症率较低，脑内出血率为2%，蛛网膜下腔出血率为4-6%。

Trevo：Trevo（Stryker，MI）是一种由管状镍钛合金片激光切割而成的镍钛合金支架。支架为闭合单元设计，具有顶点-顶点连接（如下图）。为了提高荧光可视化，支架内编织了三条铂/钨丝。然后支架涂覆了透明质酸钠亲水混合物。这种附加物旨在减少器械部署期间的摩擦。目前可用的器械版本，Trevo XP ProVue Retriever，有三种可用尺寸：3×20 mm，4×20 mm，4×30 mm和6×25 mm。支架支柱的大部分具有内腔取向，设计用于增加血栓整合，而不是动脉瘤辅助支架的血管壁取向。

在一项动物研究中，Trevo器械显示所有病例均成功再通，首次通过再通率为15/16例。存在内膜破裂，但没有证据表明对中膜或外膜造成损伤。Trevo器械的早期人体经验显示，78.3%的患者达到了高水平的再通（TICI 2b/3）。症状性ICH的发生率为5%。

使用第二代器械进行血栓切除的证据：Solitaire FR和Trevo均进行了随机试验，比较它们与MERCI取栓器的效果。这些研究显示，与MERCI取栓器相比，Solitaire和Trevo支架的血管造影结果和临床结果显著更好。这些研究共同证明了与第一代取栓器相比，取栓技术的显著改进。在比较Solitaire FR或Trevo与MERCI器械的联合试验中，再通率分别为82%和62%。此外，ICH率为10%，而MERCI器械的ICH率为28%，显示了第二代器械的安全性也有了显著改善。

 

第二代支架取栓器参与了评估血栓切除术与药物治疗对大血管闭塞卒中效果的关键随机对照试验。共进行了五项随机对照试验：MR CLEAN、EXTEND-IA、ESCAPE、REVASCAT和SWIFT-PRIME，显示与药物治疗相比，神经结果显著改善，良好临床结果（改良Rankin评分0-2）的绝对增加率在13.5%至31.4%之间。另一项研究显示，良好临床结果的改善率为12.1%。这些试验中的血栓取栓术占据了重要位置。六项试验中的四项仅使用支架取栓器作为干预组，另一项试验中，干预组使用支架取栓器的比例分别为81.5%和86.1%。这些试验的完全再通率分别为58.7%和72.4%，而仅使用支架取栓器的试验的再通率为65.7%至88.0%。

这些试验中支架取栓器的安全性得到了充分记录。干预组的症状性ICH率在0%至7.7%之间，没有一项试验显示与非手术组有差异。

 

DAWN试验使用Trevo支架取栓器作为干预组，长达24小时，显示治疗患者的再通率为84%。试验还显示，良好临床结果（mRS 0-2）的绝对差异为36%。干预组的症状性ICH风险为6%。

（DAWN试验）

 

第三代器械：提高首次通过再通率和减少远端栓塞。虽然第二代支架取栓器已成为急性卒中治疗的主流，但仍有新器械不断开发。这些器械旨在建立在现有支架取栓器的成功基础上，通过提高首次通过再通率，减少血栓碎片的远端栓塞，并通过降低并发症率来改善器械的安全性。首次尝试血栓切除术（TICI 3）后的完全再通被称为首次通过效果（FPE），并已被证明是利用第二代器械进行机械血栓切除术后结果的重要预测指标[3]。

Embotrap revascularization device：EmboTrap（Cerenovus，CA）是一种由两层镍钛合金激光切割制成的器械，内层为1.25 mm闭合单元支架，具有高径向力，外层为5/6.5 mm开放单元结构，径向力较低。外层结构在末端转换为闭合单元设计，用于作为远端保护区，捕获机械血栓切除过程中产生的血栓碎片。近端和远端添加了显影标记用于可视化。最新版本的器械--EmboTrap III，有三种尺寸：5×22 mm，5×37 mm和6.5×45 mm。外层结构的大开口旨在接受血栓进入两层之间的空间，而高径向力的内层支架在闭塞部位创建一个流动通道，立即恢复血流。外层叶片旨在保持与血管壁的贴附，以在器械移除过程中保留捕获的血栓，闭合设计的末端旨在捕获血栓碎片。模拟中大脑中动脉机械血栓切除术期间的远端栓塞量研究显示，EmboTrap产生的超过1 mm的栓塞显著少于Solitaire FR支架取栓器。

（The Embotrap III revascularization device in 5 × 22mm, 5 × 37mm, and 6.5 × 45mm sizes）

 

在使用EmboTrap器械治疗的201例患者中，成功再通率（TICI 2b/3）为84.6%。这优于RCT数据中显示的五项大型RCT中支架取栓器的总体再通率71.1%。EmboTrap器械的平均使用次数为2.6次。在31例中，EmboTrap失败后需要另一种补救器械。

 

Tigertriever：Tigertriever（Rapid Medical，以色列）是一种第三代支架取栓器。它是一种编织的开放单元器械，中央有一条额外的线连接到末端线，这条线连接到手柄中的滑动机制。支架部署在目标血管后，可以使用滑块拉动中央线，从而提供径向力并扩展支架编织，贴附到血管壁。这一动作可能导致改善的血栓整合并增加首次通过再通的机会。标准版本（Tigertriever）的净长度为32 mm（未扩展状态），可扩展至6 mm直径。还有两个较短的版本，净长度分别为23 mm和20.5 mm。

3D再血管化器械：3D再血管化器械（Penumbra公司，CA）是一种独特的双层镍钛合金器械。器械由管状镍钛合金激光切割而成。它是一种开放单元支架，外层叶片设计用于贴附血管壁，内层有4个腔室，设计用于血栓内腔接触。这种支架取栓器分类为结合开放/闭合单元设计，具有两种设计元素。内腔末端添加显影标记用于可视化。外层叶片设计用于施加径向力并将血栓从血管壁分离，而内层腔室旨在增加血栓整合，同时减少在移除过程中血栓破碎和远端栓塞。

 

 

器械的临床数据显示了其潜力。该器械的初步多中心经验显示，成功再通率为74%，首次通过再通率为36%。与器械相关的症状性ICH发生率为4%。器械设计用于与抽吸导管结合使用，因此这项试验包括了抽吸器械。使用吸引和3D再血管化器械与单独吸引相比的随机试验显示，3D再血管化器械组的再通率为87.2%（TICI 2b/3），而单独吸引组为82.3%。与器械使用相关的症状性ICH为3.1%。

 

3、讨论

 

通过多次迭代，支架取栓器的安全性和有效性持续提高。支架取栓术的竞争技术--直接吸引技术，也称为ADAPT。该技术依赖于强化的宽孔导管，可以送达血栓近端，然后直接抽吸。早期研究报告使用ADAPT单独的再通率为78%。COMPASS试验随机分配ADAPT和支架取栓术作为大血管闭塞卒中的首次使用技术，显示使用任何一种技术都同样可能获得良好结果。首次通过再通在ADAPT组中为57%，而支架取栓组为51%。此外，支架取栓组中85%的患者结合使用了抽吸导管。

因此，新型支架取栓器器械与直接吸引结合使用可能是个不错的方向，利用如Solumbra技术之类的。现有器械的成功为新支架取栓器开发设定了很高的标准--新器械设计必须优先考虑容易到位目标血管，并提高首次通过再通率。

 

 直接体外和体内动物模型比较各种第二代和第三代支架取栓器可能有助于阐明支架设计中有助于改善临床表现的方面，并为进一步开发提供方向。一项研究比较了常用支架，包括Solitaire FR、Trevo、EmboTrap和3D分离器（旧版本）支架。支架通过两项机械和两项功能测试进行比较。机械测试包括“平板压缩”和“拉伸牵引”测试[4]。

这些测试表明，完整截面支架如Trevo（管状支架）不能直接与不完整截面支架如Solitaire（片状支架）进行比较。大多数测试支架在从1.5 mm移动到3.5 mm管时显示径向压力显著减少。

 

支架功能测试包括回拉测试，测试支架在模拟弯曲血管中一致的壁贴附情况。Solitaire显示出一致的壁贴附，EmboTrap和3D分离器在急性角弯处显示出延伸，一些测试的Trevo器械（3×20 mm）完全失去了与血管壁的接触（支架过弯被压缩）。

血栓切除试验使用不同大小的红色（聚集的红细胞）和白色（基于纤维蛋白）的血栓进行测试。所有测试器械均显示无法与大白色血栓接触并移位，而中等和小型白色血栓则有不同程度的接触和移位。红色血栓完全接触，但确实发生显著碎裂，可能导致远端栓塞。（所以近端的负压、远端闭合保护以及BGC的近端限流都是潜在能避免这类问题的方式）

未来的血栓切除器械开发趋势将继续致力于提高首次通过再通率，并跟随血栓切除适应症的演变趋势和发展。其中一个潜在的方向主要是远端或中等血管的血栓切除。这将需要更小直径，可能开放单元设计的支架。这类支架能够在更曲折、更小直径的M2和M3段提供机械牵引和径向力。（这两年大家对MeVo取栓也是越发的关注，取栓支架的适应症已经到1.5mm的血管了）

 

4、结语

 

本综述试图使用构造和设计元素对支架取栓器进行分类，也对每代器械的代表性支架取栓器以及支持其使用的临床证据均进行了介绍。以工程学的角度理解这些器械的历史演变是个很有意思的方向，毕竟治疗用的器械就是我们“手”的延伸，只有更好的了解我们这只“手”是怎么活动，才能更好的用它达到我们的目的不是吗。

 

原文来自：Syed Uzair Ahmed , Xiongbiao Chen. Stentrievers : An engineering review. Interventional Neuroradiology. 2023;29(2):125-133.