不同對比劑濃度對準分子激光消蝕作用的影響：體外研究

何攀 史楊 陳海威 楊俊杰 郭軍 陳韻岱 汪奇

隨著設備和技術的不斷進步，準分子激光冠狀動脈斑塊消蝕術（excimer laser coronary atherectomy， ELCA）在冠心病治療中備受關注［1-4］。目前，臨床上所采用的準分子激光為氯化氙脈沖激光，波長為308 nm。該技術主要通過光化學效應、光熱效應和光機械效應的協同作用［5-6］，對冠狀動脈內的粥樣硬化斑塊進行消蝕，從而減少斑塊體積，促進后續球囊擴張和支架置入，以優化手術結果。

ELCA對血管內斑塊的消蝕作用受到不同液體介質的影響。早期ELCA在冠心病治療中直接在血液中進行，并通常采用較大直徑的激光纖維導管，增加了夾層和穿孔的風險。盡管生理鹽水注射技術顯著減少了夾層、穿孔等嚴重并發癥的發生，但同時也降低了ELCA的治療效果。

最近幾項臨床研究結果表明，在球囊擴張之前進行ELCA聯合生理鹽水注射技術治療支架內再狹窄，似乎并不能提供額外的管腔獲益［7-8］。另有研究表明，生理鹽水注射技術并不能裂解鈣化病變［9］。此外，最近的激光立場文件推薦生理鹽水注射技術僅用于血栓性病變，對于其他復雜冠狀動脈病變包括鈣化性病變、支架內再狹窄等，推薦對比劑注射技術（ELCA時注射對比劑）治療［10］。然而，該文件并未具體說明所注射對比劑濃度和技術標準，對于對比劑注射技術仍尚存許多未知。

因此，本研究旨在通過體外實驗探討對比劑濃度對準分子激光消蝕斑塊作用的影響，旨在為對比劑注射技術的應用提供更多的數據指導。

1 材料與方法

1.1 準分子激光系統

本研究采用了C V X-30 0 準分子激光系統（Spectranetics， Colorado Springs，CO，USA），其發射波長為308 nm，脈沖持續時間為135 ns的氯化氙準分子激光。所使用的同心設計的激光導管，能夠傳遞最大能量密度80 mJ/mm2以及脈沖頻率80 Hz。激光發射器在開機預熱5 min后，通過標準激光纖維導管進行參數校正。

1.2 血管斑塊模型

鑒于人體標本的稀缺性，本研究選用了“雞肉腸”為血管斑塊模型。其主要成分包括每100 g中的碳水化合物15.6 g、脂肪10.4 g、膽固醇57 mg、蛋白質14 g、鈣9 mg等。該模型的尺寸為長35 mm、直徑16 mm，通過使用直徑為1.8 mm的穿刺針形成管腔。

1.3 對比劑

本研究中使用的對比劑為碘克沙醇注射液（GE Healthcare，Chicago，IL，USA）。

1.4 光學相干斷層成像（optical coherence tomography，OCT）

本研究采用OCT系統（C7XR； ILUMIENTM Optis TM；St.Abbott Medical， Chicago，IL，USA）對斑塊模型進行檢查。在OCT檢查過程中，2.7 F成像導管沿鞘管引入管腔，遠端穿出管腔，設定自動回撤速度為18 mm/s，掃描頻率為100幀/s。同時向鞘管內推注對比劑，排空管腔內氣體，以獲得清晰圖像完成OCT檢測。在OCT圖像分析中，獲得長35 mm的管腔圖像后，去除近端和遠端各10 mm的區域，對中間15 mm圖像的每一幀管腔進行定量分析，計算平均管腔面積。

1.5 水聽器

水聽器作為一種測量沖擊波壓力的裝置。采用壓電敏感元件來檢測和捕獲準分子激光在液體中產生的沖擊波壓力，將其轉化為與相應壓力成比例的電壓輸出。本研究使用RHSA-30水聽器，其工作范圍為20 Hz～20 kHz，接收敏感度為-172 dB。水聽器在水平面無方向性，在垂直面（50 Hz，240°）有（±2）dB的方向性。

1.6 示波器

示波器是一種電子測量儀器，用于可視化和量化電信號的波形，將其轉化為可觀察的波形，同時自動計算相關的電壓值。本研究采用泰克TDS7104數字示波器，模擬帶寬為1 GHz，采樣率為10 GS/s。

1.7 方法

1.7.1 激光消蝕實驗步驟 使用經修剪處理的6 Fr橈動脈鞘管連接至斑塊模型（圖1A）。通過鞘管注射生理鹽水充滿管腔，對斑塊模型進行OCT檢查，并記錄基線平均管腔面積。隨后，使用經參數矯正的0.9 mm激光纖維導管對模型進行消蝕，激光發射通量設定為80 mJ/mm2，脈沖重復頻率為80 Hz。導管以平均速度0.5 mm/s向前推進。在激光消蝕的同時，通過橈動脈鞘管向管腔內注射相應濃度的對比劑，注射速度為1 ml/s。當激光纖維導管完全通過管腔后，即完成第1次消蝕。立即對管腔進行OCT檢查，記錄第1次消蝕后的平均管腔面積。按照相同步驟進行第2次和第3次消蝕，記錄第2次和第3次消蝕后的管腔面積。完成1組實驗（圖2）。重復上述實驗步驟，根據激光消蝕時注射對比劑濃度的不同，共完成5組實驗，即生理鹽水組、25%濃度組、50%濃度組、75%濃度組和100%濃度組。

圖1 研究裝置示意 A.激光消蝕實驗示意圖；B.激光沖擊波壓測量實驗示意圖Figure 1 Schematic diagram of the experimental setup

圖2 75%濃度對比劑注射時準分子激光對斑塊組織消蝕的OCT 圖像 A.基線時的管腔面積為1.86 mm2； B.激光第1 次消蝕后的管腔面積為2.52 mm2； C.激光第2 次消蝕后的管腔面積為2.89 mm2； D.激光第3 次消蝕后的管腔面積為3.28 mm2Figure 2 OCT image of plaque tissue ablation by excimer laser with 75% contrast medium injection

1.7.2 激光沖擊波力測量實驗步驟 準備5個直徑為15 cm、高度為20 cm的圓柱形水箱，分別注滿0.9%生理鹽水、25%濃度對比劑、50%濃度對比劑、75%濃度對比劑和100%濃度對比劑。將水聽器壓力探頭完全浸入液體中并固定位置。將直徑為0.9 mm的激光纖維導管軸向垂直于水聽器探頭，間距為2 mm，將水聽器的輸出端連接到示波器（圖1B）。準分子激光系統的激光發射通量設定為80 m J/m m2，脈沖重復頻率為80 H z。記錄示波器自動計算的電壓均方根值（r o o t m e a n square， RMS）。RMS與沖擊波壓力的換算公式為沖擊波壓力（atm）=RMS×9.87×106（1 atm=101.325 kPa），在每組液體中進行3次重復測量。

1.8 統計學分析

采用SPSS 28.0統計軟件（IBM，Armonk，NY，USA）對數據進行分析。對于連續變量，進行了Kolmogorov-Smirnov正態性檢驗，符合正態分布的數據用均數±標準差表示。多組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），隨后采用LSD檢驗進行事后分析。通過Pearson相關性檢驗評估變量之間的相關性，并計算相關系數（r），以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同濃度對比劑注射時準分子激光對斑塊組織消蝕的數據（表1）

表1 不 同濃度對比劑注射時準分子激光對斑塊組織消蝕的數據（±s）Table 1 Data on plaque tissue ablation by excimer laser with different contrast medium injection concentrations（±s）

表1 不 同濃度對比劑注射時準分子激光對斑塊組織消蝕的數據（±s）Table 1 Data on plaque tissue ablation by excimer laser with different contrast medium injection concentrations（±s）

注：a～d，各行間上標不同小寫字母表示差異有統計學意義 （P ＜0.001），上標相同小寫字母表示差異無統計學意義 （P ＞ 0.05）；e，第3次消蝕后的管腔面積與基線管腔面積的差值。

平均管腔面積（mm2）對比劑濃度生理鹽水組100%濃度組基線 1.88±0.07d 1.88±0.13d 1.89±0.12d 1.90±0.07d 1.86±0.08d 25%濃度組50%濃度組75%濃度組第1 次消蝕后 1.90±0.08d 2.00±0.10c 2.10±0.14b 2.21±0.22a 2.01±0.12c第2 次消蝕后 1.93±0.06e 2.14±0.14d 2.54±0.23b 2.84±0.16a 2.42±0.23c第3 次消蝕后 1.96±0.07d 2.55±0.13c 2.86±0.20b 3.26±0.40a 3.19±0.19a消蝕面積f 0.07±0.08d 0.68±0.17c 0.96±0.20b 1.36±0.43a 1.33±0.18a

5組的基線平均管腔面積差異無統計學意義。經過3次消蝕后 ，75%濃度組和100%濃度組獲得消蝕面積相似（P＞0.0 5），兩組均大于50%濃度組、25%濃度組和生理鹽水組（均P＜0.001），其中50%濃度組的消蝕面積顯著大于25%濃度組和生理鹽水組（均P＜0.001），而25%濃度組顯著大于生理鹽水組（P＜0.001）。在生理鹽水組中，激光消蝕效果相對較弱，每次消蝕后管腔獲益為0.02～0.03 mm2；經過3次消蝕后，管腔面積增加約0.07 mm2。

各級部門對工程概（估）算進行審查，既是保證概（估）算編制質量、合理確定工程投資、發揮投資效益的需要，又是被審人員提高業務水平、擴大知識視野的有效途徑。

2.2 準分子激光在不同濃度對比劑中的沖擊波壓力的數據 （圖3）

圖3 準分子激光在不同濃度對比劑中的沖擊波壓力的數據Figure 3 Data on shockwave pressure of excimer laser in different contrast medium concentrations

準分子激光在75%濃度組和100%濃度組中產生的沖擊波壓力值差異無統計學意義（P＞0.05），均高于在50%濃度組、25%濃度組和生理鹽水組中的沖擊波壓力（均P＜0.001）；其中，在50%濃度組中產生的沖擊波壓力高于25%濃度組和生理鹽水組（均P＜0.001），而25%濃度組中產生的沖擊波壓力高于生理鹽水組（P＜0.001）。 在生理鹽水組中，激光產生的沖擊波壓力（2.72±0.63 ）atm。

2.3 激光的沖擊波壓力與其消蝕面積的相關性分析（圖4）

結果顯示，準分子激光對斑塊的消蝕面積與其在同等濃度對比劑中產生的沖擊波壓力存在正相關（r=0.9987，P＜0.001）。

3 討 論

本研究中，通過體外實驗，得出了以下主要發現。（1）準分子激光的消蝕作用與對比劑濃度相關。當注射生理鹽水時，準分子激光對斑塊的消蝕作用較低，隨著對比劑濃度的增加，消蝕作用逐漸增強，當濃度達到75%時，消蝕作用達到峰值，此后增加濃度并不會進一步增加準分子激光的消蝕作用。（2）對比劑濃度對準分子激光沖擊波壓力的影響也呈現相似的趨勢。（3）準分子激光產生的沖擊波壓力與其消蝕面積之間存在顯著的正相關。

準分子激光對斑塊的消蝕過程是在與組織充分相互作用后開始的，由光熱、光力學和光化學機制組成。確定過程中各個機制的相對權重相當復雜，可能會受到波長、脈沖持續時間、能量、照射面積、組織組成和結構等參數的影響。在本研究中，經過對激光波長、脈沖時間、發射能量、脈沖頻率、激光纖維導管直徑、激光推進速度、斑塊模型性質、斑塊管腔初始面積等因素的控制，測量了不同對比劑濃度下準分子激光產生的沖擊波壓力及對斑塊組織的消蝕面積，并進行了相關性分析。研究結果顯示，準分子激光產生的沖擊波壓力與消蝕面積存在顯著的相關性（r=0.9987）。因此，可以認為，對比劑濃度對激光消蝕作用的影響主要通過改變準分子激光在液體中沖擊波效應機制發揮。

不同液體介質對準分子激光沖擊波的影響已得到研究證實。在Baumbach等［11］的研究中，測量了通過1.7 mm直徑的激光纖維導管傳輸的308 nm準分子激光在不同對比劑濃度液體中產生的沖擊波壓力的大小， 濃度對沖擊波壓力的影響呈現與本研究相似的趨勢。然而，當改變激光源為355 nm波長時，對比劑濃度對沖擊波壓力的影響則呈相反趨勢［12］。

液體介質對準分子激光消蝕效果及沖擊波壓力的影響與液體溶質光吸收特性有關。生理鹽水主要吸收波長為1 000 nm以上的光波，對308 nm波長的中紫外激光吸收較弱（吸收系數只有約0.01 cm-1）［13］。而對比劑中的碘元素對308 nm波長的激光具有較好的吸收特性，75%濃度對比劑液體對308 nm波長的激光吸收系數約為25 cm-1［12］。當液體吸收更多的激光能量后，會產生更多的空化氣泡和壓力沖擊波［14-15］，導致準分子激光更強的消蝕作用，但也可能增加夾層、穿孔等嚴重并發癥的發生風險。

為了減輕沖擊波壓力的影響，臨床上更傾向于采取“生理鹽水注射”技術。盡管該技術在減少夾層、穿孔等并發癥的數量方面已被臨床證明有效［16］，但由于生理鹽水對308 nm波長的光線的低吸收特性，激光產生的沖擊波效應較弱。激光主要在徑向路徑上對與導管尖端接觸的斑塊進行消蝕，對徑向垂直的血管壁的作用很?。?0］，因此，對血管內斑塊組織的消蝕效率較低。在本研究生理鹽水組中，準分子激光每次對斑塊模型進行消蝕后，管腔獲益僅為0.02～0.03 mm2。經過共3次的消蝕后，管腔面積增加約0.07 mm2。同樣的，臨床研究數據顯示，ELCA聯合生理鹽水注射技術對冠狀動脈病變的預處理，似乎并不能提供額外最終管腔獲益［17］。此外，激光治療立場文件推薦將生理鹽水注射技術僅用于血栓性病變，對于其他復雜冠狀動脈病變，推薦采用ELCA聯合對比劑注射技術治療［10］。

既往研究表明，對比劑注射技術能夠有效治療支架膨脹不全和鈣化病變等［18-19］。然而，關于對比劑濃度對準分子激光消蝕效果影響的研究仍然有限。在本研究中，發現增加對比劑濃度會導致消蝕作用的增加，至達到最大值，即75%濃度。因此，基于本研究的結果以及國內外最新研究進展，提出了一個設想：認為可以通過調整所注射的對比劑濃度來調節準分子激光的作用強度，將ELCA的作用強度分為4個等級（圖5）：1級（生理鹽水）、2級（25%濃度對比劑）、3級（50%濃度對比劑）和4級（75%濃度對比劑），推薦進行血管內影像學檢查以了解病變的具體特點后，選擇較低的層次作為起點（或根據病變特征選擇適當的強度等級作為起點），然后逐步升級，以實現對ELCA技術的精確控制。通過這種方式，在確保治療效果的同時，最大限度地減少嚴重并發癥的發生。

圖5 準分子激光作用強度等級劃分及推薦病變選擇Figure 5 Classification of laser ablation intensity levels and recommended lesion selection

由于人體血管內動脈粥樣硬化斑塊組織的稀缺性，選擇使用其他模型替代斑塊組織。最初嘗試了幾種不同的模型，包 括豬離體肌纖維組織、瓊脂模型、慢性完全閉塞病變模型等。通過OCT觀察和實驗對比，最終確定“雞肉腸”為本研究中的斑塊組織模型。其優點在于：（1）兩者的OCT圖像特征相似；（2）在實驗中該模型表現出良好的重復性且容易獲取。盡管這一模型不能完全模擬血管內斑塊組織，從而導致本研究結果與臨床結果存在一定的偏倚，但本研究為準分子激光聯合不同濃度對比劑注射時對同一組織消蝕效果進行比較分析提供了數據。本研究能夠較好地反映不同濃度對比劑對準分子激光消蝕作用的影響，為對比劑注射技術的進一步研究和臨床應用提供了線索。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突