| 单词 | 荧光引导的激光血管成形术 |
| 释义 | 【荧光引导的激光血管成形术】 20世纪60年代以来，治疗堵塞性动脉硬化病的可能性不断增大，药物治疗和外科治疗水平都有很大提高。60年代初，当球囊血管成形术问世时，激光技术正在兴起。激光的方向性好、能量密度高的优点，有利于动脉硬化斑块的消融和汽化。目前，利用激光的血管成形术已成为球囊血管成形术的重要辅助方法之一。激光血管成形术是一种利用高能量的激光把动脉硬化斑块汽化，使堵塞的动脉再导通的技术。如果把激光血管成形术与球囊血管成形术结合起来就构成激光——球囊血管成形术，它先用激光在堵塞的动脉通路上打一个“导洞”，再通过球囊对动脉施行血管扩张术。激光血管成形术的基础实验研究开始于80年代初，外周血管成形术的临床应用始于1984年，冠状激光血管成形术的临床应用始于1986年。在激光血管成形术中，常用的激光器件有CO2、Nd∶YAG、Ar－和染料激光器等，它们工作在连续或脉冲状态下。这些激光器同属“热效应激光”，它们照射组织时，使组织的温度升高。当温度足够高时，使动脉硬化斑块汽化，达到消融动脉粥样硬化斑的目的。 1982年，Srinivasan利用高功率的紫外光在有机物质上诱导出切除过程。当能量密度超过特征阈值时，在受照射的物质上就产生凹坑，它的深度与材料的吸收深度属同一量级。这样激光在边界上引起的温度上升有限，产生的气泡和冒出的气体很少。在正常情况下，所产生的专用波激励不强、组织位移不大。因此，当把准分子激光器用于血管成形术时，它只消融动脉化斑块，对周围组织不会造成损伤。人们通常把准分子激光叫作“冷效应”激光，把它的消融机理叫做“消融性光分解”。钬激光或铒激光的波长分别为2．0nm和2．9nm，它们与水的两个吸收线共振。其吸收深度分别为65nm和2nm。它可以与紫外光的吸收深度相比拟，降低消融的阈值和所需要的能量，可以汽化动脉粥样硬化斑块的各种成分，包括钙化物质，对周围组织的热损伤和声波激励损伤非常小。光导纤维是传输激光的重要元件，光损耗很小。它的端部应加工成特殊的形状，使之对动脉的损伤为最小。1984年，Lee等人在光纤的末端增加利用激光加热的金属帽。后来，各种金属探头、蓝宝石光纤头、瓷头和球形头相继问世，在一定程度上减少了激光引起的动脉穿孔的危险。外周激光血管成形术和冠脉激光血管成形术产生的并发症同为动脉壁穿孔、血管夹层动脉瘤和痉挛等。但是，与外周血管不同的是，冠脉穿孔可导致心包堵塞、心肌梗塞甚至死亡，引起人们足够的重视。为了避免动脉穿孔，人们试图用激光诱导荧光的方式，给动脉硬化斑块定位，做到有选择地消融动脉硬化斑块，尽量减少动脉壁穿孔的危险。总的说来，动脉粥样硬化斑块可分为两大类：(1)非钙化性的，包括纤维型的(白色斑块)、脂肪型的(黄色斑块)和混合型的(纤维和脂肪)3种；(2)钙化性的，是由钙的沉积物形成的。激励激光波长的选择直接影响到荧光发射的波长范围和荧光光谱的形状。激光诱导荧光实验装置由激光器、光导纤维、光谱仪、计算机数据采集和处理系统组成。通过对动脉组织的自体荧光的分析，发现各类动脉硬化斑块的光谱特点，建立光谱识别算法模型，确定动脉硬化斑块的识别判据。1985年，Kittrell等人用氩离子激光器作光源研究纤维类动脉硬化斑块的荧光光谱，激励波长为480nm，荧光波长为500～700nm。正常动脉的荧光谱是一个双峰结构，波长分别为550nm和600nm，其强度基本相同。有病组织的荧光谱也有两个峰，但波长为600nm的荧光强度比550nm的低。经过分析，用一个对比度函数作为动脉硬化斑块的经验判据。对比度函数等于波长为600nm的峰的相对荧光强度与波长为580nm的谷的相对强度之比，它是一个无量纲的量，数学表达式为R=I(600)／I(580)。1990年，Chang等用波长为476nm的Ar－激光研究癌组织、动脉硬化斑块组织、人和动物正常的动脉组织的荧光光谱。结果发现，正常组织的荧光光谱在540nm和570nm处有明显的强度调制，而有病组织的荧光光谱在540nm和570nm处的强度调制很弱，甚至无强度调制。鼠动脉的荧光谱和人血样品吸收的研究说明有病组织的光谱形状起源于组织中血红蛋白的减少。1988年，Svanberg等人用波长为337．1nm的氮分子激光器研究了动脉硬化斑块的光谱识别和定位问题，荧光范围为350～700nm，当时选用的对比度函数为R1=I(390)／I(480)，R2=I(415)／I(480)，R3=I(580)／I(600)，R4=I(390)／I(600)。1990年，他们又增加两个对比度函数R5=I(380)／I(437)，R6=I(390)／I(431)。他们将测试样品从组织病理上分成5组，O代表正常动脉，1代表病情很轻的动脉，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表病情逐渐加重的动脉，Ⅳ的病情最为严重。通过作图可以看出：R5和R6是比较好的判据，在判据图中O和Ⅰ几乎无区别，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ有明显区别，几乎不受血的含量的影响，因之可将它们叫作与血无关的判据，它的误差也最小。1989年，O’Brien等利用波长为325nm的He-Cd激光器研究用于荧光引导的激光血管成形术的光谱分类算法，对这些算法的应用前景作了一定的评价。他们提出的动脉组织的光谱分类算法是：多变量线性回归，阶跃多变量线性回归，主分量分析，判据平面分析，Bayes判据理论，主峰比以及光谱宽度等。他们利用实验组和对照组的光谱数据，对每种算法的分类能力作了评价。这些算法鉴别正常动脉和动脉硬化斑块的精度大于80%(它的范围为82%～96%)。因此，将光谱分类算法与激光血管成形术结合起来，能够对动脉硬化斑块进行选择性的消融。同年，Svanberg等人用波长为308nm的XeCl准分子激光器研究钙化的动脉硬化斑块的等离子光谱。1988年，Laufer等人用波长为248nm的KrF准分子激光器对正常动脉和动脉硬化斑块组织进行同时消融和识别研究，正常动脉组织的荧光谱是一个宽的连续光谱，波长为370nm和460nm的两个荧光峰，强度几乎相同，对比度函数R=I(37))／I(46))=1．004±0．087；非钙化性的动脉硬化斑块的两个荧光峰的波长仍为370nm和460nm，但是波长为460nm的荧光峰的强度明显减小，对比度函数R=1．765±0．263(P＜0．001)。与宽的连续荧光谱相比，钙化斑块给出了多线发射光谱。几个明显的谱峰位置在397、442、450、461、528和558nm处。他们也得到了随消融深度变化的三维光谱图。根据这些光谱可以识别动脉硬化斑块，并且判断出动脉硬化斑块的消融程度。用光学显微镜观察激光消融产生的“弹坑”，它的刻痕明显，界线清楚。当用低强度的激光照射人体组织时，就激励组织中的有关色素。当色素失去它们的激励态时，就发射荧光。组织的自体荧光可以用光纤收集，从光谱方面进行分析。由于正常的动脉组织和各种动脉硬化斑块组织的光谱有明显的区别，就可以用它来引导激光血管成形术。在离体研究中，用波长为325nm的He-Cd激光照射动脉组织发出的光谱能够可靠地从动脉壁和血管中层中识别出动脉粥样硬化斑块，即便用脉冲染料激光消融斑块后也能做到这一点。结果，激光诱导的自体荧光能够识别出需要进行消融的斑块，在遇到正常动脉壁和血管中层时，关断激光。按照这一原理，人们设计出1台荧光引导的计算机——双激光血管成形术系统，它由诊断激光和治疗激光组成。诊断激光用来探测和识别斑块，进行“瞄准”。利用正常组织和动脉粥样硬化斑块在激光照射时产生不同荧光的原理，采用光谱分析技术以及计算机识别来控制治疗激光的汽化过程。当发现动脉硬化斑块的光谱时，治疗激光自动开启进行照射。当汽化深度到达血管中层时，斑块光谱消失，出现正常组织的光谱，激光照射便自动停止。它可避免盲目的激光照射误伤正常的血管壁，避免激光汽化过深引起的动脉壁穿孔。用脉冲染料激光器或Ho∶YAG激光器构成的荧光引导的计算机——双激光血管成形系统已用于治疗冠脉血管疾病，其成功率为11／12。然而，由于冲击波和消融能力不是十分强等原因，会产生一些并发症。目前，荧光引导的激光血管成形系统，仍然有几个问题需要解决。第一，与离体研究相比，对活体中的动脉硬化斑块的探测尚有一定的困难。第二，激光激励组织荧光的深度应当与治疗激光的消融深度相同。第三，在冠脉中，血管中层的平均厚度大约是200nm，血管中层是荧光引导的激光血管成形术的基本界标。在病情严重的动脉中，血管中层的厚度常常小于100nm，它会影响对血管中层的识别。80年代以来，动脉粥样硬化斑块的荧光识别研究和激光血管成形术的临床应用研究已取得很大的进展，已经用于治疗外周血管病和冠脉疾病，取得较好的远期疗效。激光血管成形术可以治疗球囊血管成形术不能治疗的疾病。据目前的情况看，它治疗非钙化性动脉硬化病的成功率高于治疗钙化性动脉硬化病，激光血管成形术在心血管领域已成为一种新的有效的治疗手段。(中国科学院安徽光学机械所王振亚、叶能昶、宁峰撰) |
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