心肌橋相關專利技術進展

史軼群，劉健，侯昌，李興麗，張倬愷，馬承前

(北京大學人民醫院心內科，北京 100044)

通常，冠狀動脈(簡稱冠脈)主干或其分支走行于心臟表面。冠脈心肌橋屬于先天性冠脈發育異常，具體表現為冠脈的部分節段被心肌組織包繞，多見于左前降支[1-2]，人們將這部分冠脈命名為壁冠脈(intramural coronary artery，ICA)，而覆蓋于ICA上的心肌組織稱為冠脈心肌橋。過去一般認為心肌橋屬于良性病變，但隨著現代醫學技術的發展，越來越多的證據表明心肌橋可能導致心肌缺血。心肌橋相關的心肌缺血有2種可能的機制，一是收縮期壓迫ICA導致心肌供血減少，二是心肌橋近段冠脈發生動脈粥樣硬化改變，進而導致一系列的心臟疾病[3-5]。這2種機制可能與心肌橋的位置、長度、厚度等解剖學特征相關[6-7]。雖然近年來心肌橋診斷技術愈發多種多樣，可通過冠脈CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)、冠脈造影、血管內超聲(intravascular ultrasound，IVUS)等手段識別并測量心肌橋的相關指標，但在體研究心肌橋的病理生理作用仍較為困難，故學界對心肌橋的相關病理生理作用及治療方法仍缺乏統一認識。為了探究心肌橋的病理生理作用并治療心肌橋，國內外學者相繼研究并開發了一系列心肌橋離體模擬技術、識別測量技術及治療方案。但到目前為止，尚未見有專門文獻對此進行介紹?，F對該方面的國內專利技術進展進行評述。

1 冠脈及心泵的模擬裝置

若想客觀評價心肌橋的臨床意義，就需要充分了解ICA的血流動力學特征。既往研究基本以臨床患者與實驗動物為對象，具有明顯的不足：(1)臨床中血流動力學參數出現的隨機性使臨床研究往往缺乏系統性和全面性；(2)臨床上尚無簡單且使人滿意的冠脈血流動力學指標測量方法，因此學界對心肌橋導致ICA血流量的變化還缺乏足夠的認識。近年來，有些機構相繼開發了一系列心肌橋體外模擬裝置，對研究心肌橋相關病理生理作用具有重要價值。

1.1 基于心肌橋的冠脈模擬裝置

1.1.1 心肌橋壓迫冠脈仿真及ICA體外模擬裝置

丁皓[8]、上海理工大學[9]開發的用于心肌橋體外模擬實驗的心肌橋壓迫冠脈仿真裝置，可以為植入了內皮細胞后的管式彈性腔體提供類似于在體的三維流場和相應的應力環境，實現切應力、周向應力、正應力的可控可調[10]，可根據實驗要求調整壓迫腔體的血流動力學參數，模擬不同類型心肌橋壓迫冠脈，并采集數據，為體外系統研究心肌橋的病理生理作用提供了實驗手段。具有與真實環境接近等優點。

1.1.2 血管脈動模擬方法

計算流體力學具有較高的時空分辨率，其準確性和可用性得到了研究驗證，借助計算流體力學模擬血管內部血液流動成為認知血管內部流動狀況和獲取血流動力學參數的常用方法。但在大部分計算流體力學模擬中，假設血管壁為剛性壁，忽略其運動對血液流動產生的影響，無法模擬血管出現大幅度運動的病癥如心肌橋等。

為了在計算流體力學模擬中還原血管搏動，杭州晟視科技有限公司[11]發明了一種模擬血管脈動的方法。其根據醫學圖像提取血管的點云、提取中心線，對中心線進行包含切向量獲取的前處理。然后使用從醫學圖像中提取血管的幾何模型進行網格劃分處理，獲取網格節點的坐標，對任意網格節點利用前處理后的中心線數據獲得控制網格節點運動的運動矢量和運動幅度函數；結合計算流體力學方法，輸入冠脈幾何模型的網格文件，輸入運動矢量和運動幅度函數，設置邊界條件、參數和物理模型，模擬血管搏動及血管內部流場。本方法減少了剛性壁假設引入的誤差，可模擬血管搏動時血液流動狀態。較過去的簡單機械模擬[9]有了顯著進步。

1.2 基于心肌橋的冠脈內皮細胞培養裝置

血管內皮細胞的形態功能跟粥樣硬化形成有密切聯系，普遍采用內皮細胞培養的方法研究冠脈近段粥樣硬化形成機制，但研究心肌橋存在時內皮細胞的形態功能變化較為困難。心肌橋存在時，血管內皮細胞除受到血流流動的切應力、血管壁的正應力及周向應力，還受到心肌橋的周期性壓迫。靜態培養法的內皮細胞沒有承受血流切應力的作用，離體時間越長分化能力越差，在后續實驗中難以耐受血流動力學環境而發生細胞脫落。平行平板流動腔和應變腔可以分別研究流動切應力和血管周向應力對內皮細胞形態及功能的影響，但是這2種裝置都無法模擬心肌橋存在時冠脈內皮細胞的受力情況。

丁皓等[12-13]公開的心肌橋冠脈內皮細胞培養裝置，可以使內皮細胞在脈動流中培養，還可模擬冠脈受心肌橋周期性壓迫的生理環境，冠脈中內皮細胞受到的應力可相對獨立調節，為研究心肌橋存在時內皮細胞形態、功能與心肌橋近段冠脈好發粥樣硬化之間的聯系提供試驗手段。在此基礎上，又開發了一種可以實現持續張應力及周期性壓迫ICA的模擬裝置，裝置結構簡單，測試過程中穩定性好，模擬環境更真實；可以根據實驗需求，模擬不同壓迫力及張應力下血液動力學對內皮細胞生長形態的影響[14-17]。

1.3 基于心肌橋的脈動心泵

上海理工大學[18-20]發明的模擬血流循環中的脈動心泵能實現心臟的泵血功能，并可復現左心室的輸出壓力波形，不僅可以作為“心臟-冠脈-心肌橋”的模擬裝置，也可以作為其他血流循環模擬裝置。該裝置一是可以建立冠脈供血與心肌橋機械壓迫之間的定量關系，有助于判斷心肌缺血與心肌橋之間的關系；二是有助于研究心肌橋的壓迫對ICA近段、橋段、遠段的影響；三是可以從源頭上給出心肌橋近段好發粥樣硬化斑塊的原因；四是可以實現左心室輸出壓力波形的模擬，在左心室輸出壓力波形不變的情況下對輸出流量進行調節，對脈動頻率進行調節，為研究心肌橋的病理、生理機制以彌補臨床研究和動物實驗的局限與不足提供了可能。

2 獲取或模擬心肌橋圖像

獲得準確的心肌橋圖像無論對于臨床還是研究心肌橋的影響均具有較高的價值。目前主要有2種途徑診斷心肌橋：一是依靠醫生基于心臟CTA或冠脈造影圖像進行人工診斷，缺點是效率低，主觀因素影響大，難以獲得覆蓋較淺的冠脈的心肌橋圖像；二是通過獲取心肌分割結果，計算血管與心肌是否粘連來判斷心肌橋存在與否，但是，該方案的執行前提是需要準確的冠脈血管分割，而冠脈分割的難度極大，難以保證準確度，心肌橋檢測的準確性也難以保證，且僅通過判斷是否粘連并不能確保滿足判定心肌橋存在的所有條件，容易出現過度診斷或漏診，在實際使用中效果也不理想。

2.1 獲取心肌橋圖像的方法及裝置

針對心肌橋圖像不易準確獲取的實際，近年來國內醫療機構陸續開發了一系列心肌橋圖像獲取方法及裝置。

北京安德醫智科技有限公司[21]發明了一種基于CTA圖像獲得心肌橋圖像的方法及裝置、電子設備和存儲介質，該方法可獲取同一目標對象的CTA圖像(含CT值)、冠脈血管圖像、心臟圖像；根據冠脈血管圖像，將冠脈血管區域劃分為多個冠脈子區域；在CTA圖像和心臟圖像中與冠脈子區域對應的區域中，提取表征心肌橋的圖像特征，圖像特征可以反映血管外區域中CT值分布情況、血管外區域中心臟像素的分布情況、血管內區域中心臟像素的分布情況；將圖像特征輸入到訓練后的機器學習模型，確定冠脈子區域中包含心肌橋的第一區域，以生成心肌橋圖像。該技術可以極大提高獲取心肌橋圖像的效率和準確率，極大減少人工工作量。

推想醫療科技股份有限公司[22]發明的基于心臟分割技術的圖像識別方法、裝置、電子設備及存儲介質，是首先獲取心臟掃描數據，之后對掃描數據分割處理，得到心臟分割掩膜數據、冠脈分割掩膜數據和心臟對應的外接掃描數據；將這些數據輸入至預先訓練的心肌橋識別模型中，得到心肌橋初始識別結果；經過去假陽處理，得到最終結果。該技術能夠快速準確預測識別心肌橋。深圳睿心智能醫療科技有限公司[23]基于心肌分割原理發明了一種心肌圖像檢測裝置及相關系統。通過對心肌圖像進行分割獲得心肌分割圖像，基于分割圖像生成心肌外環圖像；對心肌外環圖像進行采樣獲得采樣圖像，從采樣圖像中提取多個冠脈中心線關鍵點；從心肌外環圖像中截取候選區域圖像；通過預設分類模型分析候選區域圖像特征，最終確定候選區域心肌橋檢測結果。該技術無須人工參與及冠脈分割，檢測精度高。

2.2 心肌橋深度確定系統

心肌橋的臨床表現與其深度密切相關。一般深度<2 mm的心肌橋對血流影響較小，多數無心肌缺血癥狀及相關心電圖改變；深度≥2 mm的心肌橋對冠脈血流影響較大，會有不同的臨床癥狀[24]。臨床上常常通過CTA對心臟及冠脈進行三維重建，實現心肌橋的定位和深度測量。這一過程非常耗時，且與醫生的經驗有關。

推想醫療科技股份有限公司[25]公開的一種心肌橋深度確定系統、裝置及存儲介質，由處理器確定初始圖像數據對應的心臟掩膜數據和心肌橋掩膜數據；根據心肌橋掩膜數據對應的心肌橋與心臟掩膜數據對應的心臟之間的最大距離，以及該最大距離對應的第一目標點與第二目標點之前的空間位置關系確定心肌橋深度數據，其中，第一目標點屬于心肌橋掩膜數據，第二目標點屬于心臟掩膜數據。根據以下公式確定心肌橋深度數據：

2.3 心肌橋的模擬

心肌橋的本質是覆蓋于冠脈之上的心肌，而心肌可以使用心臟結構掩碼表示，這就為合理利用心臟結構掩碼對心肌橋進行檢測或模擬提供了可能。

北京醫準智能科技有限公司[26]提供了一種心肌橋檢測模型的訓練方法、裝置及電子設備，包括獲取心臟圖像訓練集的第一樣本圖像中第一血管對應的第一血管拉直圖像，第一血管拉直圖像對應的心臟掩碼圖像；將第一血管拉直圖像和心臟掩碼圖像輸入至心肌橋檢測模型提取模塊，其輸出為第一圖像特征；將第一圖像特征輸入至心肌橋檢測模型模塊，確定第一血管覆蓋心肌橋的概率；基于心臟掩碼圖像中第一血管的標注與第一血管覆蓋心肌橋的概率，調整心肌橋檢測模型參數。這樣就可以結合心臟掩碼檢測心肌橋，提升心肌橋檢測準確性；在血管拉直圖像上進行心肌橋檢測可縮小待測區域，減輕心肌橋檢測模型學習難度。

3 心肌橋的治療

3.1 中醫藥治療

關于心肌橋的診斷和治療，國內已達成專家共識[27]。對無癥狀或癥狀較輕的心肌橋患者進行生活管理即可。對于有癥狀的心肌橋患者，主要有藥物和非藥物2種治療方法，藥物治療為首選。共識中首推的一線藥物(β受體阻滯劑和非二氫吡啶類鈣通道阻滯劑)可以減少心肌收縮，緩解血管壓迫，延長舒張期，改善冠脈灌注。共識中未推薦中藥療法，但實際上中藥在治療有癥狀心肌橋方面亦有不錯效果[28-29]。

龐敏[30]首次提出了具有治療心肌橋功效的中藥組合物的專利，該中藥組合物由以下質量份的原料組成：柴胡9～25份、丹參10～25份、白芍9～25份、葛根15～35份、枳實9～20份、炙甘草5～20份。該組合物君臣佐使俱全，具有疏肝行氣，通絡止痛之功，可有效緩解心肌橋引起的不適癥狀，取得了良好的臨床療效。

3.2 脈沖電場消融裝置

對于藥物治療效果不明顯的患者，可選擇非藥物治療，主要包括介入治療[31-33]、冠脈旁路移植術(coronary artery bypass grafting，CABG)[34-35]及心肌橋松解術[36]。介入治療可減輕患者臨床癥狀，恢復冠脈血流，作為即時療法，近期療效較為理想，但遠期可能發生支架再狹窄、冠脈穿孔、血栓、支架斷裂等并發癥；CABG可使遠端缺血心肌得到灌注，但后期主要問題在于旁路與冠脈之間的血流競爭，最常見的并發癥為移植血管閉塞，且手術創傷大；心肌橋松解術雖然可從本質上解除心肌受到的壓迫，恢復遠端血流，但需要解剖心肌，可能引發各種不良事件，如過度解開心室，引起出血、心室穿孔，切到冠脈引起冠脈損傷，術后瘢痕組織再次壓迫冠脈等。各療法均有一定局限性。

北京康衛醫創科技有限公司[37-38]發明了一種脈沖電場消融裝置及其使用方法，采用該裝置可以實現對心肌橋的微創治療，尤其對于ICA直徑≥2 mm的心肌橋，與IVUS結合進行治療，可以精確、高效、不良反應小地解決心肌橋的臨床問題。中南大學湘雅二醫院[39]針對心肌橋提出的微創介入治療方案，采用脈沖消融導管介入，利用脈沖電場消融心肌橋外心肌組織，達到與外科手術相同的目的。脈沖電場消融具有以下特點[40]：(1)脈沖電場消融可保留細胞外基質；(2)消融閾值具有組織特異性，可利用心肌組織消融閾值低于許多其他組織的特點，在消融心肌細胞的同時避免臨近組織(如血管、神經、食道)損傷；(3)與傳統射頻消融相比，脈沖電場消融不需要依賴導管貼靠力便能造成廣泛的心肌損傷；(4)脈沖電場消融速度極快，常以毫秒為單位甚至更小。

3.3 支架置入裝置

目前，心肌橋冠脈介入治療使用的支架置入裝置一般由不銹鋼制成，循環使用，存在一定的安全隱患。此外，由于其缺乏固定裝置，操作過程中容易造成組織挫傷。王墨茹[41]針對現有技術存在的缺陷，提供了一種心肌橋支架置入裝置，包括具有內凹形結構且內部設有環形通孔槽的固定套，環形通孔槽內部設有連接伸縮套的支撐桿，伸縮套的頂部通過螺絲連接在固定套的頂部，伸縮套內部設有包括置入殼體、弧形擴張頭、長鞘、導絲、導環、照明燈的置入單元，其中照明燈及導絲位于具有中空結構的殼體中，導絲的內端部連接長鞘，導絲的外端部連接置入導環，置入殼體的內端部上設有弧形擴張頭。該心肌橋支架置入裝置具有結構簡單、使用方便、成本低、能有效減輕患者疼痛的優點。

4 血管形變檢測裝置

血管的形變信息可以用來評估斑塊的穩定性，一般來說，血管某特定位置的形變越大，斑塊越不穩定，易發生心血管不良事件。目前可以采用腔內成像如IVUS/光學相干斷層掃描等方式判斷斑塊的穩定性，但無法以冠脈造影評估斑塊穩定性。冠脈造影作為臨床上判斷冠心病的最主要工具，如果能將其直接用于評估斑塊穩定性，會是醫患雙方的福音。獲取血管形變信息還可以用于監測心肌橋血管異常程度。目前為止，只能通過目測初步判斷心肌橋血管異常程度。

博動醫學影像科技(上海)有限公司[42]公開的用于自動評價血管形變的監測顯示方法及系統，可獲取冠脈血管目標區域血管的影像數據和心動周期數據；通過對目標血管及同一位置不同時刻的管腔內徑及其形變的監控和測量，可以觀測斑塊穩定性；可用于心肌橋或其他異常情況的參數計算，對特定冠脈血管的整體情況進行預判，實現對冠心病的定量化解剖學及功能性評估，具有較高的臨床價值。

5 結語

心肌橋是一種常見的先天性冠脈發育異常。隨著現代醫學技術的發展，人們對心肌橋的認識逐漸深入，但目前對心肌橋的病理生理表現、機制及治療方案仍缺乏有力的證據支持及統一的認識，而在體研究心肌橋又存在諸多限制，開發離體心肌橋模擬技術及心肌橋識別測量技術對研究心肌橋及其對心血管疾病的影響極為重要。離體心肌橋模擬技術的重點在于如何用器械盡量模擬生理條件下心肌橋對血流動力學的影響；心肌橋識別測量技術的重點在于在體算法設計以及機器學習，以減少主觀性、提高重復性和精確程度。開發具有自主知識產權的心肌橋模擬和識別測量設備，對于實現相關設備的國產化、將相關領域核心技術掌握在自己手里具有非常重要的意義。