球囊扩张导管一般由导管管体、球囊、不透射线标记、导管座等结构组成，普通球囊扩张血管时血管壁受力不均，导致血管内膜/斑块无序撕裂，用于中、重度冠状动脉钙化病变扩张成功率低而并发症发生率高[1]，用于浅股动脉病变严重夹层（C-F型）发生率达42%、支架补救率达74.2%[2]。随着经皮冠状动脉腔内成形术（percutaneous transluminal coronary angioplasty, PTCA）、经皮腔内血管成形术（percutaneous transluminal angioplasty, PTA）以及相关器械的发展，通过在球囊表面附加元件而研发的压力聚焦型、约束型、药物涂层等特殊球囊，为血管狭窄辅助或主要治疗提供了更多选择。特殊球囊被推荐用于冠状动脉钙化病变处理和支架内再狭窄[3]、血液透析患者动静脉内瘘和中心静脉狭窄治疗[4]、股腘动脉PTA辅助治疗[5]、膝下动脉血运重建[6]等。近几年我国特殊球囊产品研发速度快，注册申报数量多，且已发布的球囊扩张导管注册技术审查指导原则、药物涂层球囊扩张导管注册审查指导原则尚未覆盖特殊结构设计的球囊，上市前评价缺乏参考指南。本文简要梳理特殊球囊的结构组成、临床应用、性能研究，为技术审评工作提供参考。

 

一、压力聚焦型球囊

 

（一）切割球囊

 

切割球囊（cutting balloon，CB）表面附有三组或四组显微刀片（如图1所示），刀片沿球囊长度方向并在球囊周向均匀分布，相邻刀片呈120°或90°角。球囊折叠状态时刀片被折叠翼包裹，球囊扩张时刀片在钙化斑块上形成浅切口，使斑块按预期在切口处产生裂纹或断裂，减少血管内膜不规则及严重撕裂，在相对较小的扩张压力下达到扩张效果。研究表明PTCA后10min到24小时管腔丢失CB组显著低于普通球囊组（0.08 0.28mm vs 0.20 0.33mm，p=0.02）[7]，与高压球囊相比CB可以改善血液透析患者动静脉瘘6个月的一期通畅率（相对危险度1.45; 95%置信区间 1.08–1.96; p= 0.01）[8]。但刀片元件的存在也增大了球囊折叠状态时的轮廓外径，降低了产品在血管内的通过性。

 

图1. 切割球囊图示[9]

 

CB适用于冠状动脉轻、中度钙化病，或在旋磨术后对病变进一步预处理[1]。欧洲专家共识推荐用CB对PCI术后支架内再狭窄进行预扩张，以防止球囊滑到支架外[10]。CB用于冠状动脉禁忌证包括：参考血管直径<2mm；长度>20mm的弥漫性病变；无保护的左主干病变；严重成角及极度扭曲血管的病变；IVUS提示的Ⅲ~IV级严重钙化病变；慢性完全闭塞病变及狭窄>95%的病变[1]。

 

目前我国已上市的CB产品用于冠状动脉、外周血管。该类产品性能研究需要额外考虑显微刀片外观、刀片尺寸（长度、高度）、刀片与球囊结合强度、刀片切割性能、球囊轮廓外径、通过性能、球囊卸压后的形态（球囊回缩时对刀片的包裹）等。

 

（二）棘突球囊

 

棘突球囊（non-slip element balloon，NSE）外有3条120°分布的棘突元件（如图2所示），一般为高分子材料。球囊扩张时，棘突元件挤压斑块形成裂纹，还能防止球囊滑动。棘突元件仅与球囊两端连接，使用过程中转动球囊可能导致棘突元件缠结，第二根导丝经过球囊时也有发生缠结的风险，为避免发生缠结，不建议在支架网眼内应用NSE[1]。NSE用于支架后扩张时，因棘突元件与支架远端缠结可能引起支架远端纵向变形[11]。而且棘突元件在球囊扩张时可能发生翻转，三角形截面的棘突元件由顶角朝向血管壁转为朝向球囊，对球囊进行挤压[12]，削弱对血管壁的应力集中效果（如图3所示）。Aperta NSE的棘突元件与球囊为一体设计（如图2所示），并且棘突元件上有些凹槽，球囊可以弯曲、塑形[13]。NSE与高压非顺应性球囊预扩张联合DCB治疗支架内再狭窄病变，NSE组与高压非顺应性球囊组相比球囊滑移超过3mm的比例明显降低（7.9% vs 22.9%， p=0.002）[14]。

 

图2.棘突球囊图示（上图[11]：黑色箭头指示固定在球囊两端的三根棘突元件，红色箭头指示棘突元件与管体连接处翘起。下图[13]：红色箭头指示凹槽）

 

图3[12].A:NSE球囊，a:NSE元件翻转挤压球囊

 

NSE适用于冠状动脉轻、中度钙化病，或在旋磨术后对病变进一步预处理[1]。目前我国已上市的NSE产品用于冠状动脉、外周血管。

 

该类产品性能研究需要额外考虑棘突元件外观、尺寸（高度）、棘突元件断裂强度、棘突元件与管体连接强度（适用于棘突元件与球囊非一体成形的产品）、球囊充卸压过程球囊表面应力应变分析、球囊棘突元件疲劳、模拟使用过程中棘突元件缠结以及翻转、球囊通过性能、与其他器械的兼容性等。

 

（三）乳突球囊

 

乳突球囊表面附有多个乳状突起（如图4所示），一般为聚氨酯或硅胶材料，球囊扩张时乳状突起可以压裂斑块，乳状突起增加了球囊与血管壁之间的摩擦力，避免球囊扩张时滑动。研究者对157例患者进行回顾性分析，发现乳突球囊用于冠状动脉支架内再狭窄治疗取得了良好的临床效果[15]。有限元分析发现乳突球囊比螺纹球囊（如图5所示）位移大，而且在动物试验中乳突球囊比螺纹球囊对兔血管造成的损伤更严重[16]。

 

图4.计算机模拟乳突球囊图片[15]

 

图5.螺旋球囊[16]

 

我国已上市的乳突球囊、螺纹球囊产品均适用于冠状动脉。

 

该类产品性能研究需要额外考虑乳突尺寸及分布、乳突与球囊的连接强度（适用于乳突与球囊非一体成形的产品）、球囊表面应力应变分析、防滑等。

 

（四）刻痕球囊

 

刻痕球囊（scoring balloon，SB）的设计理念源于双导丝技术，即在球囊外再置入一条额外的伴行导丝，当球囊扩张时，外部伴行导丝应力集中，从而有效地压碎硬的斑块。但固有导丝球囊在扩张时导丝易发生移位[12]（如图6所示）。研究者[12]在两种硬度的硅胶管中扩张三种球囊，通过计算附加元件进入硅胶管的深度与元件高度的比例分析球囊对血管的切割程度，CB比NSE和固有导丝球囊切割得更深(结果如表1所示)，且刀片元件无明显变形，而棘突元件、固有导丝均有不同程度的变形。

 

表1[12] 三种球囊切割程度

 

SB含有的刻痕组件一般由镍钛合金制成，表面经电抛光。刻痕组件通常为几条刻痕丝以直行或者轴向螺旋盘绕的方式包覆于球囊表面，仅两端与管体连接。球囊未充盈时，刻痕组件贴附于球囊的表面，使刻痕球囊拥有与普通球囊类似的通过性。球囊充盈后，刻痕组件呈螺旋状贴附于血管壁，起到类似于螺丝的固定作用，防止球囊的滑动[17]。研究者[18]对425例中重度股腘动脉钙化病变的患者进行回顾性分析，AngioSculpt组与PTA组残余狭窄率具有显著差异（12.7%±12.9% vs 9.7%±14.2%，p=0.02），但24个月的一期通畅率（p=0.84）和免于靶病变血运重建率（82.3% vs 78.1%，p=0.74）无显著差异。

图6[12].B：固有导丝球囊，I为固有导丝，G为导引导丝；b:导丝移位靠近另一导丝。

 

SB用于对冠状动脉狭窄病变进行预扩张、PTA术、动静脉瘘的狭窄病变。

 

该类产品性能研究需要额外考虑刻痕组件外观、尺寸、连接强度、应力分析、模拟使用过程中刻痕组件与其他器械的兼容性等。

 

二、约束型球囊

 

PTA中由于球囊在轴向的过度扩张以及纵向方向的剪切力等因素，常会造成限制性夹层等并发症[19]。约束型球囊扩张导管（也称巧克力球囊）具有金属丝约束结构，球囊扩张时形成枕部和凹槽部，可使球囊更加均匀的扩张（如图7所示）[20]。约束型球囊外部的金属丝扩张时不直接接触斑块，不具有刻痕和切割作用。在球囊充盈扩张时，无约束结构束缚的区域形成相对高压区，有约束结构束缚的区域形成相对低压区，从而产生一定的缓冲作用来减少球囊扩张对血管内膜的损伤，有效减少夹层的发生和补救支架的植入[21, 22]。Chocolate上市后注册研究[20]显示262例股腘动脉膝上病变患者未发生限制性夹层，支架补救率为1.6%。研究者[23]回顾分析了使用Chocolate与普通球囊预扩张对药物涂层球囊治疗股腘动脉疾病的影响，Chocolate组和普通球囊组各48例、63例患者，严重夹层发生率分别为4.2%、25%(p=0.003), 支架补救率分别为2.1%、15.9%(p=0.016)。

图7.[20] “巧克力”球囊示意图

 

该类产品性能研究需要额外考虑约束结构外观、尺寸、峰值拉力的检测位置需涵盖约束结构自身及其与其他组件连接处、约束结构疲劳性能、球囊扩张后表面形态等项目。此外，还建议针对约束结构开展受力分析，可采用有限元分析受力最劣情况，可辅助选择典型型号规格并了解约束结构断裂模式，亦可用于作为约束结构设计依据的支持性资料。

 

三、药物涂层球囊

 

药物涂层球囊（drug-coated balloon, DCB）表面涂覆的药物能抑制血管内皮细胞增生，球囊扩张时药物与狭窄处血管内膜充分接触，药物被血管壁吸收，从损伤开始就抑制再狭窄。与药物支架相比，其无需植入异物、血栓风险低，有效降低了后续炎性反应及药物持续接触所造成的内皮化障碍，减小了再狭窄发生率[24-26]。

 

DCB在冠状动脉疾病中最常用于支架内再狭窄。中国专家共识[25]指出DCB已被证实是应对ISR及冠状动脉小血管原发病变的有效措施。对于治疗分叉病变，DCB可以减轻分叉嵴的偏移、避免了局部金属物堆积及药物分布不均等缺陷，从而优化治疗结果。除此之外，DCB还被应用在冠状动脉大血管原发病变、CTO及其他冠状动脉原发病变上。

 

关于DCB在外周动脉疾病中的应用，美国血管外科学会（I 类，证据级别 B）和美国心脏病学院基金会/美国心脏协会（I 类，证据级别 A）建议对于有严重功能性或生活方式限制性残疾的患者，如果治疗后症状改善被认为是合理的，药物治疗或运动治疗或两者均无效，且获益-风险比被认为是有利的，则可采用血管内治疗间歇性跛行[27, 28]。心血管血管造影和介入学会的现行指南建议将 DCB 作为股腘动脉疾病的标准治疗方案[5]。但是对于膝下动脉粥样硬化疾病，DCB的作用和优势存在争议。

 

截至2024年6月，DCB在颅内动脉粥样硬化狭窄中的临床应用还非常有限，我国和FDA尚未批准DCB产品在颅内血管的应用。欧盟上市的颅内DCB产品是AR Baltic Medical的Elutax3，报道的临床数据也非常有限。

 

第二代DCB包括约束型DCB、刻痕DCB。约束型DCB将药物涂层与约束结构设计于一体，FDA上市的产品Chocolate Touch、我国已上市的外周动脉紫杉醇涂层约束型球囊扩张导管，旨在使球囊均匀可控扩张，减少血管壁上的应变和损伤，同时实现管腔准备与药物转载。与第一代DCB相比，第二代DCB在有效性方面表现出优势。Chocolate Touch与Lutonix DCB的随机对照临床试验[29]入组313例股腘动脉疾病患者，Chocolate Touch与Lutonix DCB组各152、161例，12个月DCB成功率（多普勒超声测收缩期峰值流速比＜2.4，且无临床驱动的血运重建及支架补救）分别为78.8%、67.7%（p非劣效＜0.0001，p优效=0.04），无主要不良事件发生率分别为88.9%、84.6%（p非劣效＜0.001，p优效=0.27）。刻痕DCB将药物涂层与刻痕组件设计于一体，我国已上市的外周刻痕药物球囊扩张导管，针对血液透析通路狭窄病变而设计，使用前无需对病变进行预扩张。

 

特殊DCB性能研究在参考药物涂层球囊扩张导管注册技术审查指导原则的基础上，还需考虑其他元件的附加性能、其他元件对药物涂层的影响。

 

四、结语

 

与普通球囊相比，特殊球囊的附加元件通过改变球囊对血管壁的作用力，预期改善扩张效果，提高手术即刻成功率及远期预后。通过充分了解产品的作用原理、结构组成和临床应用，精确识别产品风险点，科学评价风险控制措施验证的有效性，从而提高审评效率。

 

参考文献

 

1.           王伟民, 霍勇,葛均波. 冠状动脉钙化病变诊治中国专家共识(2021版)[J]. 中国介入心脏病学杂志, 2021. 29(5): 251-259.

 

2.            Fujihara, M., M. Takahara, S. Sasaki, et al. Angiographic Dissection Patterns and Patency Outcomes After Balloon Angioplasty for Superficial Femoral Artery Disease[J]. J Endovasc Ther, 2017. 24(3): 367-375.

 

3.            Riley, R.F., T.D. Henry, E. Mahmud, et al. SCAI position statement on optimal percutaneous coronary interventional therapy for complex coronary artery disease[J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2020. 96(2): 346-362.

 

4.            金其庄, 王玉柱, 叶朝阳, 等. 中国血液透析用血管通路专家共识(第2版)[J]. 中国血液净化, 2019. 18(6):365-381.

 

5.            Feldman, D.N., E.J. Armstrong, H.D. Aronow, et al., SCAI consensus guidelines for device selection in femoral-popliteal arterial interventions[J]. Catheter Cardiovasc Interv, 2018. 92(1):  124-140.

 

6.            纪东华,刘暴. 膝下动脉血运重建的临床实践中国专家共识[J]. 中国循环杂志, 2024. 39(2): 116-122.

 

7.            Kawaguchi, K., T. Kondo, T. Shumiya, et al. Reduction of early elastic recoil by cutting balloon angioplasty as compared to conventional balloon angioplasty[J]. The Journal of invasive cardiology, 2002. 14(9): 515-519.

 

8.            Pang S, C.T., Chang M, Huang X, et al. Efficacy of cutting balloon angioplasty versus high-pressure balloon angioplasty for the treatment of arteriovenous fistula stenoses in patients undergoing hemodialysis: Systematic review and meta-analysis[J]. PLoS One, 2024. 19(1): 13.

 

9.            Barath, P., M.C. Fishbein, S. Vari, et al. Cutting balloon: a novel approach to percutaneous angioplasty[J]. The American Journal of Cardiology, 1991. 68(11): 1249-1252.

 

10.          Stefanini, G.G., F. Alfonso, E. Barbato, et al. Management of Myocardial Revascularization Failure: An Expert Consensus Document of the EAPCI[J]. EuroIntervention: journal of EuroPCR in collaboration with the Working Group on Interventional Cardiology of the European Society of Cardiology, 2020.16(11):e875-e890.

 

11.          Shibutani, H., Y. Akita, Y. Oishi, et al. The potential hazard of a non-slip element balloon causing distal longitudinal stent deformation: the first clinical experience and in vitro assessment[J]. Cardiol J. 2019.26(6):645-652

 

12.          Kinoshita Y, I.K., Suzuki T. Verification of the differences of scoring effect in current scoring balloons[J]. Cardiovasc Interv Ther, 2022Jul. 37(3): 513-518.

 

13.          Funayama, N., K. Kayanuma, D. Sunaga, et al. The bending technique of a scoring balloon Aperta NSE leading to successful crossing into stents[J]. Clinical Case Reports, 2024. 12:e8524.

 

14.          Aoki, J., G. Nakazawa, K. Ando, et al. Effect of combination of non-slip element balloon and drug-coating balloon for in-stent restenosis lesions (ELEGANT study)[J]. Journal of Cardiology, 2019. 74(5): 436-442.

 

15.          Puricel, S., L. Schoepke, M. Togni, et al. Balloon angioplasty using the "grip" scoring balloon for treatment of coronary in-stent restenosis - immediate and 12-month clinical outcomes[J]. cardiovascular medicine, 2012.15(12):354-361.

 

16.          曹政, 郑晓新, 蒋学俊. 有限元分析冠状动脉新型刻痕球囊的安全性及有效性[J]. 中国组织工程研究，2024.29: 1-8.

 

17.          王泽华, 孟颖, 盛恒松, 等. 外周血管刻痕或切割球囊扩张导管的临床应用及审评思考[J]. 中国医疗设备, 2023. 38(7): 159-163.

 

18.          Kronlage, M., C. Werner, M. Dufner, et al. Long-term outcome upon treatment of calcified lesions of the lower limb using scoring angioplasty balloon (AngioSculpt™)[J]. Clin Res Cardiol, 2020. 109(9): 1177-1185.

 

19.          包俊敏. 下肢动脉硬化闭塞症腔内治疗技术新进展与评价[J]. 中国实用外科杂志, 2018. 38(12): 1436-1439.

 

20.          Mustapha, J.A., A. Lansky, M. Shishehbor, et al. A prospective, multi-center study of the chocolate balloon in femoropopliteal peripheral artery disease: The Chocolate BAR registry[J]. Catheterization & Cardiovascular Interventions, 2018.1-5.

 

21.          协和血管医学大会（2021）暨中国血管和腔内血管论坛（19ᵗʰVEC）.

 

22.          Shirai, S., S. Mori, K. Yamaguchi, et al. Impact of Chocolate percutaneous transluminal angioplasty balloon on vessel preparation in drug-coated balloon angioplasty for femoropopliteal lesion[J]. CVIR Endovascular, 2022. 5(1): 1-9.

 

23.          Shirai, S., S. Mori, K. Yamaguchi, et al. Impact of Chocolate percutaneous transluminal angioplasty balloon on vessel preparation in drug-coated balloon angioplasty for femoropopliteal lesion[J]. CVIR Endovasc, 2022. 5(1): 46.

 

24.          Ang, H., T.R. Koppara, S. Cassese, et al., Drug-coated balloons: Technical and clinical progress[J]. Vasc Med, 2020. 25(6): 577-587.

 

25.          高磊, 陈韵岱. 《药物涂层球囊临床应用中国专家共识(第二版)》解读[J]. 中国介入心脏病学杂志, 2024(002): 032.

 

26.          张纯子，陈天奇，余婷，等. 药物涂层球囊专利技术综述[J]. 中国发明与专利, 2020. 17(S02): 8.

 

27.          Rooke, T.W., A.T. Hirsch, S. Misra, et al. Management of patients with peripheral artery disease (compilation of 2005 and 2011 ACCF/AHA Guideline Recommendations): a report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines[J]. J Am Coll Cardiol, 2013. 61(14): 1555-70.

 

28.          Conte, M.S., F.B. Pomposelli, D.G. Clair, et al. Society for Vascular Surgery practice guidelines for atherosclerotic occlusive disease of the lower extremities: management of asymptomatic disease and claudication[J]. J Vasc Surg, 2015. 61(3 Suppl): 2s-41s.

 

29.          Shishehbor, M.H., T. Zeller, M. Werner, et al. Randomized Trial of Chocolate Touch Compared With Lutonix Drug-Coated Balloon in Femoropopliteal Lesions (Chocolate Touch Study)[J]. Circulation, 2022. 145(22): 1645-1654.

来源：中国器审

关键词： 球囊