取栓支架是可回收支架，支架放置到堵塞的血管后可将血栓嵌入到支架的网眼结构，血栓和支架可以一同取出体外。取栓支架好像放风筝，飞的多高都可以收回。取栓支架（Solitaire FR, EV3 Neurovascular, Irvine, California, USA; 或California, USA）上市后好评如潮，与上一代取栓装置(以MERCI为代表)相比具有更高的再通效率、更短的再通时间和更好的再通效果。

加拿大萨斯喀彻温大学神经外科和生物医学工程系Ahmed SU等人发表了一篇关于取栓支架的工程学综述，讨论了支架设计和工程学相关内容。

01

介绍

卒中仍然是全球发病率和死亡率的主要原因。血管内治疗的出现使急性卒中的治疗和结局发生了革命性的变化。多项随机试验证实了血管内取栓术对大血管闭塞性卒中的有益影响，并使其成为主要治疗方法。

在为卒中治疗提供机械血栓切除术后的短时间内，血管内血栓切除术的装置已经发生了显著进化。支架取栓器(取栓支架)已成为全球神经介入医师卒中治疗器械的主要器械。事实上，目前对于大血管闭塞的急性缺血性卒中，指南建议对所有符合条件的患者进行支架取栓术，尽管近期比较支架取栓术和直接抽吸术的研究已经显示了这些技术的非劣效性。

取栓支架是金属结构，可被输送到动脉闭塞部位并用于清除血栓。从MERCI装置开始，到现在的第三代支架装置，这些装置的设计越来越复杂，功能也越来越完善。

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02

取栓支架的功能性要求和特性

功能性要求

神经取栓支架是一种自膨胀支架，可通过微导管输送进入至急性闭塞的颅内大血管处。该装置旨在嵌合引起大血管闭塞(LVO)的血栓，并将其从循环中移除，从而恢复颅内血流。

考虑到这些取栓支架功能的一般性原则，取栓支架的设计必须达到以下功能要求：

1. 具有适当的径向支撑力来释放打开和自膨，以实现良好的血管贴壁性。
2. 在不同血栓成分和密度的情况下，结合和嵌入血栓的能力。
3. 能够重新回收释放和取出，同时最大限度地减少血栓破裂和远端血栓栓塞。
4. 一把再通率高(能够在首次释放时清除血栓并恢复血流)。
5. 在打开和取出过程中尽量减少对血管壁的腔内损伤。
6. 在清除血块不完全或失败的情况下，能够在靶血管内或更远的地方进行多次重新释放。

支架特性

支架的构建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。这些变量之前已被用于评估可用的医用支架，包括血管内使用的支架。Stoeckel等人以前曾使用支架的5个特征对所有可用的医用支架进行分类。这些特征是使用的材料、原材料形式、制造方法、几何构型和支架添加物。

材料

用于支架的材料取决于支架是自膨式的，还是需要球囊扩张的。自膨式支架是理想的支架，因为它们不需要放置球囊，而在急性卒中病例中放置球囊可能不太及时。与球囊扩张支架相比，自膨式支架还提供了易于通过到位的功能。这需要低弹性模量和高屈服应力，或者，就镍钛合金而言，需要高形状记忆性能。镍钛诺是一种镍钛合金，可以恢复高达10%的弹性应变。这允许这些支架的高弹性应变。大多数取栓支架是基于镍钛合金的自膨式支架。

原材料形态

支架原材料可呈若干不同形式。这些包括片状、管状、丝状和带状(扁平金属丝)形式。片状支架必须在成型后卷成管状结构。原材料形式的变化存在于可用的支架中。 

制造方法

制造方法是指形成支架的机械过程，主要取决于所使用的原材料形式。金属丝可以通过缠绕、编织或针织技术形成支架。激光切割是最常用的机制，管状金属更常用于支架。自膨式支架可以在小的或膨胀的情况下进行切割，之后必须进行抛光和表面处理。另一种可能的技术是水射流切割，它比激光切割有一个优点，即不会在切割表面产生热影响区。大多取栓支架使用激光切割的方式进行制造。

几何构造

支架的几何构型对于潜在的功能要求至关重要。支架的几何构型有很大的变异，每种设计都有其优缺点。Stoeckel等将支架几何形态分为5种不同的类别：缠绕型、螺旋型、编织型、单环型和连环型。

缠绕设计非常灵活，但径向强度有限。它们也有一个低的膨胀比例，这意味着这种几何构型会让器械有更高的剖面。

螺旋形支架类似于缠绕设计，因此具有缠绕支架的高灵活性和低径向强度。可以增加纵向连接来增加径向强度，但代价是牺牲部分灵活性。

编织设计由一条或多条金属丝组成，这些金属丝可以编织或针织在一起。一些自膨式支架利用了这种几何结构。然而，对这些类型的支架来说，缩短是一个重要的问题。

单环设计为Z形环，通常用于支撑其他植入物。这种结构通常不单独用作血管支架。

连续环状支架由一系列Z形支柱组成，这些支柱之间的连接称为桥或铰链。这些连接可以是规则的，这意味着它们发生在圆周上的每个拐点，或者是周期性的，这意味着它们发生在这些拐点的预定次一级。有峰-峰、峰-谷或谷-谷连接存在。

连续环构造可以是闭环或开环单元几何结构。在闭环单元设计中，结构的所有内部拐点都通过桥连接起来。闭环单元设计提供了良好的脚手架和均匀的表面，无论弯曲程度如何，但灵活性不如开环单元设计。开环单元设计的部分或全部内部拐点并不相互连接。不连接的部分导致了更高程度的结构灵活性，但代价是径向强度降低。

添加物

支架结构的其他添加物在透视可视化方面提供了优势，如不透射线的标记物或涂层，或在功能方面提供了优势，如药物洗脱涂层、生物相容性涂层或亲水涂层。镍钛合金是绝大多数取栓支架的主要材料，由于其较差的透视下的可视性，因此在制造这些支架时经常使用不透射线的添加物。

03

现有支架的简要回顾

本综述旨对现有的(和历史的)支架进行研究，根据上述系统对其进行分类，并回顾有关其临床应用的现有证据。下面描述了每一代的取栓支架，并在表1中总结。

第一代器械：弹簧取栓器

MERCI取栓器。MERCI(脑缺血机械取栓)取栓器(Concentric Medical, Mountain View, CA)是第一个被批准用于急性缺血性卒中再通治疗的器械，于2004年8月获得美国FDA的批准。该装置不是真正的支架，通常被归类为弹簧取栓器。该装置有两种版本，X和L，其中X被批准用于机械取栓，而L只被批准用于取出异物。这两种器械都有两种尺寸。X型器械由记忆型镍钛合金金属丝组成，在远端头端有5个直径逐渐变细的螺旋环。该装置在输送导管内呈直线型，但由于采用镍钛合金结构，一旦在目标血管内释放，就能恢复其记忆形状。弹簧设计使得该装置的径向强度低，这可能是再灌注率低的原因。

MERCI取栓器进行了I期和II期前瞻性非随机研究，共纳入了25个中心的151例患者。每例患者平均进行2.9次取栓尝试。这些研究显示再通率为48%，如果取栓术联合tPA动脉内溶栓，再通率可提高至58%。7.1%的患者发生了不良事件，7.8%的患者发生了有症状的颅内出血，其中45%是由血管破裂引起。

2004—2012年开展了3项使用第一代卒中装置的随机试验，结果于2013年发表。除了使用MERCI取栓器外，这些试验还使用了Penumbra抽吸系统，该系统使用带有分离导丝的抽吸导管和血栓清除环，如果单独抽吸失败，则可以使用血栓清除环。这些试验的结果为阴性，表明在接受血管内血栓切除术或单纯静脉tPA治疗的患者之间，功能结局无差异。MR RESCUE试验中67%的患者实现了血管再通(定义为TICI评分2b ~ 3分)，而IMS III研究报告的再灌注率为65% ~ 81%，这取决于动脉闭塞的部位。

这些试验结果为阴性的最重要原因被认为是第一代取栓装置的再灌注率低。这意味着干预组和对照组之间的血管造影结局差异不足以显示临床获益。MR RESCUE试验通过改善血管造影结局改善了临床结局，也强调了这一点。此外，CT血管造影的可用性并不统一，使用血管成像确认大血管闭塞也并非统一的纳入标准。这些试验揭示了提高大血管闭塞治疗的再通率的必要性。

其他第一代设备也进入了不同的开发和测试阶段，但没有像MERCI器械那样统一可用。其中包括Phenox (Phenox，Germany)、Catch (Balt, Montmorency，France)和Distal Access Catheter (Concentric Medical, Mountain View, CA)。取栓支架的出现及其优越的手术性能在很大程度上转变了市场对这些器械的需求。

第二代器械：真正的取栓支架

颅内自膨式支架最初设计用于动脉瘤治疗，作为弹簧圈栓塞的辅助手段。几位作者最初报告了此类支架的超适应症应用，主要是在动脉闭塞部位永久性放置。与第一代器械相比，这些早期结果显示了令人鼓舞的高再通率。自膨式支架引起血管再通的机制是膨胀的支架支柱对动脉的贴壁和随后的机械破坏和对血栓的夹持。随后是化学溶栓或内源性溶栓，这样支架放置后立即获得前向血流。

Kelly等报道了第一例使用Enterprise支架(Codman, Raynham, MA)进行临时血管内搭桥的病例，该支架可立即恢复血流，而不需要支架本身永久性植入。该技术的另一个优点是在再次血栓形成的情况下可以重新放置支架。

虽然这项最初的技术并没有尝试直接取栓，但通过对闭塞血管临时置入支架来重建血流成为了血管内治疗卒中的新模式。据报道，该技术的进一步应用还包括设计用于动脉瘤治疗的自膨式支架，包括尝试使用支架本身进行血栓切除术。这推动了血栓切除术中使用专用支架。当其他取栓技术失败时，使用可解脱支架永久植入作为补救性操作仍然是可行的选择。

Solitaire

Solitaire FR(血流恢复)支架(Covidien/ Medtronic, Dublin, Ireland)是第一个用于血管内血栓切除术的专用支架。之前有一个Solitaire AB(动脉瘤辅助)装置，用于临时辅助和取栓术。

目前的器械是第四次迭代的Solitaire X。它是一种镍钛合金支架，由镍钛合金薄片经激光切割后形成卷曲的参数化设计。几何构型为闭环设计，具有峰-峰连接(图1)。该支架有3、4和6mm直径，3mm直径有20mm长度，4mm直径有20和40mm长度，6mm支架有20、24和40mm长度。支架的近端和远端有额外的铂金标记物，以及沿支架均匀间隔5 ~ 10mm的标记物，用于观察沿支架长度的支架打开和血栓嵌合。

参数化设计导致支架覆盖重叠，加强血栓嵌合。支架施加的径向力也因血管直径而异。

对Solitaire FR装置的动物研究表明，该装置在清除血栓方面具有较高的成功率。TICI 3级血流再通率分别为100%，86.7%患者可立即恢复血流。

单中心应用该装置的经验显示，首通再灌注率(TICI 2b/3)为72.8%，前循环病例的总的成功再灌注率为79%。另一项研究显示，使用Solitaire装置的再灌注率为89%。在这些初始研究中，并发症发生率较低，脑出血发生率为2%，蛛网膜下腔出血发生率为4 ~ 6%。

Trevo

Trevo装置(Stryker, Kalamazoo, MI)是由管状镍钛合金激光切割而成的镍钛合金支架。该支架采用闭环设计，具有峰-峰连接(图2)。3根铂/钨丝编织贯穿支架，以提高显影性。然后在该装置上涂上一层透明质酸钠亲水混合物。这一添加是为了减少器械释放期间的摩擦。该器械目前可用最新版本是Trevo XP ProVue，有三个可用尺寸：3x20mm、4x20mm、4x30mm和6x25mm。该装置支柱的大部分是朝腔内方向，其设计目的是增加血栓的嵌合，而不是动脉瘤辅助支架中的朝血管壁方向。

在一项动物研究中，Trevo装置在所有病例中均成功实现了血运重建，其中15/16的病例实现了首次再通。有内膜破损，但没有证据表明中膜或外膜受损。使用Trevo装置的早期人体经验表明，78.3%的患者出现了类似的高水平血管再通(TICI 2b/3)。症状性颅内出血的发生率为5%。

使用第二代器械进行血栓切除术的证据

Solitaire FR和Trevo均接受了与MERCI取栓装置对比随机试验。这些研究表明，与MERCI取栓装置相比，Solitaire FR和Trevo装置具有显著更好的血管造影和临床结局。总之，这些研究表明，取栓技术与第一代取栓装置相比有了显著改善。在比较Solitaire FR或Trevo与MERCI装置的联合试验中，血运重建率分别为82%和62%。此外，ICH发生率分别为10%和28%，表明与第一代装置相比，该装置的安全性也有所改善。 

在大血管闭塞性卒中的血栓切除术与药物治疗的比较中，第二代支架被纳入了关键随机试验。共进行了5项随机对照试验:MR CLEAN、EXTEND-IA、ESCAPE、REVASCAT和SWIFT-PRIME，结果显示，与药物治疗相比，神经系统预后良好率显著较高，临床预后良好率(改良Rankin评分0 ~ 2分)的绝对增加幅度在13.5~31.4%之间。

一项进一步的研究表明，良好临床结局的改善率为12.1%。在所有这些试验中，取栓支架都占有重要地位。在这6项研究中，4项在介入组中只使用了支架治疗，而另外2项研究在介入组中分别使用了81.5%和86.1%的支架比例。在这两项试验中，完全再通率分别为58.7%和72.4%，而在完全使用支架的试验中，完全再通率为65.7~88.0%。

这些试验中支架取栓术的安全性已得到充分证明。在介入治疗组中，有症状的ICH发生率为0~7.7%，与非手术组相比，没有试验没有显著差异。

DAWN试验在24小时内的介入治疗中使用了Trevo支架，结果显示接受治疗的患者血管再通率为84%。该试验还显示，良好临床结局(mRS 0 ~ 2分)率的绝对差异为36%。在介入治疗组中，有症状ICH的比例为6%。

第三代器械：提高一把再通率和减少远端栓塞

虽然第二代支架已成为急性卒中治疗的主流，但新的装置也已开发出来。这些装置旨在建立在现有支架成功的基础上，通过提高首次再通率，减少血栓碎片造成的远端栓塞，并通过降低并发症发生率来提高装置的安全性。

首次进行机械取栓后完全血运重建(TICI 3)被称为首通效应(FPE)，已被证明是使用第二代器械进行机械取栓后转归的重要预测因素。

这为从支架设计的几个方面继续开发新器械提供了主要依据。然而，目前关于使用这些装置的数据表明，与第二代装置相比，FPE或临床结局并未显著改善，而且所述的装置开发目标仍然难以实现。

Embotrap

EmboTrap(Cerenovus, Irvine, CA)是一种两层的激光切割镍钛合金装置，内有一个1.25mm大小且具有高径向力的闭环支架，支架周围是由5/5.6mm大小且具有较低径向力的开环结构（图3）。外层结构在头端转换为闭环设计，作为远端保护区，捕捉机械取栓术中产生的血栓碎片。为了显影，在近端和远端都添加了显影标记物。EmboTrapIII血运重建设备，有3种尺寸:5 × 22mm, 5 × 37mm和6.5 × 45mm。外层结构的大开口设计用于夹持血栓于两层之间的空间，而高径向力的内层支架可创建一个流动通道，以实现即时再通。外展叶片的目的是在器械移除过程中保持贴壁，以稳定捕获的血栓，而头端的闭合设计是为了捕获从血栓中脱落的栓塞碎片。在模型MCA中对该装置进行的一项体外研究表明，EmboTrap产生的大于1mm的栓子显著少于Solitaire FR取栓支架。此外，在Solitaire组中，进入ACA区域的栓子数量增加了一倍，这表明在从ICA取出装置时，EmboTrap具有保护作用。

在连续201例使用EmboTrap装置治疗的患者中，血管成功再通率为84.6% (TICI 2b/3)。这优于RCT数据，在5项大型RCT中，使用支架的总体再通率为71.1%。使用EmboTrap装置的平均通血管次数为2.6次。31例患者在EmboTrap失败后需要另一种补救装置。

Tigertriever

Tigertriever(Rapid Medical, Yoqneam, Israel)是第三代支架。它是一个编织的开环装置，有一个附加的中间丝连接到远端丝，然后连接到一个可滑动的手柄中。支架在靶血管内打开后，可利用滑块拉动中间丝，以提供径向力并扩张支架达到贴壁效果。这一操作有可能提高血栓嵌合，增加首次再通的机会。标准版(Tigertriever)的净长度为32mm(未扩张形式)，可扩张到直径6mm。有两个较短的版本，净长度为23mm和20.5mm。

Tigertriever装置的临床数据有限。一项纳入61例患者的研究显示，75.4%的患者成功再通，其中37.7%的患者首次再通。作者在其中一部分患者中使用了重复的扩张-收缩技术。该队列显示82.6%的患者成功实现血管再通，其中47.8%的患者实现了首次血管再通。

3D血运重建装置

3D血运重建装置(Penumbra, Inc.， Alamedia, CA)是一种独特的基于镍钛合金的二元装置。该装置是由管状镍钛合金激光切割而成。这是一种开环支架，外展叶片设计用于贴壁，4个内腔设计用于腔内血栓嵌合（图4）。该支架最好被归类为联合开环/闭环设计，同时包含两种设计的一些元素。在末端的内腔添加显影标记有助于可视化。外展叶片的设计目的是施加径向力并将血栓与血管壁分离，而内腔的设计目的是增加血栓嵌合，以及减少血栓破裂和取栓过程中的远端栓子。 

该装置的临床数据显示出良好的前景。使用该装置的最初多中心经验表明，成功再通率为74%，首次再通率为36%。与该装置相关的有症状颅内出血的发生率为4%。该装置被设计为与抽吸导管联合使用，因此本试验包括了抽吸装置。一项随机试验比较了3D血运重建装置联合抽吸与单纯抽吸的使用情况，结果显示3D血运重建装置组的血运重建率为87.2% (TICI 2b/3)，而单纯抽吸组为82.3%。与器械使用相关的症状性ICH发生率为3.1%。

04

讨论

经过多次迭代，取栓支架的安全性和疗效持续改善。此后出现了一种与支架取栓术竞争的技术：直接抽吸。这种技术被称为ADAPT(A Direct Aspiration first Pass Technique)，它依靠的是加固的大口径导管，可以输送到血栓处，然后可以直接抽吸血栓。一项早期研究报告，单独使用ADAPT可使血管再通率达到78%。COMPASS试验将ADAPT和支架取栓术作为大血管闭塞性卒中的首用技术进行了随机分组，结果显示两种技术获得良好结局的可能性相同。ADAPT组57%的患者实现了首次再通的血运重建，而支架组为51%。此外，支架组85%的患者使用了抽吸联合支架取栓术。

因此，新的支架器械可能适用于与直接抽吸一起使用，也被称为Solumbra技术。正如对3D血运重建装置(3D revasarization Device)开展的随机研究所示，加用第三代支架确实改善了血管造影结局。现有器械的成功为新型支架的开发设立了较高的门槛。新装置的设计必须优先考虑向目标血管输送的便捷性和及时性，以及提高首次再通率。

直接比较不同的第二代和第三代支架的体外和体内动物模型，有助于阐明支架设计方面如何有助于改善临床表现，并为进一步发展提供方向。一项这样的研究比较了常用的支架，包括Solitaire FR、Trevo、EmboTrap和3D Separator(旧版本)器械。通过两次机械和两次功能测试对器械进行比较。

使用的机械测试是“平板压缩”和“拉起牵引”测试。这些测试表明，像Trevo(管状支架)这样的完整截面装置不能直接与像Solitaire(片状支架)这样的不完整截面装置进行比较。当支架从1.5mm移动到3.5mm时，大多数测试装置的径向压力显著降低。

该装置的功能测试包括回收测试，即在迂曲的模拟血管中回收该装置时，测试其前后血管贴壁性。Solitaire装置显示出一致的血管贴壁性，EmboTrap和3D Separator在急弯处显显示被拉长，一个测试中的Trevo装置(3×20 mm)完全失去贴壁。使用不同大小的模拟红色(结块的红细胞)和白色(基于纤维蛋白的)血栓进行血栓切除术试验。所有测试装置均显示大的白色血栓无法被嵌合和发生位移，而中、小的白色血栓均有不同程度的嵌合和位移。红血栓完全嵌合，但发生了明显的碎裂，有可能发生远端栓塞。

取栓装置的未来发展趋势将继续以提高FPE率为目标，并遵循取栓适应证的发展趋势和新前沿。其中最主要的是远端或中端血管取栓。这将需要更小的直径，可能是开环支架设计，围绕MCA膝部，以及更迂曲和更小直径的M2和M3段可以提供机械牵引力和径向力。

这类研究的未来方向必须相互比较相似大小和分类的支架，还可能研究直接抽吸作为支架使用的辅助手段，以便更好地量化Solumbra技术的叠加效应。

大多数研究中的支架已经由供应商更新，因此用更新的证据来更新文献也有价值。支架的动物比较研究对临床医生也有价值。先进的血管壁成像技术，包括基于同步辐射的相位对比CT，可以在支架使用后以无创的方式研究内皮损伤。

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总结

本综述试图使用结构和设计元素对支架进行分类。介绍了每一代支架的代表性支架，以及支持其使用的临床证据。关于支架的机械和功能特性的直接比较文献很少。可以对支架进行进一步测试，以指导未来的支架设计并指导临床装置的选择。虽然器械设计继续以显著的速度发展，但本综述的目的是提供一个框架，以便从工程学角度理解这些器械的历史演变，以及根据功能能力评估新器械的标准。

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