Рентгенография сердца и сосудов: Коронарная катетеризация и ангиография

Введение

Рентгенография сердца и кровеносных сосудов

Коронарная катетеризация – это малоинвазивная процедура для доступа к коронарному кровообращению и заполненным кровью полостям сердца с помощью катетера. Она выполняется как в диагностических, так и в интервенционных (лечебных) целях. Коронарная катетеризация является одним из нескольких кардиологических диагностических тестов и процедур. В частности, посредством введения жидкого рентгеноконтрастного вещества и визуализации с помощью рентгеновских лучей, ангиокардиография позволяет выявлять окклюзию, стеноз, рестеноз, тромбоз или аневризматическое расширение просвета коронарных артерий; размеры камер сердца; сократительную способность миокарда; и некоторые аспекты функции сердечных клапанов. Важные внутренние давления в сердце и легких, которые невозможно измерить снаружи, могут быть точно измерены во время исследования. Проблемы, которые оцениваются в ходе теста, чаще всего возникают в результате прогрессирующего атеросклероза – активности атеромы в стенке коронарных артерий. Реже, основное внимание теста направлено на проблемы с клапанами, сердечной мышцей или аритмией. Сужение просвета коронарной артерии уменьшает резерв кровотока, обогащенного кислородом, к сердцу, что обычно проявляется приступами стенокардии. Значительная окклюзия просвета обычно приводит к инфаркту миокарда. Однако, начиная с конца 1980-х годов, все больше признается, что коронарная катетеризация не позволяет выявить наличие или отсутствие самого коронарного атеросклероза, а только значимые изменения просвета, возникшие в результате осложнений на поздних стадиях атеросклеротического процесса. Для лучшего понимания этого вопроса обратитесь к информации об IVUS и атеромах.

История

Сам метод ангиографии был впервые разработан в 1927 году португальским врачом Эгасом Монизом в Лиссабонском университете для церебральной ангиографии – визуализации сосудов головного мозга с помощью рентгеновского излучения и контрастного вещества, вводимого через катетер. Катетеризация сердца была впервые выполнена в 1929 году, когда немецкий врач Вернер Форсманн ввел пластиковую трубку в локтевую вену и направил ее в правую камеру сердца. Он сделал рентгеновский снимок, чтобы подтвердить успех, и опубликовал его 5 ноября 1929 года под названием "Über die Sondierung des rechten Herzens" (О зондировании правого сердца). В начале 1940-х годов Андре Курнанд, в сотрудничестве с Дикинсоном Ричардсом, провел более систематические измерения гемодинамики сердца. За их работу по открытию катетеризации сердца и гемодинамических измерений Курнанд, Форсманн и Ричардс разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1956 году. Первый доступ через лучевую артерию для ангиографии был осуществлен в 1953 году, когда Эдуардо Перейра в Лиссабоне, Португалия, впервые катетеризировал лучевую артерию для выполнения коронарной ангиографии. В 1960 году Ф. Мейсон Сонс, детский кардиолог из Кливлендской клиники, случайно ввел рентгеноконтрастное вещество в коронарную артерию вместо левого желудочка. Несмотря на то, что у пациента произошла обратимая остановка сердца, Сонс и Шири усовершенствовали эту процедуру и считаются ее первооткрывателями (Connolly 2002); они опубликовали серию из 1000 патентов в 1966 году (Proudfit et al.). С конца 1970-х годов, опираясь на новаторские работы Чарльза Доттера в 1964 году и особенно Андреаса Грюнцига, начиная с 1977 года, коронарная катетеризация была расширена для терапевтического применения: (а) проведение менее инвазивного физического лечения стенокардии и некоторых осложнений тяжелого атеросклероза, (б) лечение инфарктов миокарда до наступления необратимых повреждений и (в) исследования для лучшего понимания патологии ишемической болезни сердца и атеросклероза. В начале 1960-х годов катетеризация сердца часто занимала несколько часов и сопровождалась значительными осложнениями у 2–3% пациентов. Благодаря многочисленным постепенным улучшениям, простые коронарные катетеризационные исследования теперь обычно проводятся быстрее и с существенно улучшенными результатами.

The technique of angiography itself was first developed in 1927 by the Portuguese physician Egas Moniz at the University of Lisbon for cerebral angiography, the viewing of brain vasculature by X ray radiation with the aid of a contrast medium introduced by catheter. Heart catheterization was first performed in 1929 when the German physician Werner Forssmann inserted a plastic tube in his cubital vein and guided it to the right chamber of the heart. He took an x ray to prove his success and published it on November 5, 1929, with the title "Über die Sondierung des rechten Herzens" (About probing of the right heart). In the early 1940s, André Cournand, in collaboration with Dickinson Richards, performed more systematic measurements of the hemodynamics of the heart. For their work in the discovery of cardiac catheterization and hemodynamic measurements, Cournand, Forssmann, and Richards shared the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1956. The first radial access for angiography can be traced back to 1953, where Eduardo Pereira, in Lisbon, Portugal, first cannulated the radial artery to perform a coronary angiogram. In 1960 F. Mason Sones, a pediatric cardiologist at the Cleveland Clinic, accidentally injected radiocontrast in a coronary artery instead of the left ventricle. Although the patient had a reversible cardiac arrest, Sones and Shirey developed the procedure further, and are credited with the discovery (Connolly 2002); they published a series of 1,000 patents in 1966 (Proudfit et al.). Since the late 1970s, building on the pioneering work of Charles Dotter in 1964 and especially Andreas Gruentzig starting in 1977, coronary catheterization has been extended to therapeutic uses: (a) the performance of less invasive physical treatment for angina and some of the complications of severe atherosclerosis, (b) treating heart attacks before complete damage has occurred and (c) research for better understanding of the pathology of coronary artery disease and atherosclerosis. In the early 1960s, cardiac catheterization frequently took several hours and involved significant complications for as many as 2–3% of patients. With multiple incremental improvements over time, simple coronary catheterization examinations are now commonly done more rapidly and with significantly improved outcomes.

Участие пациентов

Пациент, которому проводится обследование или лечение, обычно находится в сознании во время катетеризации, в идеале – только с местной анестезией, такой как лидокаин, и минимальной общей седацией на протяжении всей процедуры. Проведение процедуры с пациентом в сознании безопаснее, поскольку он может немедленно сообщить о любом дискомфорте или проблемах, что позволяет быстро устранить нежелательные явления. Медицинские мониторы не дают полной картины самочувствия пациента; его ощущения часто являются наиболее надежным показателем безопасности процедуры. Смерть, инфаркт миокарда, инсульт, серьезная желудочковая аритмия и крупные сосудистые осложнения возникают менее чем у 1% пациентов, подвергающихся катетеризации. Однако, хотя этап визуализации часто бывает коротким, из-за подготовительных работ и соображений безопасности пациент обычно находится в лаборатории 20–45 минут. Различные технические трудности, хотя и не представляют опасности для пациента (на самом деле, введены для защиты его интересов), могут значительно увеличить время обследования.

Оборудование

Катетеризация коронарных артерий проводится в лаборатории катетеризации, как правило, расположенной в больнице. В современных установках пациенту необходимо лежать практически неподвижно на узком, минимально мягком, рентгенопрозрачном столе. Источник рентгеновского излучения и оборудование для визуализации расположены по обе стороны от грудной клетки пациента и могут свободно перемещаться под моторным управлением вокруг нее, что позволяет быстро получать изображения с разных углов. Более совершенное оборудование, называемое биплановой лабораторией катетеризации, использует два комплекта источников рентгеновского излучения и камер визуализации, каждый из которых может двигаться независимо, что позволяет получать два комплекта изображений при каждом введении рентгеноконтрастного вещества. Оборудование и установка для проведения таких исследований обычно требуют капитальных вложений в размере 2–5 миллионов долларов США (2004), иногда больше, с частичным обновлением каждые несколько лет.

Диагностические процедуры

Во время коронарной катетеризации (часто называемой врачами «катетеризацией») регистрируется артериальное давление и выполняются флюороскопические (рентгеновские) снимки тени крови внутри коронарных артерий. Для получения рентгеновских изображений врач направляет небольшое трубкообразное устройство, называемое катетером, обычно диаметром около 2,0 мм (6 французских), через крупные артерии тела, пока его кончик не достигнет устья одной из коронарных артерий. Катетер по конструкции меньше просвета артерии, в которую он введен; внутреннее (внутриартериальное) кровяное давление контролируется через катетер, чтобы убедиться, что он не блокирует кровоток (что проявляется в виде «снижения» артериального давления). Сам катетер разработан как рентгеноконтрастный для визуализации и позволяет селективно вводить и смешивать с кровью, протекающей в артерии, прозрачный, водянистый, биосовместимый рентгеноконтрастный препарат, обычно называемый «рентгеновской краской». Обычно для каждого изображения вводится 3–8 мл рентгеноконтрастного вещества, чтобы сделать кровоток видимым примерно в течение 3–5 секунд, пока препарат быстро не вымоется в коронарные капилляры, а затем в коронарные вены. Без введения рентгеноконтрастного вещества кровь и окружающие ткани сердца на рентгеновском снимке выглядят как слабо меняющая форму однородная масса с плотностью воды; детали структуры крови и внутренних органов неразличимы. Рентгеноконтрастное вещество в крови позволяет визуализировать кровоток в артериях или полостях сердца, в зависимости от места введения. Если атерома или тромбы выступают в просвет, вызывая сужение, сужение может проявляться как повышенная расплывчатость на рентгеновских снимках тени колонки крови/краски в этой части артерии, в отличие от соседних, предположительно более здоровых, менее стенозированных участков. Для определения положения катетера во время исследования врач в основном полагается на глубокие знания внутренней анатомии, поведение проводника и катетера, а также периодически, кратковременно использует флюороскопию и низкую дозу рентгеновского излучения для визуализации при необходимости. Эти кратковременные обзоры не сохраняются. Когда врач готов записать диагностические изображения, которые сохраняются и могут быть более тщательно изучены позже, он активирует оборудование для применения значительно более высокой дозы рентгеновского излучения, называемой «цине», для создания изображений более высокого качества с лучшим контрастом рентгеноконтрастности, обычно со скоростью 30 кадров в секунду. Врач контролирует время введения контраста, флюороскопии и применения «цине», чтобы минимизировать общее количество вводимого рентгеноконтрастного вещества и синхронизировать рентгеновское излучение с введением, чтобы минимизировать общее количество используемого рентгеновского излучения. Дозы рентгеноконтрастных препаратов и время экспозиции рентгеновского излучения регулярно регистрируются для обеспечения максимальной безопасности. Хотя это не является основной целью исследования, кальцификация в стенках артерий, расположенная на внешних краях атеромы, иногда может быть распознана при флюороскопии (без введения контраста) как рентгеноконтрастные кольцевидные тени, частично окружающие просвет, заполненный кровью, и отделенные от него интерпонированной рентгенопрозрачной тканью атеромы и эндотелиальной оболочкой. Кальцификация, хотя обычно присутствует, обычно становится видимой только при значительном развитии, когда кальцифицированные участки стенки артерии случайно просматриваются торцевым образом через несколько колец кальцификации, создавая достаточную рентгеноконтрастность для визуализации при флюороскопии.

During coronary catheterization (often referred to as a cath by physicians), blood pressures are recorded and fluoroscopy (X ray motion picture) shadow grams of the blood inside the coronary arteries are recorded. In order to create the X ray pictures, a physician guides a small tube like device called a catheter, typically ~2.0 mm (6 French) in diameter, through the large arteries of the body until the tip is just within the opening of one of the coronary arteries. By design, the catheter is smaller than the lumen of the artery it is placed in; internal (intra arterial) blood pressures are monitored through the catheter to verify that the catheter does not block blood flow (as indicated by "dampening" of the blood pressure). The catheter is itself designed to be radiodense for visibility and it allows a clear, watery, blood compatible radiocontrast agent, commonly called an X ray dye, to be selectively injected and mixed with the blood flowing within the artery. Typically 3–8 cc of the radiocontrast agent is injected for each image to make the blood flow visible for about 3–5 seconds as the radiocontrast agent is rapidly washed away into the coronary capillaries and then coronary veins. Without the X ray dye injection, the blood and surrounding heart tissues appear, on X ray, as only a mildly shape changing, otherwise uniform water density mass; no details of the blood and internal organ structure are discernible. The radiocontrast within the blood allows visualization of the blood flow within the arteries or heart chambers, depending on where it is injected. If atheroma, or clots, are protruding into the lumen, producing narrowing, the narrowing may be seen instead as increased haziness within the X ray shadow images of the blood/dye column within that portion of the artery; this is as compared to adjacent, presumed healthier, less stenotic areas. For guidance regarding catheter positions during the examination, the physician mostly relies on detailed knowledge of internal anatomy, guide wire and catheter behavior and intermittently, briefly uses fluoroscopy and a low X ray dose to visualize when needed. This is done without saving recordings of these brief looks. When the physician is ready to record diagnostic views, which are saved and can be more carefully scrutinized later, he activates the equipment to apply a significantly higher X ray dose, termed cine, in order to create better quality motion picture images, having sharper radiodensity contrast, typically at 30 frames per second. The physician controls both the contrast injection, fluoroscopy and cine application timing so as to minimize the total amount of radiocontrast injected and times the X ray to the injection so as to minimize the total amount of X ray used. Doses of radiocontrast agents and X ray exposure times are routinely recorded in an effort to maximize safety. Though not the focus of the test, calcification within the artery walls, located in the outer edges of atheroma within the artery walls, is sometimes recognizable on fluoroscopy (without contrast injection) as radiodense halo rings partially encircling, and separated from the blood filled lumen by the interceding radiolucent atheroma tissue and endothelial lining. Calcification, even though usually present, is usually only visible when quite advanced and calcified sections of the artery wall happen to be viewed on end tangentially through multiple rings of calcification, so as to create enough radiodensity to be visible on fluoroscopy.

Для врожденных пороков развития

Ангиокардиография может использоваться для выявления и диагностики врожденных пороков сердца и прилегающих сосудов. В связи с появлением эхокардиографии, применение ангиокардиографии снизилось. Тем не менее, ангиокардиография по-прежнему применяется в отдельных случаях, поскольку обеспечивает более высокую степень анатомической детализации, чем эхокардиография.

Терапевтические процедуры

Заменяя диагностический катетер на направляющий, врачи могут также проводить различные инструменты через катетер и в артерию к месту поражения. Наиболее часто используются проводники и баллонные катетеры для дилатации. Вводя рентгеноконтрастное вещество через крошечный канал, проходящий по баллонному катетеру и в баллон, баллон постепенно расширяется. Гидравлическое давление выбирается и регулируется врачом в зависимости от реакции баллона в области стеноза (ненормального сужения кровеносного сосуда). Расширяющийся баллон, заполненный рентгеноконтрастным веществом, контролируется под рентгеноскопией (обычно он приобретает форму «собачьей кости», обусловленную стенозом, сдавливающим баллон при его расширении). Прилагается столько гидравлического усилия, сколько необходимо и визуально подтверждается для эффективного увеличения просвета артерии в области стеноза. Типичное нормальное давление в коронарных артериях составляет менее 200 мм рт. ст. (27 кПа). Гидравлическое давление внутри баллона может достигать 19000 мм рт. ст. (2500 кПа). Предотвращение чрезмерного расширения достигается использованием баллонов, изготовленных из высокопрочных прозрачных пластиковых мембран. Баллон изначально сложен вокруг катетера, рядом с дистальным концом, для создания небольшого профиля, облегчающего прохождение через стенотические участки, и предназначен для раздувания до заданного диаметра. При чрезмерном раздувании материал баллона просто рвется, позволяя рентгеноконтрастному веществу вытекать в кровь. Кроме того, через направляющий катетер в артерию можно ввести и другие устройства, такие как лазерные катетеры, стент-катетеры, катетеры внутрисосудистого ультразвукового исследования (IVUS), допплеровские катетеры, катетеры для измерения давления или температуры, а также различные устройства для разрушения или удаления тромбов и бляшек. Большинство из этих устройств оказались узкоспециализированными, полезными лишь в небольшом проценте случаев или для исследовательских целей. Стенты – это специально изготовленные расширяемые сетчатые трубки из нержавеющей стали, установленные на баллонный катетер, – являются наиболее часто используемым устройством после баллонной дилатации. Когда стент-баллонное устройство позиционируется в области стеноза, баллон раздувается, что, в свою очередь, расширяет стент и артерию. Баллон удаляется, а стент остается на месте, поддерживая внутренние стенки артерии в более открытом, расширенном состоянии. Стоимость современных стентов обычно составляет от 1000 до 3000 долларов США за штуку (по курсу 2004 года), при этом стенты с лекарственным покрытием стоят дороже.

By changing the diagnostic catheter to a guiding catheter, physicians can also pass a variety of instruments through the catheter and into the artery to a lesion site. The most commonly used are guide wires and the balloon dilation catheters. By injecting radiocontrast agent through a tiny passage extending down the balloon catheter and into the balloon, the balloon is progressively expanded. The hydraulic pressures are chosen and applied by the physician, according to how the balloon within the stenosis (abnormal narrowing in a blood vessel) responds. The radiocontrast filled balloon is watched under fluoroscopy (it typically assumes a "dog bone" shape imposed on the outside of the balloon by the stenosis as the balloon is expanded), as it opens. As much hydraulic brute force is applied as judged needed and visualized to be effective to make the stenosis of the artery lumen visibly enlarge. Typical normal coronary artery pressures are in the <200 mmHg range (27 kPa). The hydraulic pressures applied within the balloon may extend to as high as 19000 mmHg (2,500 kPa). Prevention of over enlargement is achieved by choosing balloons manufactured out of high tensile strength clear plastic membranes. The balloon is initially folded around the catheter, near the tip, to create a small cross sectional profile to facilitate passage through luminal stenotic areas, and is designed to inflate to a specific pre designed diameter. If over inflated, the balloon material simply tears and allows the inflating radiocontrast agent to simply escape into the blood. Additionally, several other devices can be advanced into the artery via a guiding catheter. These include laser catheters, stent catheters, IVUS catheters, Doppler catheter, pressure or temperature measurement catheter and various clot and grinding or removal devices. Most of these devices have turned out to be niche devices, only useful in a small percentage of situations or for research. Stents, which are specially manufactured expandable stainless steel mesh tubes, mounted on a balloon catheter, are the most commonly used device beyond the balloon catheter. When the stent/balloon device is positioned within the stenosis, the balloon is inflated which, in turn, expands the stent and the artery. The balloon is removed and the stent remains in place, supporting the inner artery walls in the more open, dilated position. Current stents generally cost around $1,000 to 3,000 each (US 2004 dollars), the drug coated ones being the more expensive.

Достижения в физической терапии на основе катетера

В ходе интервенционных процедур часто возникал рестеноз из-за чрезмерного роста эндотелиальной ткани в месте поражения. Рестеноз – это реакция организма на повреждение стенки сосуда при ангиопластике и на стент как на инородное тело. Как показали клинические испытания, проведенные в конце 1980-х и 1990-х годов, при использовании только баллонной ангиопластики (POBA, обычная баллонная ангиопластика) у до 50% пациентов развивался значительный рестеноз; однако с появлением стентов с лекарственным покрытием этот показатель снизился до однозначных или низких двузначных значений. Сиролимус, паклитаксел и эверолимус – это три препарата, используемые в покрытиях, которые в настоящее время одобрены FDA в США. В отличие от стентов без покрытия, стенты с лекарственным покрытием имеют покрытие, содержащее лекарственное средство, которое медленно высвобождается с целью подавления реакции рестеноза. Ключом к успеху лекарственного покрытия стало (а) использование эффективных препаратов, (б) разработка способов надежного связывания лекарственных средств с нержавеющей сталью каркаса стента (покрытие должно оставаться прочно связанным, несмотря на значительные нагрузки при обращении и деформации стента) и (в) создание механизмов контролируемого высвобождения, обеспечивающих медленное высвобождение препарата в течение примерно 30 дней. Одним из последних инновационных решений в области коронарных стентов является разработка стента, который рассасывается. Abbott Laboratories использует полимолочную кислоту – материал, который полностью абсорбируется в течение 2 лет после имплантации.

Альтернативные подходы

КТ-ангиография может служить менее инвазивной альтернативой катетерной ангиографии. Вместо введения катетера в вену или артерию, КТ-ангиография предполагает только инъекцию контрастного вещества, видимого на КТ, в руку или кисть через внутривенный катетер. КТ-ангиография снижает риск перфорации артерии и инфекции в месте установки катетера. Она позволяет получить трехмерные изображения, которые можно изучать на компьютере, а также измерять размеры желудочков сердца. Можно также визуализировать область инфаркта и отложения кальция в артериях (однако для этого требуется несколько более высокая доза облучения). При этом, преимуществом катетерной ангиографии остается возможность для врача проведения таких процедур, как баллонная ангиопластика или установка стента для улучшения кровотока в артерии.

Ангиография

Визуализация при коронарной ангиографии выполняется с помощью флуороскопии с использованием рентгеновских лучей, что потенциально может повысить риск развития у пациента рака, вызванного облучением. Риск увеличивается с увеличением времени экспозиции, которое включает в себя 1) время, затрачиваемое на введение и вывод катетера в сердце и из сердца, и 2) время, необходимое для визуализации контрастного вещества при проведении ангиографии. Поглощенная доза облучения также зависит от индекса массы тела: у пациентов с ожирением доза в два раза выше, чем у пациентов с нормальным весом; экспозиция для оператора также удваивается. Коронарная ангиография может выполняться трансрадиальным (через запястье) или трансфеморальным (через пах) доступом. Трансрадиальный доступ приводит к несколько большей экспозиции как пациента, так и оператора. В целом, доза облучения пациента может варьироваться от 2 миллизивертов (что эквивалентно примерно 20 рентгенограммам грудной клетки) до 20 миллизивертов. Для конкретного пациента доза облучения может различаться в пределах одного медицинского учреждения и между учреждениями до 121%. Воздействие радиации на оператора можно снизить, используя средства индивидуальной защиты. Дозу облучения пациента можно уменьшить, сократив время флуороскопии.