3D打印技術(shù)在復(fù)雜主動(dòng)脈疾病腔內(nèi)治療中的應(yīng)用

葉琨?萬圣云?丁洋

【摘要】目的 探討三維（3D）打印技術(shù)在復(fù)雜主動(dòng)脈疾病腔內(nèi)治療中的應(yīng)用。方法 回顧性分析24例復(fù)雜主動(dòng)脈疾病患者的資料，術(shù)前根據(jù)24例患者的CT血管造影（CTA）進(jìn)行主動(dòng)脈3D重建，將病變區(qū)域進(jìn)行3D打印，選擇中空透明材料制作3D打印模型并消毒，術(shù)中根據(jù)3D打印模型將支架“預(yù)開窗”并縫制鉑金彈簧圈，重裝支架后在體內(nèi)完成主體支架的釋放和分支支架的選擇并釋放。術(shù)后觀察療效、并發(fā)癥和隨訪情況。結(jié)果 24例包括12例復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤、11例胸主動(dòng)脈夾層、1例胸腹主動(dòng)脈瘤，均在術(shù)前完成病變段主動(dòng)脈3D模型打印，根據(jù)模型數(shù)據(jù)輔助制定手術(shù)方案，手術(shù)均順利。24例術(shù)前3D打印模型測量和術(shù)中造影各項(xiàng)數(shù)據(jù)比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均> 0.05）。主動(dòng)脈夾層患者術(shù)后真腔最大直徑較術(shù)前增大、術(shù)后假腔最大直徑較術(shù)前減小;主動(dòng)脈瘤患者術(shù)后瘤體最大直徑較術(shù)前減?。≒均< 0.05）。所有患者術(shù)后均未出現(xiàn)出血、臟器功能損害等嚴(yán)重并發(fā)癥，術(shù)后3個(gè)月復(fù)查CTA顯示支架位置良好，無內(nèi)漏，分支動(dòng)脈血供良好。結(jié)論 3D打印技術(shù)能使復(fù)雜主動(dòng)脈疾病的腔內(nèi)治療更加精準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜主動(dòng)脈疾病;腔內(nèi)治療;3D打印技術(shù)

Application of 3D printing technology in endovascular treatment of complex aortic disease Ye Kun， Wan Shengyun， Ding Yang. Department of Vascular Surgery， the Second Hospital of Anhui Medical University， Hefei 230601， China Corresponding author， Wan Shengyun， E-mail： wshy63@ sina. com

【Abstract】Objective To evaluate the application of three-dimensional （3D） printing technology in the endovascular treatment of complex aortic disease. Methods Clinical data of 24 patients with complex aortic disease were retrospectively analyzed. Three-dimensional reconstruction of the aorta was performed according to preoperative CT angiography （CTA） of 24 patients. The diseased area was subjected to 3D printing. Hollow transparent materials were employed to produce and sterilize 3D printing models. Intraoperatively， pre-fenestration of the stent was carried out and the platinum coils were sewed around the holes of the covered stent based upon the 3D printing models. After stent reassembly， the releasing of the covered stent and the selection and releasing of the branch stent were performed. Postoperative efficacy， complications and follow-up prognosis were observed. Results Among 24 patients， 12 cases were diagnosed with complex abdominal aortic aneurysm， 11 cases of thoracic aortic dissection and 1 case of thoracoabdominal aortic aneurysm. All 3D printing models of the aortic lesion were accomplished preoperatively. The surgical plans were determined based on the data of 3D printing models. All patients successfully underwent the surgery. The data of preoperative 3D printing models did not significantly differ from intraoperative CTA data （all P > 0.05）. For patients with aortic dissection， the maximum diameter of the true lumen was significantly increased， whereas that of the false lumen was considerably decreased after surgery （both P < 0.05）. For aortic aneurysm patients， the maximum diameter of the aneurysm was significantly decreased after surgery （P < 0.05）. No severe complications， such as bleeding or organ failure， occurred postoperatively. CTA at postoperative 3 months showed that the stents were located in proper position， no internal leakage and good blood supply of branch arteries. Conclusion Application of 3D printing technology can enhance the accuracy of endovascular treatment of complex aortic disease.

【Key words】Complex Aortic disease;Endovascular treatment;Three-dimensional printing technology

復(fù)雜主動(dòng)脈疾病的腔內(nèi)治療一直是血管外科的難點(diǎn)，包括累及弓上分支的胸主動(dòng)脈夾層、破口位于內(nèi)臟區(qū)的胸主動(dòng)脈夾層、胸腹主動(dòng)脈瘤、復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤等。延長錨定區(qū)、保證重要分支動(dòng)脈血供一直是腔內(nèi)治療面臨的挑戰(zhàn)[1]。而“開窗”“煙囪”“分支支架”“轉(zhuǎn)流”等分支重建技術(shù)就是重要的解決手段?！伴_窗”技術(shù)的難點(diǎn)在于位置的確定，僅僅依靠術(shù)前影像學(xué)方法往往不夠精確，容易導(dǎo)致開窗位置和分支支架不匹配，進(jìn)而影響分支動(dòng)脈的血運(yùn)[2]。隨著三維（3D）打印技術(shù)的發(fā)展和普及，我們可以建立1∶1的精確模型，通過術(shù)前測量、3D打印模型上規(guī)劃“開窗”位置、術(shù)中體外在覆膜支架上“預(yù)開窗”實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位[3]。但3D打印出的模型，是否可以與實(shí)際病變的幾何參數(shù)做到完全匹配，之前的研究甚少涉及。就此問題我們采用詳細(xì)的主動(dòng)脈形態(tài)學(xué)測量方法對術(shù)前3D打印模型和術(shù)中測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，希望了解3D打印模型是否能對真實(shí)病變主動(dòng)脈準(zhǔn)確建模。

對象與方法

一、研究對象

收集安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院血管外科2019年8月1日至2020年12月30日進(jìn)行的3D打印模型輔助全腔內(nèi)修復(fù)治療復(fù)雜主動(dòng)脈疾病患者的臨床資料。所有患者均經(jīng)CT血管造影（CTA）明確診斷，納入標(biāo)準(zhǔn)：被診斷為累及弓上分支的胸主動(dòng)脈夾層、破口位于內(nèi)臟區(qū)的胸主動(dòng)脈夾層、胸腹主動(dòng)脈瘤和復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤，能夠耐受全身麻醉，能夠接受手術(shù)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：患馬凡綜合征、多發(fā)性大動(dòng)脈炎、自身免疫性疾病及不能接受手術(shù)者。共入組24例患者，男14例、女10例，年齡（56.0±13.1）歲。24例接受的手術(shù)如下：12例累及雙腎動(dòng)脈的復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤行腔內(nèi)修復(fù)，7例累及弓上分支的胸主動(dòng)脈夾層行腔內(nèi)修復(fù)，4例遠(yuǎn)端破口位于內(nèi)臟區(qū)的胸主動(dòng)脈夾層行腔內(nèi)修復(fù)，1例Crawford V型胸腹主動(dòng)脈瘤行腔內(nèi)修復(fù)?；颊咝g(shù)前均完成常規(guī)檢查。本研究通過我院醫(yī)學(xué)倫理委員會審批（批號：SL-LC2019050）。

二、主動(dòng)脈CTA 3D重建和3D打印模型

所有患者術(shù)前均行主動(dòng)脈CTA，采用德國西門子SOMATOM Force雙源CT，經(jīng)肘靜脈注射造影劑碘帕醇（370 mg/ml），注射流速5 ml/s，總量85 ml，掃描層厚5 mm，重建層厚0.625 mm，輸出DICOM格式原始數(shù)據(jù)文件。CT原始數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics 16.0軟件，進(jìn)行主動(dòng)脈3D重建，提取病灶部位，并以STL格式導(dǎo)出模型，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)上的ChiTuBox切片軟件進(jìn)行打印調(diào)整，調(diào)整后以CBDDLP格式保存3D模型，將CBDDLP文件拷貝到SD卡，以聚已內(nèi)酯材料在3D打印機(jī)進(jìn)行病變段主動(dòng)脈形態(tài)3D打印，3D打印后經(jīng)等離子滅菌包裝。本研究僅對病變段主動(dòng)脈進(jìn)行3D打印建模，并不是對主動(dòng)脈進(jìn)行整體打印，節(jié)省了時(shí)間，也避免了因正常段主動(dòng)脈扭曲形態(tài)等原因造成的支架輸送系統(tǒng)進(jìn)入模型困難。

三、術(shù)前評估

根據(jù)患者術(shù)前CTA 3D重建結(jié)果和3D打印模型，測量夾層破口大小、主動(dòng)脈直徑（近遠(yuǎn)端錨定區(qū)或近遠(yuǎn)端瘤頸、雙側(cè)髂股動(dòng)脈等）及病變長度、分支動(dòng)脈情況（直徑、開口位置、適宜C臂角度），觀察入路血管、主動(dòng)脈弓型、瘤頸等成角及扭曲情況。討論分析手術(shù)方案、支架選擇、備用方案如“煙囪”技術(shù)等。向患者及其家屬展示3D打印模型，充分告知目前的治療方案包括開放手術(shù)、腔內(nèi)修復(fù)和保守治療等方式，該研究中的24例患者均因開放手術(shù)的創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢決定選擇腔內(nèi)修復(fù)，充分告知其腔內(nèi)修復(fù)手術(shù)的圍術(shù)期風(fēng)險(xiǎn)，取得其理解，患者均簽署知情同意書。

四、術(shù)中操作

1. 支架的準(zhǔn)備

將主動(dòng)脈覆膜支架（記憶合金血管支架，北京有研公司;Endurant，美敦力公司）釋放在術(shù)前定制并消毒好的空心透明的1∶1病變段主動(dòng)脈3D打印模型中，按照3D打印模型中預(yù)先開孔的位置在主動(dòng)脈覆膜支架上用無菌標(biāo)記筆描記分支動(dòng)脈開口位置。取出覆膜支架后用電灼筆或顯微剪刀按照描記位置、大小“開窗”。用5-0 Prolene縫線將鉑金彈簧圈（COOK）連續(xù)縫合在窗口邊緣。對于動(dòng)脈瘤患者，為預(yù)防內(nèi)漏，一般縫合10 ～ 20 mm短覆膜支架于“窗口”外以增加主體支架和分支支架間的接觸面積。沿主體支架長軸穿行V18導(dǎo)絲并使用5-0 Prolene縫線對主體支架相鄰節(jié)段進(jìn)行縫合，“束徑”縮窄主體支架至少30%以方便其在主動(dòng)脈中調(diào)整位置。最后將制備好的支架重裝回輸送系統(tǒng)。

2. 分支動(dòng)脈的導(dǎo)管預(yù)置

對于主動(dòng)脈夾層繼發(fā)破口、胸腹主動(dòng)脈瘤及復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤的治療，在準(zhǔn)備支架的同時(shí)，另一組醫(yī)師從術(shù)前規(guī)劃的入路（一般是主體支架入路對側(cè)的股動(dòng)脈或肱動(dòng)脈）預(yù)置導(dǎo)管超選至各分支動(dòng)脈，以備“窗口”對位不準(zhǔn)確緊急放置“煙囪”支架保證分支動(dòng)脈血供。

3. 主體支架和分支支架的植入

經(jīng)股動(dòng)脈順超硬導(dǎo)絲導(dǎo)入主體支架至預(yù)定位置，先釋放支架近心端1 ～ 2個(gè)節(jié)段，調(diào)整支架“開窗”位置至相應(yīng)的分支動(dòng)脈。經(jīng)上肢動(dòng)脈或?qū)?cè)股動(dòng)脈進(jìn)入主體支架，超選各分支動(dòng)脈后跟進(jìn)長鞘，退出預(yù)置導(dǎo)管，繼續(xù)釋放主體支架至下一個(gè)預(yù)“開窗”節(jié)段。經(jīng)長鞘導(dǎo)入分支支架至合適位置，抽出V18“束徑”導(dǎo)絲，依次釋放各分支支架（Fluency，Bard公司;Viabahn，Gore公司），再次造影確定支架無內(nèi)漏。

五、術(shù)后隨訪

術(shù)后3個(gè)月進(jìn)行門診隨訪，行主動(dòng)脈CTA評估支架內(nèi)通暢情況、是否存在內(nèi)漏、瘤腔/真假腔直徑和分支動(dòng)脈供血情況。

六、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。術(shù)前3D打印模型測量及術(shù)中數(shù)字減影血管造影（DSA）各項(xiàng)指標(biāo)量（包括破口大小、破口距頭臂干距離、病變長度、瘤體最大直徑、內(nèi)臟動(dòng)脈直徑）、術(shù)前及術(shù)后真假腔最大直徑和瘤體最大直徑均為計(jì)量資料。經(jīng)檢驗(yàn)全部計(jì)量資料均符合正態(tài)分布，以表示，計(jì)量資料的比較采用配對t檢驗(yàn)。P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、一般情況

所有患者均完成術(shù)前增強(qiáng)CT 3D重建和病變段主動(dòng)脈模型3D打印，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對術(shù)前3D打印模型測量的指標(biāo)（破口直徑、破口距頭臂干距離、近端真腔直徑、近端假腔直徑、瘤體最大直徑、分支動(dòng)脈直徑）和術(shù)中主動(dòng)脈DSA比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表1、2。根據(jù)術(shù)前測量的重要數(shù)據(jù)制定手術(shù)方案，并指導(dǎo)術(shù)中操作，24例手術(shù)均順利，圍術(shù)期無死亡病例，未發(fā)生出血、臟器功能損害等嚴(yán)重的并發(fā)癥。

二、胸主動(dòng)脈夾層的治療結(jié)果

11例患者為Stanford B型主動(dòng)脈夾層，其中10例因破口距離左鎖骨下動(dòng)脈< 1 cm，錨定區(qū)不足，術(shù)中成功放置覆膜支架并通過“開窗”技術(shù)保留了左頸總動(dòng)脈和左鎖骨下動(dòng)脈。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查CTA，支架位置良好，未見內(nèi)漏，近端破口封堵滿意，分支動(dòng)脈血供良好，見圖1A ～ D。另1例因遠(yuǎn)端破口靠近腸系膜上動(dòng)脈，在處理完近端破口后3個(gè)月再次入院，術(shù)中同樣通過“開窗”技術(shù)成功保留了腹腔干和腸系膜上動(dòng)脈，因該例患者腎衰竭、雙腎萎縮，故未再行雙腎動(dòng)脈“開窗”。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查CTA，顯示支架位置良好，未見內(nèi)漏，遠(yuǎn)端破口封堵滿意，分支動(dòng)脈血供良好，見圖1E ～ H。

三、胸腹主動(dòng)脈瘤的治療結(jié)果

1例患者為Crawford V型胸腹主動(dòng)脈瘤，因瘤體累及腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈，距離雙腎動(dòng)脈較近（< 1 cm），錨定區(qū)不足，借助術(shù)前3D打印模型，成功在主體覆膜支架（Ankura，深圳先?。┥贤ㄟ^“開窗”技術(shù)保留了腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈、雙腎動(dòng)脈。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查CTA，顯示支架位置良好，未見內(nèi)漏，分支動(dòng)脈血供良好，見圖2A ～ D。

四、復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤的治療結(jié)果

12例患者為累及雙腎動(dòng)脈的復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤，術(shù)中成功進(jìn)行雙腎動(dòng)脈“開窗”。1例患者因瘤頸扭曲，距離腸系膜上動(dòng)脈較近（< 1 cm），錨定區(qū)不足，成功進(jìn)行雙腎動(dòng)脈及腸系膜上動(dòng)脈“開窗”。在“開窗”主體支架下方按照常規(guī)腹主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)式順利釋放主體支架和髂支（Endurant，美敦力公司），由于瘤頸扭曲處直徑細(xì)，故設(shè)計(jì)將第2枚支架在此處與第1枚支架重疊形成“裙邊”樣結(jié)構(gòu)，從而避免了內(nèi)漏。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查CTA，支架位置良好，未見內(nèi)漏，分支動(dòng)脈血供良好，見圖2E ～ H。

五、隨訪結(jié)果

本研究24例患者術(shù)后3個(gè)月均完成主動(dòng)脈CTA，均提示支架位置良好，無內(nèi)漏，分支動(dòng)脈血供良好。經(jīng)過3 ～ 12個(gè)月的隨訪，本組患者的總體死亡率為0，再干預(yù)率為0。主動(dòng)脈夾層患者術(shù)后真腔最大直徑[（31.618±2.119）mm]較術(shù)前[（27.891±2.653）mm]增大（P < 0.05），而術(shù)后假腔最大直徑[（32.318±3.757）mm]較術(shù)前[（36.682±4.458）mm]減?。≒ < 0.05），主動(dòng)脈瘤患者術(shù)后瘤體最大直徑[（46.431±3.697）mm] 較術(shù)前[（49.462±3.719）mm]減?。≒ < 0.05），見表3。

討論

3D打印技術(shù)被譽(yù)為制造業(yè)的一次“工業(yè)革命”，在航天工業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域均展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值。累及弓上分支的胸主動(dòng)脈夾層、破口位于內(nèi)臟區(qū)的胸主動(dòng)脈夾層、胸腹主動(dòng)脈瘤和復(fù)雜腹主動(dòng)脈瘤均是血管外科治療難點(diǎn)[4]。這類復(fù)雜主動(dòng)脈疾病的腔內(nèi)治療往往要選用分支或“開窗”支架保證重要臟器的血供，這需要術(shù)前精準(zhǔn)的測量和術(shù)中準(zhǔn)確的操作，這些在3D打印技術(shù)普及之前很難做到。近年來，隨著3D打印技術(shù)廣泛的應(yīng)用，該類疾病的術(shù)式也由“復(fù)合手術(shù)”逐漸向“全腔內(nèi)手術(shù)”轉(zhuǎn)變[5-6]。

常規(guī)的胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)和腹主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)手術(shù)，在病變近端需要預(yù)留的錨定區(qū)至少超過15 mm。對于上述復(fù)雜主動(dòng)脈疾病往往需要覆蓋分支動(dòng)脈以增加錨定區(qū)，而“開窗”技術(shù)則可有效保留分支動(dòng)脈血供。2019年歐洲血管外科協(xié)會認(rèn)為近腎腹主動(dòng)脈瘤的治療決策是復(fù)雜且需要個(gè)體化的，雖然數(shù)據(jù)有限，但指南認(rèn)為“開窗”技術(shù)稍優(yōu)于“煙囪”技術(shù)，但是后者可作為急診的替代選擇[7-8]。Ho等[9]比較了患者主動(dòng)脈CTA和3D打印模型的結(jié)果，兩者誤差< 1 mm，這樣的誤差在臨床上是可接受的。在本研究中，我們將術(shù)前3D打印模型的數(shù)據(jù)和術(shù)中DSA的數(shù)據(jù)作了對照，經(jīng)分析兩者無明顯差異，佐證了上述觀點(diǎn)。目前3D打印模型制備可以在6 h內(nèi)完成，所用時(shí)間短[10]。我們只對病變段主動(dòng)脈做了3D打印模型，既節(jié)省了時(shí)間，也避免了因正常段主動(dòng)脈形態(tài)扭曲等原因造成的支架輸送系統(tǒng)進(jìn)入模型困難的問題。

3D打印技術(shù)可1∶1直視主動(dòng)脈形態(tài)及各分支動(dòng)脈解剖關(guān)系，有助于更直觀的視覺理解，通過測量距離、角度等可獲得更客觀的數(shù)據(jù)[11-12]。本組24例患者均采用了目前廣泛應(yīng)用的“預(yù)開窗”技術(shù)，即在體外將主動(dòng)脈覆膜支架釋放在透明中空材料3D打印模型中，預(yù)先對支架進(jìn)行體外“開窗”，然后再準(zhǔn)確釋放至病變部位，該方法克服了原位“開窗”技術(shù)體內(nèi)破膜造成支架損害無法修補(bǔ)、需轉(zhuǎn)流等問題[13]。本研究中所有患者分支動(dòng)脈通暢率為100%，李逢時(shí)等（2020年）及Lombardi等（2020年）認(rèn)為這可能與3D打印技術(shù)對于“開窗”位置的確定更準(zhǔn)確有關(guān)。本研究的短期隨訪CTA結(jié)果顯示主動(dòng)脈夾層患者術(shù)后真腔有所擴(kuò)大，假腔有所縮小;而主動(dòng)脈瘤患者術(shù)后瘤體最大直徑有所減小，提示主動(dòng)脈重塑良好。但是該結(jié)果仍需要大樣本量、中長期隨訪的研究證實(shí)。

綜上所述，3D打印技術(shù)輔助復(fù)雜主動(dòng)脈疾病的腔內(nèi)治療是安全且有效的，可使血管疾病的腔內(nèi)治療更為精準(zhǔn)、高效。

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（收稿日期：2021-03-26）

（本文編輯：洪悅民）