3D打印技術(shù)在經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換手術(shù)中應(yīng)用價(jià)值分析

陳 強(qiáng)， 姜 益， 郝軍軍， 郭鋒偉， 何 勇， 屈航英， 鄭幸龍， 郜 揚(yáng)

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 心血管外科，陜西 西安 710061

心臟瓣膜病是心血管外科常見的疾病類型，現(xiàn)有的治療方式主要包括外科手術(shù)和介入手術(shù)兩種。針對(duì)主動(dòng)脈瓣病變，2017年歐洲心臟病學(xué)會(huì)指南和2017年美國心臟協(xié)會(huì)/美國心臟病學(xué)會(huì)發(fā)布瓣膜性心臟病相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]。長期隨訪和大型臨床試驗(yàn)研究表明，在中危主動(dòng)脈瓣狹窄患者中，經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)的患者遠(yuǎn)期預(yù)后不劣于傳統(tǒng)外科手術(shù)[2-3]。二尖瓣病變病因多見于風(fēng)濕熱、心肌梗死后瓣下結(jié)構(gòu)病變等，手術(shù)治療的長期效果優(yōu)于藥物治療[4]。由于目前瓣膜病變患者主動(dòng)脈瓣鈣化嚴(yán)重，二尖瓣病變多樣、瓣下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，術(shù)前病情評(píng)估尤其重要[5]。3D打印技術(shù)通過術(shù)前采集患者高分辨率CT及心臟超聲影像，應(yīng)用3D打印軟件重建患者的心血管模型，可直觀地展示瓣膜結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)特征。臨床醫(yī)師可以術(shù)前應(yīng)用等比例大小的3D打印模型直接觀察、模擬及優(yōu)化手術(shù)過程，精準(zhǔn)定位瓣膜釋放部位，從而縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)安全性[6]。本研究旨在探討3D打印技術(shù)在經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取自2019年4月至2021年4月于西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管外科行經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)的16例患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥65歲；(2)主動(dòng)脈瓣重度狹窄、主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全的中高危患者，具有經(jīng)導(dǎo)管瓣膜置換手術(shù)指征；(3)手術(shù)均由同一組醫(yī)師完成，術(shù)后規(guī)律隨訪；(4)經(jīng)心臟超聲、計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影(computed tomography angiography，CTA)等影像檢查后制定3D打印模型。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)凝血功能異常，合并其他嚴(yán)重心血管疾病者；(2)肝、腎、肺功能異常者；(3)合并惡性腫瘤者。根據(jù)術(shù)前是否進(jìn)行3D打印將患者分為A組(n=9)與B組(n=7)。A組中，男性4例，女性5例；年齡65～81歲，平均年齡(70.1±4.7)歲；歐洲心臟手術(shù)危險(xiǎn)因素評(píng)分中危6例，高危3例；病變類型：主動(dòng)脈瓣狹窄7例，主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全2例；主動(dòng)脈瓣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二葉畸形4例，瓣葉鈣化8例。B組中，男性4例，女性3例；年齡65～82歲，平均年齡(70.7±4.6)歲；歐洲心臟手術(shù)危險(xiǎn)因素評(píng)分中危5例，高危2例；病變類型：主動(dòng)脈瓣狹窄6例，主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全1例；主動(dòng)脈瓣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二葉畸形5例，瓣葉鈣化6例。兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法 兩組患者均行經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)。A組術(shù)前通過心臟超聲、CTA等影像資料制定手術(shù)方案，選取匹配的瓣膜型號(hào)。B組術(shù)前通過3D打印的心臟局部模型制定手術(shù)方案，選擇匹配的瓣膜型號(hào)，在術(shù)前實(shí)物模型上模擬瓣膜釋放部位、角度、錨定點(diǎn)及釋放過程。

1.3 3D打印心臟模型制作過程 采集CTA數(shù)據(jù)，將DICOM格式圖像資料直接導(dǎo)入Materialise(比利時(shí)魯汶)公司制作的Mimics軟件進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)和半自動(dòng)圖像分割，使用閾值分割功能提取心血管結(jié)構(gòu)，重建完成后導(dǎo)出STL格式文件，然后導(dǎo)入到Geomagic Studio軟件進(jìn)行模型優(yōu)化處理，為3D打印做準(zhǔn)備。最后，將優(yōu)化后的STL文件導(dǎo)入3D打印軟件進(jìn)行打印，打印完成后去除支撐填充物并用溶劑進(jìn)行清洗，得到所需的心臟模型。見圖1。

圖1 3D打印心臟模型的制作過程

1.4 觀察指標(biāo) 觀察兩組的手術(shù)情況及預(yù)后情況。手術(shù)情況包括手術(shù)時(shí)間、造影劑用量、術(shù)后ICU滯留時(shí)間及住院時(shí)間。并發(fā)癥包括瓣周漏、新發(fā)心律失常/傳導(dǎo)阻滯。

2 結(jié)果

2.1 B組患者3D打印瓣膜模型 3D打印模型可精確地呈現(xiàn)出主動(dòng)脈根部解剖結(jié)構(gòu)，清晰地顯示瓣膜及瓣環(huán)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、位置、鈣化部位及其毗鄰結(jié)構(gòu)關(guān)系。見圖2。

病例號(hào)主動(dòng)脈瓣類型正面觀背面觀上面觀底面觀1二葉畸形2四葉畸形3二葉畸形4二葉畸形5二葉畸形6三葉畸形7二葉畸形 ②

2.2 兩組患者手術(shù)情況比較 B組手術(shù)時(shí)間短于A組，造影劑用量低于A組，兩組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組患者術(shù)后ICU滯留時(shí)間、住院時(shí)間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 兩組患者手術(shù)情況比較

2.3 兩組患者并發(fā)癥發(fā)生情況比較 A組術(shù)后發(fā)生瓣周漏6例，新發(fā)心律失常/傳導(dǎo)阻滯3例。B組術(shù)后發(fā)生瓣周漏1例，新發(fā)心律失常/傳導(dǎo)阻滯1例。B組并發(fā)癥發(fā)生率為28.6%(2/7)，低于A組的100.0%(9/9)，兩組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3 討論

經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)是一種相對(duì)較新且發(fā)展迅速的治療方法。該技術(shù)需要大量臨床經(jīng)驗(yàn)的積累，且學(xué)習(xí)曲線陡峭。目前，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)訓(xùn)練方法需要使用動(dòng)物模型，但代價(jià)高昂且難以獲得；使用人工心臟模型練習(xí)解剖結(jié)構(gòu)設(shè)定有限，制造成本高。而3D打印技術(shù)的3D數(shù)據(jù)信息及實(shí)體模型可以在相應(yīng)患者治療結(jié)束后長期保存，在臨床教學(xué)中作為訓(xùn)練樣本，通過建立血流動(dòng)力學(xué)模型，模擬重建手術(shù)操作過程。

2020年，Ali等[7]根據(jù)《3D打印指南和臨床適用場景》[8]，對(duì)不同成人心臟病是否適用于3D打印進(jìn)行評(píng)分，其中，經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)、經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣置換術(shù)均為9分(最適用)[9]。在適合應(yīng)用的基礎(chǔ)上，臨床對(duì)3D打印技術(shù)不斷優(yōu)化，以期獲得確切的臨床獲益。與常規(guī)外科手術(shù)正中開胸心內(nèi)直視下完成不同，經(jīng)導(dǎo)管心臟瓣膜置換手術(shù)需在心血管外科、影像科、麻醉科、介入科等多學(xué)科協(xié)作診療下進(jìn)行。術(shù)前通過X線、超聲心動(dòng)圖、CTA等影像檢查得到心臟及大血管的影像數(shù)據(jù)，術(shù)中應(yīng)用造影劑顯影心臟結(jié)構(gòu)，調(diào)整DSAX球管投照角度，判斷瓣膜釋放位置[10]。整個(gè)過程基于二維平面或模擬重建圖像，要求醫(yī)師具備豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)及較強(qiáng)的空間思維能力。而借助3D打印技術(shù)，通過將瓣膜圖像實(shí)物化，將平面數(shù)據(jù)及圖形轉(zhuǎn)換為立體模型，可直接地觀察到主動(dòng)脈環(huán)的形狀和大小、鈣化分布情況、冠狀動(dòng)脈開口位置等細(xì)節(jié)特征，選擇合適的瓣膜型號(hào)，模擬手術(shù)操作，從多角度觀察、評(píng)估手術(shù)效果，預(yù)防手術(shù)并發(fā)癥及冠狀動(dòng)脈阻塞。因此，在經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換手術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)可以提高手術(shù)方案的安全性和有效性[11-12]。

本研究中，B組手術(shù)時(shí)間短于A組，造影劑用量低于A組，說明3D打印技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換手術(shù)可以避免術(shù)中轉(zhuǎn)變手術(shù)方案，減少造影劑用量及透視次數(shù)，從而起到縮短手術(shù)時(shí)間、加速康復(fù)的作用。瓣周漏和傳導(dǎo)阻滯是介入瓣術(shù)后常見的并發(fā)癥，與瓣膜解剖結(jié)構(gòu)、手術(shù)操作和生物瓣膜特點(diǎn)相關(guān)。因此，通過對(duì)3D心臟瓣膜模型進(jìn)行觀察，可以明確生物假體瓣膜與心臟解剖結(jié)構(gòu)之間的匹配程度，改進(jìn)手術(shù)方案，從而降低術(shù)后并發(fā)癥和死亡的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[13]。術(shù)后瓣周漏是由于生物瓣膜框架與原瓣環(huán)之間密封不充分、存在間隙，血液經(jīng)瓣周出現(xiàn)回流[14]。有研究表明，使用3D模型的經(jīng)導(dǎo)管瓣置換術(shù)可降低瓣周漏的發(fā)生率并改善預(yù)后[15]。本研究中，B組患者術(shù)前通過3D模型反復(fù)模擬手術(shù)操作過程，選擇合適的釋放與錨定位置，避免了反復(fù)試探性操作及位置判斷失誤，該組患者手術(shù)過程無瓣膜脫落或腦梗死發(fā)生，僅1例術(shù)后輕度瓣周漏，未特殊干預(yù)；A組6例患者術(shù)后出現(xiàn)不同程度的瓣周漏，其中，2例在首次釋放瓣膜后移位明顯、造影見大量反流，再次放置瓣膜支架后反流消失，另有1例術(shù)中瓣膜脫落、術(shù)后發(fā)生腦梗死，結(jié)合術(shù)前CT影像可見主動(dòng)脈及瓣膜多發(fā)鈣化，考慮該例患者因主動(dòng)脈瓣環(huán)鈣化嚴(yán)重，術(shù)中瓣膜釋放后生物瓣膜框架與瓣環(huán)難以充分貼合，移位過程中引起瓣膜及主動(dòng)脈鈣化斑塊脫落，引起腦梗死，后期循環(huán)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)神經(jīng)內(nèi)科進(jìn)一步治療。

綜上所述，3D打印技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)效果顯著，能夠縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)安全性，減少并發(fā)癥。但本研究樣本量少，仍需進(jìn)一步研究。