探索前沿技术，让3D打印助推血管外科发展

刘志学

3D打印技术目前已广泛应用于家电、汽车、工程机械等领域。近年来，3D打印技术在医学领域也得到了广泛应用，并率先应用于骨科和口腔科；同时，3D打印技术在血管外科也得到了逐步应用。

据记者了解，自2014年5月开始，中南大学湘雅医院血管外科主任黄建华教授率领他的团队，即率先在国内将3D打印技术应用于血管外科领域的腹主动脉瘤腔内治疗，取得了显著的临床效果。3年多来，他们在此领域不断探索，取得了诸多成就。

有助于制订更完美的手术方案

2014年6月17日，中南大学湘雅医院对外宣布：该院血管外科和放射科专家在3D打印技术的指导下，为一名八旬老人成功开展了腹主动脉瘤带膜支架腔内隔绝术。此举是3D打印技术在血管外科临床领域的首次尝试。

黄建华教授就此回顾说，2014年5月底，长沙八旬老人文某在湘雅医院检查时发现长有腹主动脉瘤（AAA），且该肿瘤已累及下端双侧髂总动脉（包括髂内动脉和髂外动脉），情况十分危急。

黄建华教授随后解释说，眼下，手术仍然是治疗腹主动脉瘤的唯一方法。早在1991年，Parodi等利用支架型人工血管成功完成了第一例AAA的血管腔内治疗，成为血管外科史上的一个里程碑。此后20余年来，血管腔内技术得到了飞跃发展，AAA的治疗进入了一个全新的微创时代。然而，正常的腹主动脉直径约2 cm，但由于肿瘤不断膨胀的缘故，患者文某的血管如今已经扩张到了6 cm。随着瘤内血液不断流动，肿瘤随时可能像吹气球一样破裂。如此一来，文某极有可能不治而亡。

黄建华教授继续说：“在当时，国外已有可吸收冠状动脉支架应用于人体的报道，3D打印技术打印可吸收支架也正在研究中，但3D打印在腹主动脉瘤腔内治疗中的应用尚未见报道。我们经过深入细致的研究后认为，3D打印技术能让我们在术前便充分了解到腹主动脉瘤的大小、长度、形态、角度等关系，从而为精确选择血管支架、设计手术方案、制订手术入路等提供参考，并提前预计术中存在的困难。”他表示，3D打印技术的指导有利于术者设计出更加完美的手术方案，通过模具可以免去术前的“凭空想象”，走出平面化的局限，给人以更加直观的感受。另外，还能在术前与患者及家属更直观地沟通了解病情，使其加深对手术方案的理解。

于是，针对文某的病情，黄建华教授的团队与3D打印企业展开合作，将患者由CT扫描获得的影像学数据，通过进一步精细化处理后，获取精确化的空间数据，從而转化重建为三维模型，并结合3D打印技术成功将文某的腹主动脉瘤及周围血管等比例地精准打印出来。

当年6月10日，由血管外科黄建华主任、王伟副教授，以及放射科李刚副教授组成的专家团队，在3D打印技术的指导下，成功为文某实施了腹主动脉瘤带膜支架腔内隔绝术，术后效果良好。

“尽管我院开展腹主动脉瘤带膜支架腔内隔绝术已有10年之久，但将3D打印技术应用其中，在当时还是头一回。”黄建华教授回顾完3年前这例“吃螃蟹”的手术案例后欣慰地说。

有助于解决AAA手术诸多问题

由这例手术说开去，黄建华教授坦言，针对腹主动脉瘤（AAA）的血管腔内治疗，术前医生需要考虑和关注的要素很多，例如动脉瘤的位置，瘤颈的长度、大小、角度，瘤腔的大小、有无狭窄，远端髂动脉是否累及，支架远端到达的位置，髂内动脉是否保留等，这些因素都决定了手术的成功与否。复杂的腹主动脉瘤更需要全面衡量如何保留内脏动脉，测量支架的大小、形态、长度，设计手术的入路及锚定点以及术中如何准确释放。目前一般采用术前CTA检查及术中造影来选择支架及决定手术的方式；但2D的平面图像常常存在计算误差较大、术中情况衡量考虑不足等问题，而采用3D打印技术辅助腹主动脉瘤腔内治疗，则可解决上述问题。仅在2014年，黄建华教授和他的团队就开展了3例具有典型意义的3D打印技术辅助腹主动脉瘤腔内治疗病例。

2016年6月底，已届古稀之年的男性患者罗某体检的时候，无意中发现自己患有腹主动脉瘤，辗转当地医院被婉拒治疗后，慕名前来湘雅医院血管外科就诊。黄建华教授接诊后，仔细阅读患者的CTA，发现罗某的腹主动脉瘤瘤颈非常短，瘤体几乎累及双侧肾动脉，是一种近肾型腹主动脉瘤。如果要完全修复腹主动脉，则必须重建双侧肾动脉；而不论是开放手术还是杂交手术，肾上切除腹主动脉瘤创伤都是巨大的，年逾古稀的罗某身体难以承受创伤大的开腹肾上腹主动脉置换手术。

经过科室的大讨论，黄建华教授的团队决定对罗某采取创伤较小的3D打印引导下的开窗分支支架技术修复腹主动脉瘤。简单来讲，就是针对近肾动脉瘤患者，为了达到良好的隔绝效果，覆膜支架必须放置于肾动脉开口上方，甚至肠系膜上动脉、腹腔干动脉水平。为保证重要分支的血流灌注而必须在覆膜支架对应位置上“开窗”。

“但目前世界上并没有专用的分支支架，需要对现有的支架进行手工改造才行。”黄建华教授表示，“开窗”说起来简单，就是在大支架上面开两个孔，然后放上支架，但是实际操作非常困难，全腔内操作，仅能凭导丝导管技术，对术者的技术水平要求很高；而能否准确开窗，是手术成败的关键。一旦开窗稍有偏差，则可能覆盖肾动脉，导致患者急性肾功能不全。

为了准确地在体外开窗，黄建华教授和王伟副教授决定采用3D打印技术。经过充分的术前准备，由黄建华教授和介入科李刚教授等专家组成的手术团队为罗某进行3D打印引导下的开窗分支支架技术修复腹主动脉瘤手术。手术开始后，先在等比例打印出来的腹主动脉瘤3D模型上找到双侧肾动脉开口的位置，然后体外释放覆膜支架进入3D模型，利用3D模型定位肾动脉的开口位置，对支架进行改造，手工缝制mark，回收支架。经过造影，大支架的定位，肾动脉的超选，分支支架的定位释放等一系列步骤相继顺利实施，最终历时5小时完成了在体内改造支架的释放和分支血管的重建，顺利完成了这台采用3D打印引导分支开窗技术全腔内修复近肾型腹主动脉瘤的创新手术，为古稀之年的罗某在修复瘤体的同时，完成了双侧肾动脉的重建。患者罗某术后3天即康复出院。endprint

黄建华教授进一步分析说：“在器械的辅助下，3D打印的3D实物模型与患者体内血管成1∶1的比例，和CTA的成像完全一致，关键血管都显露得非常清楚。根据3D模型，我们可以在术前演示、设计支架的形态、大小以及放置的位置、方法。”他还表示，在传统的CTA平面图上，我们根据扫描的层面来测量支架的长度，这样测出的数据是垂直距离，但往往血管存在弯曲的情况，这样选择的支架长度会覆盖不够，但是在3D打印的动脉瘤模型上，我们完全可以避免这样的问题。因为我们可以测量出完整瘤体、瘤颈的长度，以及各个分支的直径；更可进一步直接用支架置入3D模型中，看看支架是否合适，测验其顺应性和贴壁性，甚至术者能够反复操作和演练手术过程。

黄建华教授总结说：“经过几年的探索，我们认为，应用3D打印的腹主动脉瘤模型，可以帮助我们更加全面地衡量和规划手术治疗，缩短手术时间，减少手术并发症，减轻患者痛苦。总结3D打印技术辅助腹主动脉瘤腔内治疗，其具有六方面的优势：一是比在CTA的基础上诊断更加直观，测量更加精准；二是便于术者设计手术方案；三是便于术者选择订制手术器材；四是便于与患者及家属沟通病情，方便告知患者及家属手术的必要性、手术发生并发症的可能性；五是有利于规避手术风险及制定风险预案；六是对于复杂的开窗分支支架设计更有意义。”

就此技术，黄建华教授展望说：“我院首创的3D打印技术辅助腹主动脉瘤腔内治疗，因其可帮助术前精确制备动脉瘤模型，给血管的腔内治疗指导性作用，其应用前景可观，还可进一步应用于其他血管疾病，如复杂的主动脉夹层腔内治疗，以及肢体或内脏动脉瘤和动脉硬化闭塞等等。随着生物材料技术的发展，将会出现根据病人的具体情况，3D打印的个性化支架应用于血管外科的治疗……”

攻克重重难关，

助推血管外科学科发展

据记者了解，湘雅医院血管外科开展的3D打印技术辅助腹主动脉瘤腔内治疗研究，已经获得了湖南省科技厅重点专项基金和湘雅医院临床科研基金的资助；另据记者了解，开窗及分支支架腔内修复术在国内刚刚起步，国内仅有少数血管外科中心能够开展，而湘雅医院血管外科开展的3D打印引导开窗及分支支架腔内修复技术的应用更是创新之举，这标志着湘雅医院血管外科在治疗复杂腹主动脉瘤领域已经走在了全国前列。

采访中记者还了解到，近年来湘雅医院血管外科发展迅猛，陆续开展了杂交手术、分支支架、原位开窗、预开窗等一系列的新技术，在危重症大动脉血管疾病的诊疗方面居于全国前列。

记者还了解到，湘雅医院是一所历史悠久、技术力量雄厚、学术水平极高的大型综合医院，以其精湛的医术和出色的服务享有盛誉，素有“南湘雅，北协和”之称。湘雅医院血管外科早在上世纪80年代就有所开展，但一直发展缓慢。直到2002年科室派黄建华、刘光强两位医生出去学习，回来开展血管外科的学科建设后，血管外科才取得了较快的发展，目前已经成为湖南省内规模较大的血管外科专业病房。

黄建华教授回忆起初创时期的往事時介绍说：“在当时无前例、无技术的情况下，我们采用走出去、拿回来的办法，积极与介入、CT 等相关科室联合，逐步将血管外科建立起来了。近10年来，我们的血管外科进入了一个迅猛发展期，率先在湖南省内开展了血管腔内治疗，现在腔内血管外科已成为该科的常规治疗手段。2011年开展腹腔干、肠系膜上动脉、肾动脉转流加腹主动脉腔内隔绝术的杂交手术治疗复杂胸腹主动脉瘤；累及主动脉分支的主动脉夹层的烟窗技术、杂交技术也在普遍开展。2012 年年底又在全国较早开展了开槽带分支的胸主动脉覆膜支架治疗主动脉弓部夹层动脉瘤，既保证了主动脉头向三根血管的供血，又完整覆盖了主动脉夹层破口，此为国内领先水平。还开展了各种复杂条件下的胸主动脉夹层的腔内治疗；杂交手术治疗胸腹主动脉动脉瘤；3D打印辅助治疗腹主动脉瘤等。 除此之外，我们还开展了颈动脉狭窄、肾动脉狭窄、下肢动脉硬化闭塞症、各种动静脉瘘、外周动脉瘤等血管疾病的腔内治疗，并使巨创手术变成微创手术，既往不能手术的成为手术的可能。在静脉疾病方面，我们率先开展了下肢静脉曲张的腔内激光治疗和射频治疗，吸引了全国各地的患者前来治疗。”

“除了开展各种血管腔内治疗等微创手术外，各种常规血管手术也已普遍开展。”黄建华教授继续说，“如腹主动脉瘤切除人工血管置换术，各种动脉闭塞症的血管搭桥术，动脉瘤切除、动静脉瘘切除血管重建术，各种血管损伤的抢救血管重建术等；巨大复杂性血管瘤的切除、特殊部位复杂的体表血管病的注射硬化剂治疗也成为了血管外科的另一特色，有来自全省各地和周边省市大量患者接受注射治疗而获益。近些年，我们将以前血管外科很不健全的情况发展成为能完成从腹主动脉瘤、主动脉夹层等大血管疾病治疗，到动脉硬化闭塞症、主髂动脉闭塞症等下肢血管疾病，再到人工动静脉内漏形成等小血管疾病的一整套血管疾病的治疗，建成了系统的血管外科诊治架构。”他还表示，该院血管外科学科形成以后，他们尤其注重人才培养和队伍建设，现有的12名医生全部为博士学位，4人在国外留学1至3年；近几年来，获得了医疗新技术奖6项，省部级科研项目10余项。

“另外，科室要发展，硬件的配备也是不可缺少的。”黄建华教授表示，“血管外科的发展主要集中在介入治疗，其核心设备是DSA机器，然后就是各种耗材。我们争取在近两年内再装一台杂交手术室。血管外科的发展，在于耗材、设备的发展，我们必须引进世界上最先进的技术设备，开展一系列新技术，攻克一个又一个的难关。”

湘雅医院血管外科在着力发展科室建设的同时，还积极开展学术交流活动，其中，仅“湘雅血管论坛”他们就已连续举办了4届，每届都邀请了全国各地的血管外科知名专家，吸引了湖南周围数省的数百同仁，影响辐射中南地区，已成为负有盛名的地区血管学术品牌，大大增强了该科室的影响力。

回到具体的学术话题上，黄建华教授最后警告说：“当前在腹主动脉瘤腔内治疗开展得十分火热的同时，我还需要提醒大家：首先要把握好手术条件和手术指征。刚开始进行腹主动脉瘤腔内治疗的单位，最好选择解剖条件好、符合介入指征的病例；对于超适应症的手术，一定要慎重，不要随便开展。比如短瘤颈，严重扭曲成角，入路狭窄，破裂型腹主动脉瘤等高难度手术，一定要在积累了丰富的经验或在熟练的专家指导的前提下开展。其次，随着手术的开展，其并发症也相继出现，比如内漏，血管闭塞、破裂，支架移位等等，这都需要引起足够的注意，最好是由会做腹主动脉瘤开放性手术的医师来开展腔内手术，这样遇到难题时，才会有更好的解决办法……”

专家简介

黄建华，主任医师，教授，中南大学硕士研究生导师，现任湖南湘雅医院血管外科主任。在肝胆外科、乳腺外科较有特长，尤其在腹主动脉瘤、主动脉夹层动脉瘤、外伤性动静脉瘘、动脉硬化闭塞症等血管疾病的腔内治疗方面深有造诣。能开展各种血管外科常规手术，尤其对复杂的动脉瘤、腹膜后肿瘤以及各种血管意外损伤的处理相当娴熟，曾成功地救治过许多危重的血管损伤患者。现为多家学术刊物编委，湖南省医学会血管外科学组副主任委员。2002年后开展了大量的血管外科新技术，组建了湖南湘雅血管外科中心和湘雅医院血管外科，开展的诸多新技术填补了院内和省内空白，较早在国内开展了下肢静脉曲张的腔内激光治疗和腔内射频治疗。迄今发表学术论文40余篇，参加编著10部，承担省级科研课题6项，获省级科研成果奖2项，已培养多名研究生。endprint