3D打印在复杂主动脉疾病个体化腔内治疗中的应用价值

马磊， 刘纯， 郭小梅， 潘友民， 郑智

3D打印技术主要是以CT或MRI扫描获得的数据或计算机技术辅助设计的数字模型文件为基础，运用各种可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术目前已经广泛应用于包括骨科、颅面、颌面外科等在内的临床医学方面，但在心血管外科方面的应用较少[1]。既往3D打印技术应用前，我们主要通过胸腹主动脉血管成像(computed tomography angiography，CTA)和术中造影情况来制定腔内修复术(endovascular aortic repair,EVAR)的手术方案，但对于复杂主动脉病变的患者，腔内治疗存在一定难度，仍存在较高的并发症发生率[2]。国内外最新研究显示，借助3D打印技术能更好地理解疾病的解剖定位及模拟手术过程[3,4]。笔者尝试将3D打印技术应用于复杂主动脉病变的腔内修复，探讨3D打印技术在指导主动脉疾病个体化腔内治疗中的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

搜集3例复杂主动脉病变患者，其中包括1例病变邻近主动脉弓远端的Stanford B型主动脉夹层，1例累及升主动脉但原发破口位于降主动脉的逆撕Stanford A型主动脉夹层，1例解剖迂曲的肾动脉下型腹主动脉瘤。

3例患者均通过CTA明确诊断为主动脉夹层。病例1，女，53岁，因胸背部疼痛3天入院，CTA示升主动脉周围低密度壁间血肿，破口位于左锁骨下动脉远端侧壁，大小为6.4 mm，近端破口距左颈总动脉远侧壁约12.9 mm，近侧壁20.5 mm，胸腹主动脉全程及左侧髂动脉可见双腔结构，并可见多发破口，腹腔干、肠系膜上动脉、右肾动脉有真腔供血，左肾由双腔供血；CTA结果显示近端锚定区不足。病例2，男，64岁，因突发胸痛7 h入院，CTA示升主动脉及降主动脉可见双腔结构，范围至肠系膜上动脉水平，头臂干近段受累，假腔内血栓形成，右颈总动脉近段受累，左颈总动脉及左锁骨下动脉未累及，腹腔干肠系膜上动脉由双腔供血；破口位于降主动脉，升主动脉为逆撕累及。病例3，男，46岁，因突发上腹痛2天入院，CTA示腹主动脉末段可见瘤样膨大 ，最大截面大小约为9.2 cm×5.5 cm×5.6 cm，腹腔干、肠系膜上动脉及双侧肾动脉起始走行分支显示未见异常。

2.3D打印模型

采用Philips 256排CT采集CTA图像，扫描范围为主动脉弓以上水平至耻骨联合水平以下的双侧股动脉，扫描层厚为5 mm，重建层厚为0.625 mm，根据体重计算对比剂(优维显)用量，注射流率为3 mL/s，扫描数据以DICOM格式传送。用基于阈值的图像分割方法对血管图像进行提取，获取的血管图像及其源数据通过Mimics20.0三维重建软件进行后处理。根据主动脉弓上的左锁骨下动脉(left subclavian artery,LSA)和左侧颈总动脉(left common carotid artery,LCCA)的空间位置及病理层病变位置，去除所述主动脉夹层图像周围的干扰图像数据，确定所述主动脉夹层待打印图像数据；将所述主动脉夹层的待打印图像数据的空间位置进行连接，获取主动脉夹层的三维图像数据，保存为三维图像文件STL格式，导入至Magics 13.0打印机软件，选取白色光敏树脂、彩色光敏树脂进行实物模型打印。

通过3D打印技术评估以下情况：①主动脉夹层破口位置及其与主动脉弓上分支血管的关系；②主动脉弓上分支的三维毗邻关系；③模拟导丝从股动脉通过真腔进入到升主动脉的过程；④模拟释放支架后，支架形态与主动脉壁的关系；⑤腹主动脉瘤与肾动脉的距离，瘤颈成角及与髂动脉的关系。通过体外模拟支架释放过程制定个体化治疗方案。

结 果

1.个体化手术方案制定

根据3D打印模型制定个体化手术方案如下：1例行左锁骨下动脉+左颈总动脉开窗(图1)，1例累及升主动脉但原发破口位于降主动脉的逆撕Stanford A型主动脉夹层行单纯腔内修复(图2)，1例解剖迂曲的肾动脉下型腹主动脉瘤成功行腔内隔绝术(图3)。

手术在杂交手术室进行。患者取平卧位，全麻后常规消毒双侧腹股沟区皮肤，铺无菌单，经腹股沟小切口游离股动脉，穿刺置入造影导管在数字减影血管造影条件下行主动脉造影，判断主动脉病变位置，与术前3D打印模型进行对比(图1b)，进一步确定术前根据3D打印所制定的方案，选择需开窗的血管，测量开窗动脉直径及其与待锚定区距离，测量待锚定区动脉直径，选择直径大于锚定区15%～20%的覆膜支架。体外部分释放支架，根据术前模拟的情况，用电灼笔在覆膜支架上烧开需要直径宽度的开口，再将开窗支架重新装回内鞘备用。对于破口位于降主动脉的病例2(图2b)，根据3D打印模型准确定位，成功进行腔内治疗。对于瘤颈短且扭曲的动脉瘤病例3(图3b)，根据3D打印模型可以准确定位及制定支架置入方案，实体测量瘤颈及瘤体的长度和角度，确定锚定区的位置，成功指导腔内治疗。然后置入超硬导丝，将覆膜支架导入系统沿导丝经股动脉导入主动脉弓锚定区位置，控制收缩压≤100 mmHg ，心率≤80次/min，透视下释放支架。支架置入后须再次行主动脉造影，以评估治疗效果。

2.围手术期情况

3例患者术中造影均显示无内漏(图3c)，开窗血管血流通畅。无支架移位、截瘫、神经系统并发症发生。

3.随访结果

图1 病例1。a) 术前主动脉的3D打印模型图，箭头所指为夹层撕裂的假腔； b) 术中造影图，箭头所指为支架覆盖LSA及LCCA； c) 术后复查CTA重建图像，箭头所指为支架覆盖LSA及LCCA。 图2 病例2。a) 术前主动脉3D打印模型图，箭头 所指为夹层撕裂的血管； b) 术中造影图； c) 术后复查CTA图像。

随访3、6、12个月，2例夹层患者症状消失，复查CTA显示无内漏，升主动脉无逆撕，开窗血管通畅，假腔血栓化，无支架移位及支架远端进展等情况(图1c、2c)。病例3复查CTA显示腹主动脉瘤血栓化，无内漏，腹腔分支血管显影正常(图3d)。

讨 论

3D打印技术是近年来一种新兴的制造技术，可通过计算机辅助设计读取数据，经过数据转换一层一层地自动建造三维物体[1]。3D打印在形态学方面有很好的展现能力，目前已经在骨科、口腔科等医学领域有广泛的应用，但在主动脉领域的应用还处于起步阶段，主要应用于瘤颈解剖复杂的腹主动脉瘤的EVAR手术评估，在主动脉夹层方面的研究很少[5]。

既往复杂的B型主动脉夹层，可以通过烟囱技术、开窗技术、分支支架技术等实现腔内治疗，既往传统手术方式的并发症主要为内漏、支架移位、影响脑部等器官血供、逆撕为A型夹层等[3,6]。其发生原因主要包括：①烟囱支架与大支架之间有缝隙造成内漏，烟囱支架与大支架之间重叠距离不够等；②预开窗位置不准确，包括对位和对线不准，直接封闭或大部分影响分支血管血流；③近端锚定区过短；④支架Oversize选择不够或过多。传统手术方式的操作过程中存在以下难点：①准确定位，包括锚定位置的远近及冠状前后位，定位不准可能导致侧枝血管封闭或供血不足，导致重要脏器功能受损或死亡[7]。对于开窗技术中的预开窗或术中原位开窗的位置的选定，以及术前的手术演示判断术中开窗位置和方式，以保证分支血管的血供。②锚定区不足，对于锚定区的准确测量直接决定是否能顺利植入支架。③对于烟囱支架与大支架的重叠长度的判断和相对位置关系的选择，以及大支架Oversize大小的选择均需要对患者主动脉弓部和病变解剖学特点进行准确分析[8]。以上均可以通过3D打印技术进行准确分析和术前演练来进行避免或优化[9，10]。

本研究中，病例1应用3D打印技术建立模型，可视化测量病变范围及与头臂干血管的关系，体外准确定位预开窗及预释放，体外演练达到支架对位对线精准，准确测量锚定区及支架Oversize的选择,避免了上述不良反应的发生。

对于破口位于降主动脉的A型主动脉夹层如病例2，传统治疗方法多通过升主动脉置换术等开放性手术解决，但深低温体外循环及长时程复杂开放手术的创伤和并发症多且病死率高，仍是目前临床亟待解决的问题[10]。近年来我院已探索开展此类A型夹层的腔内治疗，达到手术创伤小、并发症明显减少、病死率降低的目的，为主动脉夹层的治疗找到新的契机。本研究中病例2因能准确测量病变范围及演练支架植入方式，其操作相对简单，对于合并症较多的高危及高龄患者提供了可能的手术方式，亦可为更多中心开展主动脉夹层的治疗提供参考。

图3 病例3。a) 术前主动脉3D打印模型图，箭头所指为增大的瘤体； b) 术中造影图像，箭头所指为增大的瘤体； c) 支架植入术后造影图像，瘤体消失； d) 术后复查CTA重建图像，瘤体消失。

3D打印与常规CT三维重建相比，有如下优势：①将复杂的主动脉解剖结构可视化；②更准确的解剖定位，帮助指导术前手术方案的确定；③可模拟手术过程[3,9,11]。尤其是对于血管迂曲者如本研究的病例3，解剖关系变化巨大的病变如右位主动脉弓及扭曲病变[12]，或者真腔过于细小，术前模拟手术操作能预判可能出现的状况，以便更安全、快捷、有效地制定手术方案，临床实用性极高。

3D打印技术可应用于复杂主动脉疾病的治疗，通过将病变解剖准确实体化，使更多的临床医生容易理解复杂病变并制定出科学的手术方案，并通过术前演练和术前手术方案可视化、实体化讨论，提高手术的便捷性和安全性，降低手术并发症的发生率。但由于其应用较少，仍需要更多临床资料的累及以利于其推广，进一步的观察随访以证实其优势。