3D打印技术在B型主动脉夹层锚定区不足中的应用价值

刘石琳,彭 栋,阿拉法特·艾尔肯,沙尔娜,张棋鑫,段 磊

(新疆医科大学第二附属医院介入诊疗科,新疆 乌鲁木齐 830063)

主动脉夹层是一种凶险的心血管疾病,是指内膜受到血液冲击撕裂,剥离、扩展内膜,可引发撕裂样疼痛等相关临床症状[1-2]。据相关资料指出,国外主动脉夹层的发病率高达0.001%～0.0029%,其中男性发病率较高,以中老年人居多[3-4]。由于主动脉夹层主要是由于主动脉需承受心脏调动带来的压力,且主动脉是机体内的主干血管,主动脉内血流巨大,会撕裂内膜层,主动脉夹层患者若未得到及时有效的诊疗,可能会发生破裂,增加患者死亡的风险,严重威胁到患者的身心健康。目前,临床常采用手术治疗Standford B型主动脉夹层,与腔内手术相比,开放手术的风险更高,因此治疗主动脉夹层的主要方法为胸主动脉腔内修复术,手术成功的要点为封堵近端破口[5-6]。但缺乏B型夹层锚定区不足患者采用胸主动脉腔内修复术保留左锁骨下动脉并无法确保有效地修复[7-8]。针对上述情况,及时获得足够长度的健康锚定区已成为治疗该病的关键。3D打印技术也称快速成型技术,主要是以电子计算机X线断层扫描技术(Computed tomography,CT)扫描获得的数据或计算机辅助设计的数字模型文件为基础,通过打印机逐层打印各种材料而辅助设计模型,在打印过程中逐层均匀地添加黏合材料,构建所需的三维模型[9]。3D打印技术凭借精密复制,造模耗时短等优势能够用于口腔科、颌面外科、血管外科等多个医学领域,特别是血管外科得到广泛推广,可为心血管手术的治疗提供策略、预测术中难点等[10],但在B型夹层锚定区不足中的研究甚少。基于此,本研究将探讨3D打印技术在B型夹层锚定区不足中的应用。

1 资料与方法

1.1 一般资料 分析2021年2月至2022年3月于我院收治的36例B型夹层锚定区不足患者为研究对象,男29例,女7例;年龄33～71岁,平均(50.65±13.29)岁。其中32例为急性发病,临床表现为剧烈的胸背部疼痛;发病时间为2～24 h,平均(14.28±2.18)h。4例为慢性发病,临床表现为轻微胸背部疼痛,发病时间为7～30 d,平均(17.09±3.21)d。合并症:慢性阻塞性肺疾病1例、糖尿病2例、冠心病1例、高血压1例、消化道溃疡1例;其中5例锚定区距离<15 mm其原因为主动脉下层由第1破口向近心段逆撕导致;31例主动脉第一破口与左锁骨下动脉距离<15 mm。本研究方案符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》的相关要求。病例纳入标准:所有患者均经CT血管造影确诊,且完成常规术前检查;左锁骨下动脉通畅,无严重狭窄、钙化;近端健康锚定区≤15 mm,左锁骨下动脉与左颈总动脉距离≥5 mm且其间主动脉直径<40 mm;无活动性炎性疾病、无感染、发热性疾病;无脑缺血症状;无脑卒中症状;血流动力学稳定;所有患者及家属均签署知情同意书者。排除标准:造影剂过敏者;恶性肿瘤或其他严重疾病所致预期生存期<1年的患者;妊娠期或哺乳期;血液系统疾病或出血;不宜接受治疗的患有严重器质性心、脑、肺等脏器病变者;涉及血管内介入部位的血管异常者。

1.2 研究方法

1.2.1 CT图像:荷兰飞利浦公司生产的Philips ict 256型CT机,以1 mm为层厚,0.5 mm为层间距,120 kV为球管电压,收集断层图像,注射造影剂,收集血管造影图像,均以DICOM格式。

1.2.2 3D打印:在入叁-Medicine 19.0软件中输入DICOM格式CT图像资料,将非心脏结构剔除,心脏结构通过阈值提取后进行面绘制重建,完成后将其传入STL文件格式,并传入打印前修饰软件(Geomagic Freeform 18)调整。在Makerbot工作室中导入修饰好的STL文件,打印并调整,调整后以x3g格式保存三维模型,采用酒精对三维模型表面进行消毒后获得主动脉夹层模型。

1.2.3 术前评估:结合CT血管造影结果和3D打印模型,观察全部主动脉的整体及部分,观察主动脉弓的形态及破口位置、大小,评估主体支架释放的位置及对主动脉弓的影响,拟放置烟囱支架部位或开窗等,降主动脉是否需要限制性支架置入,模拟真腔内导丝的行走。通过3D打印模型确定手术方案,并向患者及家属讲解手术方案的优势,预后等。

1.2.4 术中操作:参考3D打印模型,确定入路,根据患者具体情况选择左股动脉或右股动脉,开窗则需进行左肘切口显露肱动脉,右颈动脉采用右颈部切口暴露,左颈动脉采用左颈部切口显露,充分显示病变部位的形态及分支血管,术中原位烟囱支架、开窗均需根据3D打印模型进行操作。

1.2.5 术后复查:采用主动脉CT血管造影在术后2～7 d进行复查,明确内漏及主要分支血管供血情况。

1.3 观察指标 统计36例B型夹层锚定区不足患者手术情况、围术期并发症发生情况、随访结果,对比术前及术后3个月主动脉隔断真假腔直径、凝血功能、炎症状况、急性生理学及慢性健康状况评分系统Ⅱ(Acute Physiology and Chronic Health Status Scoring System,APACHEⅡ)及生活质量变化情况,统计术后3个月假腔血栓化情况。凝血功能:术前及术后3个月抽取患者静脉血5 ml,离心后送检,抗凝血酶-Ⅲ(Antithrombine-Ⅲ,AT-Ⅲ)、纤维蛋白原降解产物(Fibrinogen degradation products,FDP)水平采用Sysmex公司生产的CS200i型全自动血凝仪检测;D-二聚体(D-dimer,D-D)水平采用日本日立株式会社7060型全自动生化分析仪检测。炎症状况:术前及术后3个月抽取患者静脉血5 ml,离心后送检,γ干扰素(Interferon-γ,INF-γ)、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin,IL-1β)采用酶联免疫吸附法测定。APACHEⅡ评分:术前及术后3个月评估,评分为0～71分,得分越高则病情越重。生活质量:术前及术后3个月采用生活质量综合评定问卷-74(Comprehensive Quality of Life Assessment Questionnaire-74,GQOL-74)[11]评估,满分为0～100分,得分高则生活质量高。

2 结 果

2.1 36例B型夹层锚定区不足患者手术情况 所有研究对象采用术前3D打印模型制作主动脉模型,术前3D打印模型为术前准备及术中参考依据,均成功完成覆膜支架腔内修复术操作,手术时间341.92～419.87 min,平均(376.19±32.71)min;透视时间48.91～82.18 min,平均(65.32±10.38)min;造影剂使用量147.91～182.38 ml,平均(159.92±28.93)ml;失血量167.91～210.38 ml,平均(183.29±22.18)ml;术后重症监护室滞留时间6～10 h,平均(10.37±2.01)h;总住院时间5～8 d,平均(6.78±1.01)d。

2.2 36例B型夹层锚定区不足患者围术期并发症发生情况 术后胸痛消失时间为5～16 d,平均(10.09±1.46)d。术后围术期行CT血管造影1例患者出现开窗部位内漏,给予弹簧圈栓塞术治疗。1例胃溃疡患者术后3 d出现消化道出血,可能与手术应激反应密切相关,其余患者围术期均未出现并发症,无死亡病例,近端破口封闭良好。

2.3 36例B型夹层锚定区不足患者随访结果 36例B型夹层锚定区不足患者均获得10～12个月随访,平均随访时间(11.27±1.35)个月。随访期间所有患者均未出现相关并发症及死亡。术后1个月和3个月复查主动脉CT血管造影显示所有患者均成功完成手术且无内漏发生,无夹层逆撕,主体和分支支架位置良好,左锁骨下动脉分支支架通畅率100%。

2.4 术前及术后3个月主动脉隔断真假腔直径变化情况 术前与术后3个月主动脉隔断真假腔直径变化情况比较,差异具有统计学意义(P<0.05),见表1。

表1 术前及术后3个月主动脉隔断真假腔直径变化情况(mm)

2.5 术前及术后3个月凝血功能变化情况 术前与术后3个月AT-Ⅲ、FDP、D-D水平比较,差异具有统计学意义(均P<0.05),见表2。

表2 术前及术后3个月凝血功能变化情况

2.6 术前及术后3个月炎症状况变化情况 术前与术后3个月炎症状况变化情况比较,差异具有统计学意义(均P<0.05),见表3。

表3 术前及术后3个月炎症状况变化情况

2.7 术前及术后3个月APACHEⅡ评分及生活质量变化情况 术前与术后3个月APACHEⅡ评分及生活质量比较,差异具有统计学意义(均P<0.05),见表4。

表4 术前及术后3个月APACHEⅡ评分及生活质量变化情况(分)

2.8 术后3个月假腔血栓变化情况 术后3个月,占比最高的是无血栓形成的腹腔干平面,其次为未累及的腹主动脉分叉平面、完全血栓形成的横隔平面、无血栓形成的腹主动脉分叉平面、无血栓形成的主动脉峡部,部分血栓形成的肺动脉分叉平面,见表5。

表5 术后3个月假腔血栓变化情况[例(%)]

3 讨 论

目前,锚定区不足的主动脉弓部病变常采用手术治疗,但常规开放手术具有并发症多,病死率高等,不利于临床推广[12]。血管内治疗具有恢复快、术后并发症少,创伤小等优势,得到临床的广泛推广。血管内治疗的主要重建方法包括开窗技术(人工开窗或定制)、带分支架、平行支架技术、去分支技术等,不同血管内治疗方法疗效并不相同,各有优缺点[13-15]。因此,锚定区不足的主动脉弓部病变是临床血管腔内治疗的重点及难点。

3D打印技术能够根据CT血管造影结果精密复制血管,能够帮助外科医师进行术前演练及术中评估提供帮助,有助于精准化医疗的实现[16-17]。常规的血管内治疗无法做到术前精准地测量病变血管,无法为患者提供符合病变血管形态条件的支架[18-19]。而3D打印技术精准度较高,可用于支架植入、血管腔内修复等手术的术前准备工作、术中参考及术后评估[20-22]。张靓等[23]的研究指出,Stanford A型主动脉夹层患者采用3D打印技术辅助的个体化组合支架治疗,能够获得满意的疗效,可缩短手术时间,降低手术难度,减少术后并发症的发生情况。本研究结果显示,B型夹层锚定区不足患者采用3D打印技术能够缩短手术时间、透视时间、造影剂使用量、失血量、术后重症监护室滞留时间及总住院时间,与上述研究结果一致,提示3D打印技术能够促使B型夹层锚定区不足患者康复。

李逢时等[24]的研究指出,3D打印辅助治疗累及内脏分支主动脉疾病患者能够有效缩短术后胸痛时间,减少围术期并发症的发生情况,是一种安全有效的治疗方法。本研究结果显示,平均术后胸痛消失时间(10.09±1.46)d,术后相关并发症发生率较低,无死亡病例,近端破口封闭良好,提示3D打印技术能够缩短B型夹层锚定区不足患者术后胸痛时间,减少相关并发症发生率,手术效果良好。本研究结果显示,36例B型夹层锚定区不足患者均获得10～12个月随访,平均随访时间(11.27±1.35)个月。随访期间所有患者均未出现相关并发症及死亡。术后1个月和3个月复查主动脉CT血管造影显示所有患者均成功完成手术且无内漏发生,无夹层逆撕,主体和分支支架位置良好,左锁骨下动脉分支支架通畅率100%,提示3D打印技术在B型夹层锚定区不足患者中应用能够提高左锁骨下动脉分支支架通畅率,有利于提高患者预后水平。

秦少华等[25]的研究指出,有效的治疗方案能够缩小B型夹层锚定区不足患者假腔直径,扩大胸主动脉段真腔直径,且胸段假腔术后血栓化率较高。本研究结果显示,术前与术后3个月主动脉隔断真假腔直径变化情况比较差异有统计学意义(P<0.05),提示B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够有效扩大胸主动脉段真腔直径,缩小假腔直径。本研究结果显示,术前与术后3个月AT-Ⅲ、FDP、D-D水平比较(均P<0.05),提示B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够恢复凝血功能,其具体机制尚需进一步采用动物研究证实。本研究结果显示,术前与术后3个月炎症状况变化情况比较差异有统计学意义(均P<0.05),提示B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够有效封闭内膜破口,能够降低INF-γ、TNF-α、IL-1β水平,从而降低炎症因子水平。本研究结果显示,术前与术后3个月APACHEⅡ评分及生活质量比较(均P<0.05),提示B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够降低APACHEⅡ评分,促使病情恢复,提高生活质量水平。本研究结果显示,术后3个月,占比最高的是无血栓形成的腹腔干平面,其次为未累及的腹主动脉分叉平面、完全形成血栓的横隔平面、无血栓形成的腹主动脉分叉平面、无血栓形成的主动脉峡部、部分血栓形成的肺动脉分叉平面等,提示B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够降低肺动脉分叉平面的假腔血栓化,与PATTERSON等[26]的研究一致。

综上所述,B型夹层锚定区不足患者借助3D打印技术能够缩短手术时间、透视时间、造影剂使用量、失血量、术后重症监护室滞留时间及总住院时间,缩短术后胸痛时间,减少相关并发症发生率,手术效果良好,能够提高左锁骨下动脉分支支架通畅率,有效扩大胸主动脉段真腔直径,缩小假腔直径,调节凝血功能,降低炎症状况,降低APACHEⅡ评分,促使病情恢复,提高患者生活质量水平及预后水平,促使患者康复。