3D打印在冠状动脉梗阻风险患者经导管主动脉瓣置换术前评估中的应用2例

戴佳祁 王首正 朱达 潘湘斌

重度主动脉瓣狭窄（aortic stenosis，AS）是常见的心脏瓣膜病，其患病率高，临床预后不佳［1-4］。经导管主动脉瓣置换术（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）因其创伤小、无需开胸等优势，已经成为治疗重度AS患者的主要策略之一。随着在外科低危患者中运用证据的累积，TAVR适应证进一步扩大，最新的欧美指南不再按外科危险分层来决策手术方式，而强调应根据个体临床、解剖特点等来选择外科手术还是TAVR［5-6］。因此，术前影像学评估显得至关重要，将为手术方式的选择和手术方案的制定提供重要依据［7］。3D打印技术的引入，可以更加立体直观地呈现主动脉根部解剖结构，并进行体外模拟评估，有助于实现更优的术前规划。本文现报道2例术前经3D打印评估排除冠状动脉梗阻风险，并顺利实施TAVR的AS患者。

1 临床资料

病例1 女，73岁。因“反复头晕15年”于2023年8月8日入云南省阜外心血管病医院。既往晕厥病史，合并冠状动脉粥样硬化、下肢肌间静脉血栓、高血压3级、肺间质纤维化、肺结节等。入院查体：体温36.8℃，脉搏84次/分，呼吸20次/分，血压101/70 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）；神志清晰，慢性病容；双肺呼吸音清，未闻及干湿性啰音；心脏浊音界扩大，心律齐，心率84次/分，心音正常，A2＞P2，胸骨右缘第二肋间可闻及4/6级收缩期喷射样杂音，双下肢无水肿。实验室检查示：尿素氮8.9 mmol/L，纤维蛋白原降解产物2.53 μg/ml，D-二聚体0.38 μg/ml，N末端B型脑钠肽前体（amino-terminal probrain natriuretic peptide，NT-proBNP）1 867 pg/ml，血常规、心肌损伤标志物、甲状腺功能均未见明显异常。心电图示：窦性心律，心率80次/分，异常Q波（Ⅲ导联），T波改变（图1）。经胸超声心动图示：左心室舒张末期内径59 mm，左心室射血分数58%，左心室舒张功能不全，重度AS合并中度主动脉瓣反流，瓣叶增厚钙化，有效瓣口面积约0.9 cm2，收缩期峰值跨瓣压差92.2 mmHg，流速4.8 m/s。CT血管造影（CT angiography，CTA）评估示：三叶式主动脉瓣，瓣叶增厚钙化，瓣环径22 mm（面积折算）。左冠状动脉开口高度为10.2 mm，左冠瓣瓣叶冗长，左冠瓣长度大于冠状动脉开口上缘与瓣叶附着缘距离，主动脉窦结构较小（直径约28 mm），CTA分析提示冠状动脉遮挡中高风险（图2A～C）。为进—步明确冠状动脉梗阻风险，基于CTA影像数据进行3D打印构建主动脉根部模型（利用不同打印材料重建钙化及增厚瓣叶组织形态实现仿真），并进行体外模拟实验。采用21 mm球囊扩张模拟，并利用探针确定冠状动脉梗阻风险，结果显示，由于左右冠瓣融合处钙化将球囊推至无冠窦一侧，基本排除冠状动脉梗阻风险（图2D～H）。入院诊断：重度AS伴关闭不全、慢性心力衰竭、冠状动脉粥样硬化、下肢肌间静脉血栓、高血压3级、肺间质纤维化、肺结节。经多学科团队讨论评估，患者美国胸外科医师协会（Society of Thoracic Surgeons，STS）评分4.83%，Katz生活自理能力指数为3，拟实施TAVR治疗。

图1 病例1 入院心电图Figure 1 Electrocardiogram of the first patient

图2 病例1 TAVR 术前CTA、3D 打印评估和术后造影影像 A.主动脉窦直径；B.左冠状动脉开口高度；C.左冠瓣瓣叶冗长有遮挡冠状动脉可能；D～E.主动脉根部三维重建图像；F.3D 打印主动脉根部模型；G～H.左右冠状动脉探针，测试冠状动脉梗阻可能性低；I.瓣膜释放后的主动脉根部造影Figure 2 CTA，3D printing evaluation prior to procedure and angiography imaging after TAVR implantation for the first patient

全身麻醉下在杂交手术室进行手术，植入临时起搏器、建立双侧股动脉路径后，右股动脉置入20 F鞘管，左股动脉常规穿刺置入6 F股动脉鞘，建立动脉通路并跨瓣，送入Lunderquist导丝放至左心室。在180次/分超速起搏下使用20 mm Taurus Atlas球囊［沛嘉医疗科技（苏州）有限公司］进行预扩张，扩张后沿导丝送入置换瓣膜系统，正常位置入23 mm Taurus NTX介入人工瓣膜［沛嘉医疗科技（苏州）有限公司］，置入后根部造影冠状动脉显影正常（图2I）。术后即刻经胸超声心动图提示瓣口面积约2.6 cm2，前向流速1.5 m/s，平均跨瓣压差5 mmHg。术后1个月随访，患者症状改善，经胸超声心动图示：主动脉瓣人工瓣瓣口面积2.1 cm2，前向流速正常。

病例2 女，71 岁。因“反复胸闷、气促伴头晕1年”于2023年10月8日入云南省阜外心血管病医院。患者既往合并重度腹腔动脉干狭窄、冠状动脉粥样硬化、腔隙性脑梗死、慢性胃炎、中度贫血、2型糖尿病、高脂血症。入院查体：体温36.5℃，脉搏92次/分，呼吸20次/分，血压134/80 mmHg；神志清晰，慢性病容；双肺呼吸音清，未闻及干湿性啰音；心脏浊音界正常，心律齐，心率92次/分，心音正常，A2＞P2，胸骨右缘第二肋间可闻及2/6级收缩期喷射样杂音，双下肢无水肿。实验室检查示：总蛋白61.1 g/L，尿酸388.5 μmol/L，糖化血红蛋白7.29%，NT-proBNP 730.6 pg/ml，血常规、心肌损伤标志物、凝血功能、甲状腺功能均未见明显异常。心电图示：窦性心律，心率72次/分，ST段改变（图3）。经胸超声心动图示：左心室舒张末期内径44 mm，左心室射血分数71%，左心室舒张功能不全，重度AS合并中度主动脉瓣反流，主动脉瓣叶及瓣环明显增厚、钙化呈团块状，连续方程法估测瓣口面积约0.41 cm2，峰值跨瓣压差121 mmHg，流速5.5 m/s。CTA评估示：Type Ⅰ二叶式主动脉瓣（L-R融合型），瓣叶增厚钙化，瓣环径22.5 mm。左冠状动脉高度8.2 mm，右冠状动脉高度10.9 mm，主动脉窦结构较小（直径约28 mm），左冠瓣瓣叶较长，开放时容易遮挡左冠状动脉，CTA分析综合考虑冠状动脉遮挡风险较高。遂根据CTA的影像数据进行仿真3D打印模型，采用模拟置入23 mm Silara介入主动脉瓣膜，探针显示双侧冠状动脉通畅（图4A～G），排除了冠状动脉梗阻风险。入院诊断：重度AS伴关闭不全、慢性心力衰竭、重度腹腔动脉干狭窄、冠状动脉粥样硬化、腔隙性脑梗死、慢性胃炎、中度贫血、2型糖尿病、高脂血症。患者STS评分4.09%，Katz生活自理能力指数为2，经多学科讨论后实施TAVR手术。

图3 病例2 入院心电图Figure 3 Electrocardiogram of the second patient

图4 病例2 TAVR 术前CTA、3D 打印评估和术后造影影像 A.主动脉窦直径；B.左冠状动脉开口高度；C.右冠状动脉开口高度；D.主动脉根部三维重建图像；E.3D 打印主动脉根部模型；F～G.左右冠状动脉探针，测试冠状动脉梗阻可能性低；H.球囊扩张期间的主动脉造影；I.瓣膜释放后的主动脉造影Figure 4 CTA，3D printing evaluation prior to procedure and angiography imaging after TAVR implantation for the second patient

全身麻醉下在杂交手术室进行手术，植入临时起搏器、建立双侧股动脉路径后，右股动脉置入20 F鞘管，左股动脉常规穿刺置入6 F股动脉鞘，建立动脉通路并跨瓣，送入Lunderquist导丝放至左心室。在180次/分超速起搏下使用20 mm NuMED球囊（纽迈德加拿大公司）进行预扩张，根部造影冠状动脉未显影（图4H），置入23 mm Silara介入主动脉瓣（成都赛拉诺科技股份有限公司）。术后即刻主动脉造影提示少量瓣周漏，冠状动脉显影正常（图4I）。术后经食管超声心动图示：主动脉瓣瓣口面积1.4 cm2，人工瓣膜收缩期峰值流速正常，流速约2.1 m/s，平均压差约9 mmHg，少量瓣周漏。术后未出现手术相关并发症。术后1个月随访，患者症状明显改善，人工瓣流速正常，存在少量瓣周漏。

2 讨论

随着近年来TAVR相关技术和器械的发展和成熟，国内外TAVR手术例数不断增长，TAVR的安全性和有效性得到大量循证医学证据的证实，逐渐成为治疗主动脉瓣疾病的优选策略。对于考虑接受TAVR的重度AS患者，需要通过多模态影像学评估进行仔细的术前规划，制定手术策略，以预防术中并发症，保证手术安全有效地进行［8］。目前常用的术前评估为CTA，其在术前对瓣环大小和锚定区特征的评估中尤为关键，可以提供主动脉根部和升主动脉的解剖、瓣膜和血管钙化的范围和分布以及血管入路的可行性信息，进一步的3D重建可以获得立体影像资料。然而，临床医师仍然无法从这些影像学数据推断患者解剖结构和人工瓣膜之间的物理相互作用，例如人工瓣膜在置入并与真实组织接触后的形变特点及对周围组织的影响［9］。

3D打印技术的出现，通过不同硬度打印材料技术的突破，模拟血管、钙化、瓣膜的真实组织解剖特征，可以实现从平面的多模态成像转换为3D空间解剖结构，更加立体直观地呈现主动脉根部的解剖结构，从而在术前对瓣环大小、冠状动脉开口高度、左心室流出道及升主动脉直径等重要参数进行评估，更准确地选择匹配的人工瓣膜。如果遇到平面影像无法决策的情况，进一步通过在模型中置入球囊或真实人工介入瓣膜来模拟手术操作，可以确定球囊、瓣膜型号及释放位置，预测术中可能出现的并发症（包括冠状动脉梗阻风险，瓣膜膨胀不全），提供有关临床结局和术后并发症发生风险的信息。术前利用该技术预演置入装置与周围结构的相互作用，可以更好地了解人工瓣膜放置后的适应情况，帮助临床医师制定手术计划，保证手术安全有效地进行，降低并发症的严重程度或发生风险。

TAVR中常见的并发症包括瓣周漏、需要永久起搏器植入的新发传导阻滞、主动脉瓣环破裂和冠状动脉梗阻等。其中，冠状动脉梗阻是最为严重的并发症，往往可以导致急性心肌梗死的发生，甚至引起猝死。同时，术前影像学评估认定冠状动脉梗阻高风险也是TAVR的禁忌证之一，因此术前对其风险的准确评估显得尤为重要。目前评估主要基于术前CTA的影像结果，测量参数包括冠状动脉开口高度、对侧或邻近结构情况、窦和窦管交界处内径/高度、瓣叶特征（长度、增厚或钙化）等［10］。然而，综合这些影像学参数的预测并不能反映人工瓣膜置入后的真实情况，对冠状动脉梗阻风险的评估可能出现偏倚，从而造成在手术规划决策上的失误。如本文所报道，2例患者均为高龄女性，术前CTA评估均提示主动脉窦较小，冠状动脉开口高度有限，瓣叶较长，冠状动脉梗阻中高风险，但通过3D打印主动脉根部解剖模型结合体外球囊扩张/瓣膜置入模拟实验提示，左右冠瓣融合处钙化/融合嵴阻挡了球囊/瓣膜朝向左右冠窦的膨胀，术中发生冠状动脉梗阻的风险降低，而最终术中主动脉造影也如3D打印所预测的那样。由此提示，3D打印模型作为TAVR术前规划的新型评估手段，可以强化对置入瓣膜与周围结构相互作用的视觉理解，并通过体外模拟球囊膨胀实验或模拟真实瓣膜置入进一步提升对冠状动脉梗阻发生风险的预测准确性。

但值得注意的是，虽然目前3D打印依靠采集CTA和心脏磁共振成像的影像数据进行高分辨率建模，但其模型呈现与真实解剖结构尚有差距，且利用不同打印材料对瓣叶、瓣环的钙化分布的重建亦不能完全反映真实情况的瓣膜力学特征，对诸如瓣周漏发生的部位和程度及冠状动脉梗阻风险的预测尚无法做到完全准确。但随着多模态成像技术、数字建模技术及打印材料的发展，未来3D打印模型有望成为最佳的TAVR术前评估手段。

本文报道了2例TAVR术前影像学评估提示冠状动脉开口高度较低的患者，经3D打印模型体外模拟实验排除冠状动脉梗阻风险，顺利实施TAVR手术。术后主动脉造影证实，3D打印主动脉根部解剖模型结合体外球囊扩张实验有助于预测冠状动脉梗阻风险。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突