馬磊， 劉純， 郭小梅， 潘友民， 鄭智

3D打印技術(shù)主要是以CT或MRI掃描獲得的數(shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助設(shè)計(jì)的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括骨科、顱面、頜面外科等在內(nèi)的臨床醫(yī)學(xué)方面，但在心血管外科方面的應(yīng)用較少[1]。既往3D打印技術(shù)應(yīng)用前，我們主要通過胸腹主動(dòng)脈血管成像(computed tomography angiography，CTA)和術(shù)中造影情況來制定腔內(nèi)修復(fù)術(shù)(endovascular aortic repair,EVAR)的手術(shù)方案，但對(duì)于復(fù)雜主動(dòng)脈病變的患者，腔內(nèi)治療存在一定難度，仍存在較高的并發(fā)癥發(fā)生率[2]。國內(nèi)外最新研究顯示，借助3D打印技術(shù)能更好地理解疾病的解剖定位及模擬手術(shù)過程[3,4]。筆者嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜主動(dòng)脈病變的腔內(nèi)修復(fù)，探討3D打印技術(shù)在指導(dǎo)主動(dòng)脈疾病個(gè)體化腔內(nèi)治療中的應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

搜集3例復(fù)雜主動(dòng)脈病變患者，其中包括1例病變鄰近主動(dòng)脈弓遠(yuǎn)端的Stanford B型主動(dòng)脈夾層，1例累及升主動(dòng)脈但原發(fā)破口位于降主動(dòng)脈的逆撕Stanford A型主動(dòng)脈夾層，1例解剖迂曲的腎動(dòng)脈下型腹主動(dòng)脈瘤。

3例患者均通過CTA明確診斷為主動(dòng)脈夾層。病例1，女，53歲，因胸背部疼痛3天入院，CTA示升主動(dòng)脈周圍低密度壁間血腫，破口位于左鎖骨下動(dòng)脈遠(yuǎn)端側(cè)壁，大小為6.4 mm，近端破口距左頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)側(cè)壁約12.9 mm，近側(cè)壁20.5 mm，胸腹主動(dòng)脈全程及左側(cè)髂動(dòng)脈可見雙腔結(jié)構(gòu)，并可見多發(fā)破口，腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈、右腎動(dòng)脈有真腔供血，左腎由雙腔供血；CTA結(jié)果顯示近端錨定區(qū)不足。病例2，男，64歲，因突發(fā)胸痛7 h入院，CTA示升主動(dòng)脈及降主動(dòng)脈可見雙腔結(jié)構(gòu)，范圍至腸系膜上動(dòng)脈水平，頭臂干近段受累，假腔內(nèi)血栓形成，右頸總動(dòng)脈近段受累，左頸總動(dòng)脈及左鎖骨下動(dòng)脈未累及，腹腔干腸系膜上動(dòng)脈由雙腔供血；破口位于降主動(dòng)脈，升主動(dòng)脈為逆撕累及。病例3，男，46歲，因突發(fā)上腹痛2天入院，CTA示腹主動(dòng)脈末段可見瘤樣膨大 ，最大截面大小約為9.2 cm×5.5 cm×5.6 cm，腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈及雙側(cè)腎動(dòng)脈起始走行分支顯示未見異常。

2.3D打印模型

采用Philips 256排CT采集CTA圖像，掃描范圍為主動(dòng)脈弓以上水平至恥骨聯(lián)合水平以下的雙側(cè)股動(dòng)脈，掃描層厚為5 mm，重建層厚為0.625 mm，根據(jù)體重計(jì)算對(duì)比劑(優(yōu)維顯)用量，注射流率為3 mL/s，掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式傳送。用基于閾值的圖像分割方法對(duì)血管圖像進(jìn)行提取，獲取的血管圖像及其源數(shù)據(jù)通過Mimics20.0三維重建軟件進(jìn)行后處理。根據(jù)主動(dòng)脈弓上的左鎖骨下動(dòng)脈(left subclavian artery,LSA)和左側(cè)頸總動(dòng)脈(left common carotid artery,LCCA)的空間位置及病理層病變位置，去除所述主動(dòng)脈夾層圖像周圍的干擾圖像數(shù)據(jù)，確定所述主動(dòng)脈夾層待打印圖像數(shù)據(jù)；將所述主動(dòng)脈夾層的待打印圖像數(shù)據(jù)的空間位置進(jìn)行連接，獲取主動(dòng)脈夾層的三維圖像數(shù)據(jù)，保存為三維圖像文件STL格式，導(dǎo)入至Magics 13.0打印機(jī)軟件，選取白色光敏樹脂、彩色光敏樹脂進(jìn)行實(shí)物模型打印。

通過3D打印技術(shù)評(píng)估以下情況：①主動(dòng)脈夾層破口位置及其與主動(dòng)脈弓上分支血管的關(guān)系；②主動(dòng)脈弓上分支的三維毗鄰關(guān)系；③模擬導(dǎo)絲從股動(dòng)脈通過真腔進(jìn)入到升主動(dòng)脈的過程；④模擬釋放支架后，支架形態(tài)與主動(dòng)脈壁的關(guān)系；⑤腹主動(dòng)脈瘤與腎動(dòng)脈的距離，瘤頸成角及與髂動(dòng)脈的關(guān)系。通過體外模擬支架釋放過程制定個(gè)體化治療方案。

結(jié) 果

1.個(gè)體化手術(shù)方案制定

根據(jù)3D打印模型制定個(gè)體化手術(shù)方案如下：1例行左鎖骨下動(dòng)脈+左頸總動(dòng)脈開窗(圖1)，1例累及升主動(dòng)脈但原發(fā)破口位于降主動(dòng)脈的逆撕Stanford A型主動(dòng)脈夾層行單純腔內(nèi)修復(fù)(圖2)，1例解剖迂曲的腎動(dòng)脈下型腹主動(dòng)脈瘤成功行腔內(nèi)隔絕術(shù)(圖3)。

手術(shù)在雜交手術(shù)室進(jìn)行?；颊呷∑脚P位，全麻后常規(guī)消毒雙側(cè)腹股溝區(qū)皮膚，鋪無菌單，經(jīng)腹股溝小切口游離股動(dòng)脈，穿刺置入造影導(dǎo)管在數(shù)字減影血管造影條件下行主動(dòng)脈造影，判斷主動(dòng)脈病變位置，與術(shù)前3D打印模型進(jìn)行對(duì)比(圖1b)，進(jìn)一步確定術(shù)前根據(jù)3D打印所制定的方案，選擇需開窗的血管，測量開窗動(dòng)脈直徑及其與待錨定區(qū)距離，測量待錨定區(qū)動(dòng)脈直徑，選擇直徑大于錨定區(qū)15%～20%的覆膜支架。體外部分釋放支架，根據(jù)術(shù)前模擬的情況，用電灼筆在覆膜支架上燒開需要直徑寬度的開口，再將開窗支架重新裝回內(nèi)鞘備用。對(duì)于破口位于降主動(dòng)脈的病例2(圖2b)，根據(jù)3D打印模型準(zhǔn)確定位，成功進(jìn)行腔內(nèi)治療。對(duì)于瘤頸短且扭曲的動(dòng)脈瘤病例3(圖3b)，根據(jù)3D打印模型可以準(zhǔn)確定位及制定支架置入方案，實(shí)體測量瘤頸及瘤體的長度和角度，確定錨定區(qū)的位置，成功指導(dǎo)腔內(nèi)治療。然后置入超硬導(dǎo)絲，將覆膜支架導(dǎo)入系統(tǒng)沿導(dǎo)絲經(jīng)股動(dòng)脈導(dǎo)入主動(dòng)脈弓錨定區(qū)位置，控制收縮壓≤100 mmHg ，心率≤80次/min，透視下釋放支架。支架置入后須再次行主動(dòng)脈造影，以評(píng)估治療效果。

2.圍手術(shù)期情況

3例患者術(shù)中造影均顯示無內(nèi)漏(圖3c)，開窗血管血流通暢。無支架移位、截癱、神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥發(fā)生。

3.隨訪結(jié)果

圖1 病例1。a) 術(shù)前主動(dòng)脈的3D打印模型圖，箭頭所指為夾層撕裂的假腔； b) 術(shù)中造影圖，箭頭所指為支架覆蓋LSA及LCCA； c) 術(shù)后復(fù)查CTA重建圖像，箭頭所指為支架覆蓋LSA及LCCA。 圖2 病例2。a) 術(shù)前主動(dòng)脈3D打印模型圖，箭頭 所指為夾層撕裂的血管； b) 術(shù)中造影圖； c) 術(shù)后復(fù)查CTA圖像。

隨訪3、6、12個(gè)月，2例夾層患者癥狀消失，復(fù)查CTA顯示無內(nèi)漏，升主動(dòng)脈無逆撕，開窗血管通暢，假腔血栓化，無支架移位及支架遠(yuǎn)端進(jìn)展等情況(圖1c、2c)。病例3復(fù)查CTA顯示腹主動(dòng)脈瘤血栓化，無內(nèi)漏，腹腔分支血管顯影正常(圖3d)。

討 論

3D打印技術(shù)是近年來一種新興的制造技術(shù)，可通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一層一層地自動(dòng)建造三維物體[1]。3D打印在形態(tài)學(xué)方面有很好的展現(xiàn)能力，目前已經(jīng)在骨科、口腔科等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，但在主動(dòng)脈領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，主要應(yīng)用于瘤頸解剖復(fù)雜的腹主動(dòng)脈瘤的EVAR手術(shù)評(píng)估，在主動(dòng)脈夾層方面的研究很少[5]。

既往復(fù)雜的B型主動(dòng)脈夾層，可以通過煙囪技術(shù)、開窗技術(shù)、分支支架技術(shù)等實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)治療，既往傳統(tǒng)手術(shù)方式的并發(fā)癥主要為內(nèi)漏、支架移位、影響腦部等器官血供、逆撕為A型夾層等[3,6]。其發(fā)生原因主要包括：①煙囪支架與大支架之間有縫隙造成內(nèi)漏，煙囪支架與大支架之間重疊距離不夠等；②預(yù)開窗位置不準(zhǔn)確，包括對(duì)位和對(duì)線不準(zhǔn)，直接封閉或大部分影響分支血管血流；③近端錨定區(qū)過短；④支架Oversize選擇不夠或過多。傳統(tǒng)手術(shù)方式的操作過程中存在以下難點(diǎn)：①準(zhǔn)確定位，包括錨定位置的遠(yuǎn)近及冠狀前后位，定位不準(zhǔn)可能導(dǎo)致側(cè)枝血管封閉或供血不足，導(dǎo)致重要臟器功能受損或死亡[7]。對(duì)于開窗技術(shù)中的預(yù)開窗或術(shù)中原位開窗的位置的選定，以及術(shù)前的手術(shù)演示判斷術(shù)中開窗位置和方式，以保證分支血管的血供。②錨定區(qū)不足，對(duì)于錨定區(qū)的準(zhǔn)確測量直接決定是否能順利植入支架。③對(duì)于煙囪支架與大支架的重疊長度的判斷和相對(duì)位置關(guān)系的選擇，以及大支架Oversize大小的選擇均需要對(duì)患者主動(dòng)脈弓部和病變解剖學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確分析[8]。以上均可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析和術(shù)前演練來進(jìn)行避免或優(yōu)化[9，10]。

本研究中，病例1應(yīng)用3D打印技術(shù)建立模型，可視化測量病變范圍及與頭臂干血管的關(guān)系，體外準(zhǔn)確定位預(yù)開窗及預(yù)釋放，體外演練達(dá)到支架對(duì)位對(duì)線精準(zhǔn)，準(zhǔn)確測量錨定區(qū)及支架Oversize的選擇,避免了上述不良反應(yīng)的發(fā)生。

對(duì)于破口位于降主動(dòng)脈的A型主動(dòng)脈夾層如病例2，傳統(tǒng)治療方法多通過升主動(dòng)脈置換術(shù)等開放性手術(shù)解決，但深低溫體外循環(huán)及長時(shí)程復(fù)雜開放手術(shù)的創(chuàng)傷和并發(fā)癥多且病死率高，仍是目前臨床亟待解決的問題[10]。近年來我院已探索開展此類A型夾層的腔內(nèi)治療，達(dá)到手術(shù)創(chuàng)傷小、并發(fā)癥明顯減少、病死率降低的目的，為主動(dòng)脈夾層的治療找到新的契機(jī)。本研究中病例2因能準(zhǔn)確測量病變范圍及演練支架植入方式，其操作相對(duì)簡單，對(duì)于合并癥較多的高危及高齡患者提供了可能的手術(shù)方式，亦可為更多中心開展主動(dòng)脈夾層的治療提供參考。

圖3 病例3。a) 術(shù)前主動(dòng)脈3D打印模型圖，箭頭所指為增大的瘤體； b) 術(shù)中造影圖像，箭頭所指為增大的瘤體； c) 支架植入術(shù)后造影圖像，瘤體消失； d) 術(shù)后復(fù)查CTA重建圖像，瘤體消失。

3D打印與常規(guī)CT三維重建相比，有如下優(yōu)勢(shì)：①將復(fù)雜的主動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)可視化；②更準(zhǔn)確的解剖定位，幫助指導(dǎo)術(shù)前手術(shù)方案的確定；③可模擬手術(shù)過程[3,9,11]。尤其是對(duì)于血管迂曲者如本研究的病例3，解剖關(guān)系變化巨大的病變?nèi)缬椅恢鲃?dòng)脈弓及扭曲病變[12]，或者真腔過于細(xì)小，術(shù)前模擬手術(shù)操作能預(yù)判可能出現(xiàn)的狀況，以便更安全、快捷、有效地制定手術(shù)方案，臨床實(shí)用性極高。

3D打印技術(shù)可應(yīng)用于復(fù)雜主動(dòng)脈疾病的治療，通過將病變解剖準(zhǔn)確實(shí)體化，使更多的臨床醫(yī)生容易理解復(fù)雜病變并制定出科學(xué)的手術(shù)方案，并通過術(shù)前演練和術(shù)前手術(shù)方案可視化、實(shí)體化討論，提高手術(shù)的便捷性和安全性，降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率。但由于其應(yīng)用較少，仍需要更多臨床資料的累及以利于其推廣，進(jìn)一步的觀察隨訪以證實(shí)其優(yōu)勢(shì)。