3D 打印輔助預開窗及分支支架腔內修復術治療累及內臟分支主動脈疾病的早期結果

李逢時，劉 光，劉曉兵，陸信武

上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院血管外科, 上海交通大學醫學院血管病診治中心，上海 200011

主動脈腔內修復術（endovascular repair，EVAR）是目前對于具有合適解剖條件的主動脈疾病（夾層/動脈瘤）患者的一線治療方法[1]。而對于累及內臟區的復雜主動脈疾病，腔內治療則需要考慮內臟分支血管的重建。自1996 年被首次報道[2]以來，預開窗及分支支架腔內修復 術（fenestrated/branched endovascular repair，f/bEVAR）已在累及內臟分支的主動脈疾病中廣泛應用并取得了令人滿意的療效[3-5]。但是，無論是定制的預開窗支架還是手術醫師自制的開窗支架（physician-modified stent-graft，PMSG），其開窗位置的確定需要精確的影像學檢查和詳盡的術前規劃，而對于一些嚴重扭曲的病變，單純的影像學方法確定的開窗位置往往不夠精確，易造成開窗位置和分支支架之間的不匹配，從而影響分支血管的遠期通暢率[6]。近年來，隨著3D 打印技術的快速發展，醫師可以通過對患者術前影像學資料的重建，在3D 打印模型上規劃開窗位置。這一方法能夠更加直觀地確定患者各個分支血管的解剖學關系并更加準確地進行支架預開窗[7]。

本研究回顧性分析上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院血管外科進行的3D 打印模型輔助f/bEVAR 在累及內臟分支主動脈疾病治療的應用，并對患者短期隨訪結果進行報道。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院血管外科2019 年5 月—2020 年5 月收治的13 例復雜性腹主動脈疾病，均采用3D 打印模型輔助f/bEVAR 技術治療主動脈病變，并通過分支支架重建病變累及的分支血管。本研究獲得上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院醫療技術倫理委員會審查并批準（批號：SH9H-2020-T180-1），患者術前均被充分告知目前的治療方案包括開放手術、腔內治療、保守治療等方式。13 例患者均因開放手術的巨大創傷和較長的術后恢復時間而選擇腔內治療并簽署知情同意書。患者術前通過主動脈計算機斷層掃描血管成像（computed tomography angiography，CTA）診斷為主動脈瘤或主動脈夾層動脈瘤。f/bEVAR 的手術指征包括：① 病變瘤樣擴張[最大直徑＞50 mm，或瘤體快速增大（直徑增加＞10 mm/年）]，出現內臟動脈血流灌注降低癥狀。②主動脈病變累及1 個及以上分支血管或錨定區長度＜1.5 cm。③主動脈夾層修復術后，內臟區域真腔管腔重塑不良，遠端供血不良。觀察及隨訪指標包括：患者的一般情況、手術時間、術中出血量、透視時間、圍手術期死亡率、內漏發生情況、并發癥發生情況及再介入情況。

1.2 手術方法

1.2.1 術前準備和3D 打印模型制造 ①所有患者術前均行主動脈CTA，層厚＜1 mm，患者影像學資料均導入EndoSize 軟件行主動脈及分支血管尺寸測量（圖1A）。對于腹主動脈瘤，3D 打印模型通過實際尺寸重建；對于夾層動脈瘤，真腔往往因被壓迫呈梭形，支架植入后真腔擴張將可能改變術前各分支動脈空間位置關系。故選用支架植入后形態重建模型，即將真腔橫截面重建為以其長徑為直徑的圓形。②將患者原始影像學資料導入Mimics 軟件行3D 重建（圖1B），再導入Geomagic Studio 預處理。③將重建后的3D 模型通過逆向工程得到計算機輔助設計（computer-assisted design，CAD）模型，并導入Geomagic Design Direct 軟件，按照術前規劃的支架植入后形態調整主動脈及各分支血管位置。④輸出STL 文件，應用立體光刻（SLA）3D 打印機（Lite 600HD-A）以光敏樹脂材料打印導板，應用熔融層積成型（FDM）3D 打印機（MBot Grid Ⅱ+）以聚己內酯材料打印墊塊（圖1C）。⑤3D 打印后的主動脈模型經等離子滅菌后包裝。整個3D 打印過程耗時約4.5 h（血管重建1 h，3D 打印2.5 h，滅菌處理1 h）。

圖1 術前3D 打印模型的準備 Fig 1 Preparation of 3D printing model before surgery

1.2.2 支架準備 ①根據術前測量，選擇相應尺寸的主動脈覆膜支架在3D 打印模型中釋放（圖2A）。②使用無菌記號筆根據模型標記每個分支血管的預開窗位置，使用電烙筆在主動脈支架膜上的相應位置開窗。對于開口于病變段主動脈的分支血管，其開窗大小應略小于分支血管尺寸，且通常需要縫制內分支或外分支以增大主體支架與分支支架間的接觸面積，防止內漏形成；對于瘤腔較大的主動脈瘤，因其操作空間較大且分支血管開口距離開窗位置較遠，所以選擇縫制外分支；對于夾層動脈瘤和瘤腔較小的主動脈瘤，其外部操作空間狹小，因此選擇縫制內分支支架；對于開口于正常主動脈區分支血管，可選擇開槽以增加對位成功率（圖2B、C）。③將彈簧圈連續縫合在開窗位置一周和主動脈支架頂端進行標記。④沿長軸穿行V-18 導絲并使用5-0 prolene 縫線對主動脈支架相鄰節段進行縫合，使束徑縮小至少30%，以便于術中調整其位置（圖 2D）。⑤將制備好的預開窗/分支支架收入輸送系統。

圖2 支架植入前的改造Fig 2 Physician-modification of stent graft before implantation

1.2.3 分支血管選擇 在支架準備的同時，另一組手術醫師預置導管于內臟分支血管，通過術前規劃的手術入路（股動脈/上肢動脈），置入18-20F 血管長鞘（美國Gore公司），經其分別超選雙側腎動脈、腸系膜上動脈、腹腔干，并留置導管于分支動脈內。

圖3 術中超選、分支支架釋放以及最終的造影圖像Fig 3 Intraoperative pre-selection, branch stent release and final angiographic imaging

1.2.4 置入主動脈支架與分支支架 ①經股動脈入路將主動脈支架沿超硬導絲送入預定部位，先釋放至支架近心端首個預開窗節段，調整支架開窗位置對應至相應的分支血管（圖3A）。②導絲經對側股動脈或上肢動脈進入主動脈支架，通過預開窗位置對已釋放出的各分支血管進行超選，跟進長鞘，退出預置導管（圖3B），繼續釋放主體支架至下一個預開窗節段。③經長鞘將各分支支架置入靶血管，抽出V-18束徑導絲完全打開主動脈支架。④依次釋放各分支支架，造影確定主動脈支架無內漏，各分支血管通暢（圖3C）。

1.3 隨訪方法

術后1、3、6、12 個月及之后每年行門診隨訪并進行主動脈CTA 檢查，評價主動脈支架有無內漏發生，以及瘤腔/假腔大小和血栓化情況、各分支血管通暢情況。

1.4 統計學分析

使用SPSS 20.0 軟件對數據進行統計分析，定量資料以x—±s 表示，定性資料用頻數和百分比表示。

2 結果

2.1 一般資料及手術情況

13 例患者一般臨床資料及病變情況見表1，平均年齡（58.3±14.1）歲（范圍28 ～77 歲），男性占84.6%；其中7 例患者診斷為腹主動脈瘤，5 例患者診斷為夾層動脈瘤，1 例患者診斷為降主動脈瘤；其中7 例患者表現為疼痛癥狀。所有患者均采用全身麻醉，內臟動脈四開窗5 例、三開窗5 例、二開窗0 例、單開窗3 例。主動脈支架體外預開窗時間（50.3±9.5）min，手術時間（360.1±75.5）min，透視時間（65.2±20.7）min，造影劑使用量（160.3±21.9）mL，失血量（191.2±101.2）mL，術后重癥監護室停留時間（1.61±1.00）d，總住院時間（10.2±1.6）d。13 例患者均采用Ankura 覆膜支架（中國先健公司）作為主體支架；重建的38 支分支動脈中，28 支使用Viabanh 覆膜支架（美國Gore 公司），3 支使用Fluency 支架（美國Bard 公司），3支使用Omnilink 裸支架（美國Abbott 公司），4 支采用開槽方法重建未置入分支支架。

表1 13 例患者的一般臨床資料Tab 1 General information of 13 patients

2.2 圍術期并發癥發生情況

共重建38 支內臟動脈，技術成功率94.7%。其中1名患者右腎動脈被主體支架覆蓋，使用平行支架技術重建右腎動脈；1 例患者一期左腎動脈重建失敗，因其左腎動脈由假腔持續供血，故選擇二期行左腎動脈原位開窗重建術。7 例有疼痛癥狀患者術后疼痛癥狀均消失，術后胸痛癥狀消失平均時間（9.8±6.5） d（范圍1 ～28 d）。所有患者術后無腎動脈缺血及腸缺血相關并發癥發生。術后首次隨訪CTA 見1 例患者開窗位置內漏，行彈簧圈栓塞術；2 例患者Ⅱ型內漏。1 例有胃潰瘍病史患者術后3 d 發生消化道出血，考慮可能由手術應激引起，其余患者無消化系統、泌尿系統、神經系統并發癥。圍術期死亡率為0。

2.3 術后隨訪

平均隨訪時間（7.3±4.6）個月（范圍1 ～13 個月），隨訪期間無患者死亡，隨訪CTA 顯示各分支血管血流通暢（圖4）。無靶器官受損相關癥狀出現。2 例Ⅱ型內漏1 例自行消失，1 例持續存在，但瘤腔大小無明顯增大。1 例患者二期行左腎動脈原位開窗重建術，余患者無再干預。隨訪過程中腹主動脈瘤及夾層動脈瘤未出現體積擴張。

圖4 1 例復雜腹主動脈瘤患者行3D 打印輔助f/bEVAR 后隨訪1 年時的CTA影像Fig 4 CTA images of a case with complex abdominal aorta aneurysm 1 year after treatment of 3D printing-assisted f/bEVAR

3 討論

腔內修復術相對于開放手術在微創性、并發癥發生率等方面具有其優越性，但是對于累及內臟分支主動脈疾病的治療，內臟動脈重建仍是目前的主要挑戰[3]。目前的治療方法主要有開放手術、雜交去分支手術和腔內修復術。內臟分支血管的腔內重建主要有平行支架技術、分支支架技術和預開窗技術。平行支架技術不需要支架的定制和改裝，其手術時間相對較短，技術相對簡單。但是平行支架術后往往會在主體支架和分支支架間留有間隙，這將增大術后Ⅰ型內漏的發生率[8]，而且需要較長的分支支架，這將增大術后支架閉塞的概率。循證醫學證據[9]表明，相對于平行支架技術，雖然f/bEVAR 術前準備時間較長，但術后內漏發生率及靶血管通暢率均有顯著的優勢。我們在主體支架置入前先行超選各個分支血管并留置導管，這為我們手術提供了必要的補救措施；若分支血管無法通過預開窗位置重建，還能通過預置導管行平行支架技術保證分支血流。在本文報道的病例中，1 例患者術中右腎動脈被主體支架覆蓋，通過平行支架技術重建了右腎動脈，在隨訪過程中未出現腎臟缺血相關并發癥。對于商品化的定制分支支架，Dossabhoy 等[6]研究表明定制支架和手術醫師自制分支支架對復雜腹主動脈瘤的治療結果沒有顯著差異，但手術醫師自制f/bEVAR 技術術前準備時間較短，無需等待支架定制，更適合急診手術。

f/bEVAR 技術目前應用較為廣泛，但在大樣本量、長期隨訪的研究中仍有較高的并發癥發生率和死亡率[10-11]。這一技術的關鍵點就在于分支血管的準確定位。Crawford等[12]研究表明開窗位置與分支血管間的不匹配與患者遠期死亡率密切相關。常規的f/bEVAR 術前準備程序的難點在于病變嚴重扭曲的患者，即使做了精確的術前影像學檢查，也難以準確定位分支血管的位置，還有就是這一技術需要醫師豐富的經驗，但即使在有經驗的外科醫師中，不同醫師的決策可能導致開窗大小、位置和分支血管直徑的變化，尤其是在解剖學條件復雜的患者中[13]。

提高f/bEVAR 手術成功率很重要的一點就是評估開窗位置，這就需要準確地判斷支架在主動脈中的位置，特別是在嚴重扭曲的主動脈中。3D 打印技術被認為是制造技術領域的重大突破，其在臨床和基礎科學研究中的應用引起了醫學界的廣泛關注[14]。在腹主動脈疾病中，3D 打印技術因為其直觀以及符合患者解剖的優點，既往用來宏觀地認識疾病以及進行f/bEVAR 手術訓練[15]。本研究通過對患者術前解剖模型進行3D 打印，應用透明的3D打印模型，能夠在解剖學條件復雜的病變中確定開窗位置。尤其是在夾層動脈瘤的患者中，在支架植入后其內膜片會發生顯著的移動，這將改變開窗位置與分支血管間的對應關系；若單純采用影像學的方法，很難確定支架展開后的位置關系[16]。Taher 等[17]研究表明，使用3D 打印模型規劃開窗位置后，有近20%病例開窗位置相對于傳統的規劃方法發生改變，而這種改變可能對于改善開窗位置與分支動脈的不匹配有潛在的作用。既往基于CTA 的f/ bEVAR 研究的meta 分析[18]顯示，其分支血管重建技術成功率為95%，與本研究相仿（94.7%）。既往基于CTA的f/bEVAR 的分支血管通暢率為97%[18]，而3D 打印輔助f/bEVAR 已報道的病例[16]與本研究病例的分支血管支架通暢率為100%，這可能與3D 打印輔助技術對于開窗位置的確定更加準確有關，但還需要大樣本量、長期隨訪的研究證實。此外，通過對主體支架束徑分節段釋放，可以提高分支血管對位準確性和成功率，因為該操作能夠增大主體支架調整的角度和靈敏性，并且使分支血管在超選時導絲的支撐更強，提高分支血管超選的準確性和成功率。

但是，這一技術目前仍存在一些潛在的問題。一方面，主動脈會因柔順度較差的支架輸送系統而變形，從而影響開窗位置的準確性。Maurel 等[19]評估了支架輸送系統后分支動脈解剖結構移位的程度，發現平均血管口移位達6 ～7 mm，這可能會造成對位以及導絲超選的困難。另一方面，腔內手術支架移植物的耐久程度也是目前的局限之一。近年的大樣本量的隨機對照試驗顯示腔內修復術的二次干預率顯著高于開放手術[20-21]。雖然本中心目前還未出現這類問題，但對這些問題預防仍是未來需要思考的方向。

3D 打印輔助f/bEVAR 技術的手術創口小、手術準備時間短、分支定位準確、患者預后良好等特點在復雜性腹主動脈疾病中得到了展現；但是其有效性和安全性需要長期、大樣本量的隨訪來證實。目前這一技術仍存在著一些亟需解決的問題，需要醫學、材料學、計算機科學等多學科共同發展來不斷完善。

參·考·文·獻

[1] Schermerhorn ML, O'Malley AJ, Jhaveri A, et al. Endovascular vs. open repair of abdominal aortic aneurysms in the medicare population[J]. N Engl J Med, 2008, 358(5): 464-474.

[2] Park JH, Chung JW, Choo IW, et al. Fenestrated stent-grafts for preserving visceral arterial branches in the treatment of abdominal aortic aneurysms: preliminary experience[J]. J Vasc Interv Radiol, 1996, 7(6): 819-823.

[3] O'Donnell TFX, Boitano LT, Deery SE, et al. Open versus fenestrated endovascular repair of complex abdominal aortic aneurysms[J]. Ann Surg, 2020, 271(5): 969-977.

[4] Jones AD, Waduud MA, Walker P, et al. Meta-analysis of fenestrated endovascular aneurysm repair versus open surgical repair of juxtarenal abdominal aortic aneurysms over the last 10 years[J]. BJS Open, 2019, 3(5): 572-584.

[5] Cross J, Gurusamy K, Gadhvi V, et al. Fenestrated endovascular aneurysm repair[J]. Br J Surg, 2012, 99(2): 152-159.

[6] Dossabhoy SS, Simons JP, Flahive JM, et al. Fenestrated endovascular aortic aneurysm repair using physician-modified endovascular grafts versus companymanufactured devices[J]. J Vasc Surg, 2018, 67(6): 1673-1683.

[7] Mitsuoka H, Terai Y, Miyano Y, et al. Preoperative planning for physicianmodified endografts using a three-dimensional printer[J]. Ann Vasc Dis, 2019, 12(3): 334-339.

[8] Mestres G, Yugueros X, Apodaka A, et al. The best in vitro conditions for two and three parallel stenting during endovascular aneurysm repair[J]. J Vasc Surg, 2017, 66(4): 1227-1235.

[9] Li Y, Hu ZZ, Bai CJ, et al. Fenestrated and chimney technique for juxtarenal aortic aneurysm: a systematic review and pooled data analysis[J]. Sci Rep, 2016, 6: 20497.

[10] Gallitto E, Gargiulo M, Freyrie A, et al. Endovascular repair of thoracoabdominal aortic aneurysm in high-surgical risk patients: fenestrated and branched endografts[J]. Ann Vasc Surg, 2017, 40: 170-177.

[11] Ultee KHJ, Zettervall SL, Soden PA, et al. Perioperative outcome of endovascular repair for complex abdominal aortic aneurysms[J]. J Vasc Surg, 2017, 65(6): 1567-1575.

[12] Crawford SA, Osman E, Doyle MG, et al. Impact of fenestrated stent graft misalignment on patient outcomes[J]. J Vasc Surg, 2019, 70(4): 1056-1064.

[13] Starnes BW. Three-dimensional printed templates to guide fenestrated endovascular aneurysm repair are not as straightforward as they appear[J]. J Vasc Surg Cases Innov Tech, 2020, 6(1): 104-105.

[14] AlAli AB, Griffin MF, Butler PE. Three-dimensional printing surgical applications[J]. Eplasty, 2015, 15: e37.

[15] Bortman J, Mahmood F, Schermerhorn M, et al. Use of 3-dimensional printing to create patient-specific abdominal aortic aneurysm models for preoperative planning[J]. J Cardiothorac Vasc Anesth, 2019, 33(5): 1442-1446.

[16] Tong YH, Yu T, Zhou MJ, et al. Use of 3D printing to guide creation of fenestrations in physician-modified stent-grafts for treatment of thoracoabdominal aortic disease[J]. J Endovasc Ther, 2020, 27(3): 385-393.

[17] Taher F, Falkensammer J, Assadian A. Case rehearsal in 3D aortic models using prototypes of the Fenestrated AnacondaTMCustom AAA Stent Graft System[J]. Endovascular Today, 2016, 4:9-11.

[18] Caradu C, Berard X, Sassoust G, et al. Chimney versus fenestrated endovascular aortic repair for juxta-renal aneurysms[J]. J Cardiovasc Surg (Torino), 2018, 59(4): 600-610.

[19] Maurel B, Hertault A, Gonzalez TM, et al. Evaluation of visceral artery displacement by endograft delivery system insertion[J]. J Endovasc Ther, 2014, 21(2): 339-347.

[20] Patel R, Sweeting MJ, Powell JT, et al. Endovascular versus open repair of abdominal aortic aneurysm in 15-years' follow-up of the UK endovascular aneurysm repair trial 1 (EVAR trial 1): a randomised controlled trial[J]. Lancet, 2016, 388(10058): 2366-2374.

[21] Lederle FA, Kyriakides TC, Stroupe KT, et al. Open versus endovascular repair of abdominal aortic aneurysm[J]. N Engl J Med, 2019, 380(22): 2126-2135.