3D打印技術在復雜主動脈疾病腔內治療中的應用

葉琨?萬圣云?丁洋

【摘要】目的 探討三維（3D）打印技術在復雜主動脈疾病腔內治療中的應用。方法 回顧性分析24例復雜主動脈疾病患者的資料，術前根據24例患者的CT血管造影（CTA）進行主動脈3D重建，將病變區域進行3D打印，選擇中空透明材料制作3D打印模型并消毒，術中根據3D打印模型將支架“預開窗”并縫制鉑金彈簧圈，重裝支架后在體內完成主體支架的釋放和分支支架的選擇并釋放。術后觀察療效、并發癥和隨訪情況。結果 24例包括12例復雜腹主動脈瘤、11例胸主動脈夾層、1例胸腹主動脈瘤，均在術前完成病變段主動脈3D模型打印，根據模型數據輔助制定手術方案，手術均順利。24例術前3D打印模型測量和術中造影各項數據比較差異均無統計學意義（P均> 0.05）。主動脈夾層患者術后真腔最大直徑較術前增大、術后假腔最大直徑較術前減小;主動脈瘤患者術后瘤體最大直徑較術前減小（P均< 0.05）。所有患者術后均未出現出血、臟器功能損害等嚴重并發癥，術后3個月復查CTA顯示支架位置良好，無內漏，分支動脈血供良好。結論 3D打印技術能使復雜主動脈疾病的腔內治療更加精準。

【關鍵詞】復雜主動脈疾病;腔內治療;3D打印技術

Application of 3D printing technology in endovascular treatment of complex aortic disease Ye Kun， Wan Shengyun， Ding Yang. Department of Vascular Surgery， the Second Hospital of Anhui Medical University， Hefei 230601， China Corresponding author， Wan Shengyun， E-mail： wshy63@ sina. com

【Abstract】Objective To evaluate the application of three-dimensional （3D） printing technology in the endovascular treatment of complex aortic disease. Methods Clinical data of 24 patients with complex aortic disease were retrospectively analyzed. Three-dimensional reconstruction of the aorta was performed according to preoperative CT angiography （CTA） of 24 patients. The diseased area was subjected to 3D printing. Hollow transparent materials were employed to produce and sterilize 3D printing models. Intraoperatively， pre-fenestration of the stent was carried out and the platinum coils were sewed around the holes of the covered stent based upon the 3D printing models. After stent reassembly， the releasing of the covered stent and the selection and releasing of the branch stent were performed. Postoperative efficacy， complications and follow-up prognosis were observed. Results Among 24 patients， 12 cases were diagnosed with complex abdominal aortic aneurysm， 11 cases of thoracic aortic dissection and 1 case of thoracoabdominal aortic aneurysm. All 3D printing models of the aortic lesion were accomplished preoperatively. The surgical plans were determined based on the data of 3D printing models. All patients successfully underwent the surgery. The data of preoperative 3D printing models did not significantly differ from intraoperative CTA data （all P > 0.05）. For patients with aortic dissection， the maximum diameter of the true lumen was significantly increased， whereas that of the false lumen was considerably decreased after surgery （both P < 0.05）. For aortic aneurysm patients， the maximum diameter of the aneurysm was significantly decreased after surgery （P < 0.05）. No severe complications， such as bleeding or organ failure， occurred postoperatively. CTA at postoperative 3 months showed that the stents were located in proper position， no internal leakage and good blood supply of branch arteries. Conclusion Application of 3D printing technology can enhance the accuracy of endovascular treatment of complex aortic disease.

【Key words】Complex Aortic disease;Endovascular treatment;Three-dimensional printing technology

復雜主動脈疾病的腔內治療一直是血管外科的難點，包括累及弓上分支的胸主動脈夾層、破口位于內臟區的胸主動脈夾層、胸腹主動脈瘤、復雜腹主動脈瘤等。延長錨定區、保證重要分支動脈血供一直是腔內治療面臨的挑戰[1]。而“開窗”“煙囪”“分支支架”“轉流”等分支重建技術就是重要的解決手段。“開窗”技術的難點在于位置的確定，僅僅依靠術前影像學方法往往不夠精確，容易導致開窗位置和分支支架不匹配，進而影響分支動脈的血運[2]。隨著三維（3D）打印技術的發展和普及，我們可以建立1∶1的精確模型，通過術前測量、3D打印模型上規劃“開窗”位置、術中體外在覆膜支架上“預開窗”實現精準定位[3]。但3D打印出的模型，是否可以與實際病變的幾何參數做到完全匹配，之前的研究甚少涉及。就此問題我們采用詳細的主動脈形態學測量方法對術前3D打印模型和術中測量數據進行了比較，希望了解3D打印模型是否能對真實病變主動脈準確建模。

對象與方法

一、研究對象

收集安徽醫科大學第二附屬醫院血管外科2019年8月1日至2020年12月30日進行的3D打印模型輔助全腔內修復治療復雜主動脈疾病患者的臨床資料。所有患者均經CT血管造影（CTA）明確診斷，納入標準：被診斷為累及弓上分支的胸主動脈夾層、破口位于內臟區的胸主動脈夾層、胸腹主動脈瘤和復雜腹主動脈瘤，能夠耐受全身麻醉，能夠接受手術相關風險。排除標準：患馬凡綜合征、多發性大動脈炎、自身免疫性疾病及不能接受手術者。共入組24例患者，男14例、女10例，年齡（56.0±13.1）歲。24例接受的手術如下：12例累及雙腎動脈的復雜腹主動脈瘤行腔內修復，7例累及弓上分支的胸主動脈夾層行腔內修復，4例遠端破口位于內臟區的胸主動脈夾層行腔內修復，1例Crawford V型胸腹主動脈瘤行腔內修復。患者術前均完成常規檢查。本研究通過我院醫學倫理委員會審批（批號：SL-LC2019050）。

二、主動脈CTA 3D重建和3D打印模型

所有患者術前均行主動脈CTA，采用德國西門子SOMATOM Force雙源CT，經肘靜脈注射造影劑碘帕醇（370 mg/ml），注射流速5 ml/s，總量85 ml，掃描層厚5 mm，重建層厚0.625 mm，輸出DICOM格式原始數據文件。CT原始數據以DICOM格式導入Mimics 16.0軟件，進行主動脈3D重建，提取病灶部位，并以STL格式導出模型，將數據導入計算機上的ChiTuBox切片軟件進行打印調整，調整后以CBDDLP格式保存3D模型，將CBDDLP文件拷貝到SD卡，以聚已內酯材料在3D打印機進行病變段主動脈形態3D打印，3D打印后經等離子滅菌包裝。本研究僅對病變段主動脈進行3D打印建模，并不是對主動脈進行整體打印，節省了時間，也避免了因正常段主動脈扭曲形態等原因造成的支架輸送系統進入模型困難。

三、術前評估

根據患者術前CTA 3D重建結果和3D打印模型，測量夾層破口大小、主動脈直徑（近遠端錨定區或近遠端瘤頸、雙側髂股動脈等）及病變長度、分支動脈情況（直徑、開口位置、適宜C臂角度），觀察入路血管、主動脈弓型、瘤頸等成角及扭曲情況。討論分析手術方案、支架選擇、備用方案如“煙囪”技術等。向患者及其家屬展示3D打印模型，充分告知目前的治療方案包括開放手術、腔內修復和保守治療等方式，該研究中的24例患者均因開放手術的創傷大、恢復慢決定選擇腔內修復，充分告知其腔內修復手術的圍術期風險，取得其理解，患者均簽署知情同意書。

四、術中操作

1. 支架的準備

將主動脈覆膜支架（記憶合金血管支架，北京有研公司;Endurant，美敦力公司）釋放在術前定制并消毒好的空心透明的1∶1病變段主動脈3D打印模型中，按照3D打印模型中預先開孔的位置在主動脈覆膜支架上用無菌標記筆描記分支動脈開口位置。取出覆膜支架后用電灼筆或顯微剪刀按照描記位置、大小“開窗”。用5-0 Prolene縫線將鉑金彈簧圈（COOK）連續縫合在窗口邊緣。對于動脈瘤患者，為預防內漏，一般縫合10 ～ 20 mm短覆膜支架于“窗口”外以增加主體支架和分支支架間的接觸面積。沿主體支架長軸穿行V18導絲并使用5-0 Prolene縫線對主體支架相鄰節段進行縫合，“束徑”縮窄主體支架至少30%以方便其在主動脈中調整位置。最后將制備好的支架重裝回輸送系統。

2. 分支動脈的導管預置

對于主動脈夾層繼發破口、胸腹主動脈瘤及復雜腹主動脈瘤的治療，在準備支架的同時，另一組醫師從術前規劃的入路（一般是主體支架入路對側的股動脈或肱動脈）預置導管超選至各分支動脈，以備“窗口”對位不準確緊急放置“煙囪”支架保證分支動脈血供。

3. 主體支架和分支支架的植入

經股動脈順超硬導絲導入主體支架至預定位置，先釋放支架近心端1 ～ 2個節段，調整支架“開窗”位置至相應的分支動脈。經上肢動脈或對側股動脈進入主體支架，超選各分支動脈后跟進長鞘，退出預置導管，繼續釋放主體支架至下一個預“開窗”節段。經長鞘導入分支支架至合適位置，抽出V18“束徑”導絲，依次釋放各分支支架（Fluency，Bard公司;Viabahn，Gore公司），再次造影確定支架無內漏。

五、術后隨訪

術后3個月進行門診隨訪，行主動脈CTA評估支架內通暢情況、是否存在內漏、瘤腔/真假腔直徑和分支動脈供血情況。

六、統計學處理

所有數據采用SPSS 19.0進行統計學分析。術前3D打印模型測量及術中數字減影血管造影（DSA）各項指標量（包括破口大小、破口距頭臂干距離、病變長度、瘤體最大直徑、內臟動脈直徑）、術前及術后真假腔最大直徑和瘤體最大直徑均為計量資料。經檢驗全部計量資料均符合正態分布，以表示，計量資料的比較采用配對t檢驗。P < 0.05為差異有統計學意義。

結果

一、一般情況

所有患者均完成術前增強CT 3D重建和病變段主動脈模型3D打印，經統計學分析，對術前3D打印模型測量的指標（破口直徑、破口距頭臂干距離、近端真腔直徑、近端假腔直徑、瘤體最大直徑、分支動脈直徑）和術中主動脈DSA比較，差異均無統計學意義，見表1、2。根據術前測量的重要數據制定手術方案，并指導術中操作，24例手術均順利，圍術期無死亡病例，未發生出血、臟器功能損害等嚴重的并發癥。

二、胸主動脈夾層的治療結果

11例患者為Stanford B型主動脈夾層，其中10例因破口距離左鎖骨下動脈< 1 cm，錨定區不足，術中成功放置覆膜支架并通過“開窗”技術保留了左頸總動脈和左鎖骨下動脈。術后3個月復查CTA，支架位置良好，未見內漏，近端破口封堵滿意，分支動脈血供良好，見圖1A ～ D。另1例因遠端破口靠近腸系膜上動脈，在處理完近端破口后3個月再次入院，術中同樣通過“開窗”技術成功保留了腹腔干和腸系膜上動脈，因該例患者腎衰竭、雙腎萎縮，故未再行雙腎動脈“開窗”。術后3個月復查CTA，顯示支架位置良好，未見內漏，遠端破口封堵滿意，分支動脈血供良好，見圖1E ～ H。

三、胸腹主動脈瘤的治療結果

1例患者為Crawford V型胸腹主動脈瘤，因瘤體累及腹腔干、腸系膜上動脈，距離雙腎動脈較近（< 1 cm），錨定區不足，借助術前3D打印模型，成功在主體覆膜支架（Ankura，深圳先健）上通過“開窗”技術保留了腹腔干、腸系膜上動脈、雙腎動脈。術后3個月復查CTA，顯示支架位置良好，未見內漏，分支動脈血供良好，見圖2A ～ D。

四、復雜腹主動脈瘤的治療結果

12例患者為累及雙腎動脈的復雜腹主動脈瘤，術中成功進行雙腎動脈“開窗”。1例患者因瘤頸扭曲，距離腸系膜上動脈較近（< 1 cm），錨定區不足，成功進行雙腎動脈及腸系膜上動脈“開窗”。在“開窗”主體支架下方按照常規腹主動脈腔內修復術式順利釋放主體支架和髂支（Endurant，美敦力公司），由于瘤頸扭曲處直徑細，故設計將第2枚支架在此處與第1枚支架重疊形成“裙邊”樣結構，從而避免了內漏。術后3個月復查CTA，支架位置良好，未見內漏，分支動脈血供良好，見圖2E ～ H。

五、隨訪結果

本研究24例患者術后3個月均完成主動脈CTA，均提示支架位置良好，無內漏，分支動脈血供良好。經過3 ～ 12個月的隨訪，本組患者的總體死亡率為0，再干預率為0。主動脈夾層患者術后真腔最大直徑[（31.618±2.119）mm]較術前[（27.891±2.653）mm]增大（P < 0.05），而術后假腔最大直徑[（32.318±3.757）mm]較術前[（36.682±4.458）mm]減小（P < 0.05），主動脈瘤患者術后瘤體最大直徑[（46.431±3.697）mm] 較術前[（49.462±3.719）mm]減小（P < 0.05），見表3。

討論

3D打印技術被譽為制造業的一次“工業革命”，在航天工業、建筑設計、醫學工程等眾多領域均展現出巨大的潛力和價值。累及弓上分支的胸主動脈夾層、破口位于內臟區的胸主動脈夾層、胸腹主動脈瘤和復雜腹主動脈瘤均是血管外科治療難點[4]。這類復雜主動脈疾病的腔內治療往往要選用分支或“開窗”支架保證重要臟器的血供，這需要術前精準的測量和術中準確的操作，這些在3D打印技術普及之前很難做到。近年來，隨著3D打印技術廣泛的應用，該類疾病的術式也由“復合手術”逐漸向“全腔內手術”轉變[5-6]。

常規的胸主動脈腔內修復和腹主動脈腔內修復手術，在病變近端需要預留的錨定區至少超過15 mm。對于上述復雜主動脈疾病往往需要覆蓋分支動脈以增加錨定區，而“開窗”技術則可有效保留分支動脈血供。2019年歐洲血管外科協會認為近腎腹主動脈瘤的治療決策是復雜且需要個體化的，雖然數據有限，但指南認為“開窗”技術稍優于“煙囪”技術，但是后者可作為急診的替代選擇[7-8]。Ho等[9]比較了患者主動脈CTA和3D打印模型的結果，兩者誤差< 1 mm，這樣的誤差在臨床上是可接受的。在本研究中，我們將術前3D打印模型的數據和術中DSA的數據作了對照，經分析兩者無明顯差異，佐證了上述觀點。目前3D打印模型制備可以在6 h內完成，所用時間短[10]。我們只對病變段主動脈做了3D打印模型，既節省了時間，也避免了因正常段主動脈形態扭曲等原因造成的支架輸送系統進入模型困難的問題。

3D打印技術可1∶1直視主動脈形態及各分支動脈解剖關系，有助于更直觀的視覺理解，通過測量距離、角度等可獲得更客觀的數據[11-12]。本組24例患者均采用了目前廣泛應用的“預開窗”技術，即在體外將主動脈覆膜支架釋放在透明中空材料3D打印模型中，預先對支架進行體外“開窗”，然后再準確釋放至病變部位，該方法克服了原位“開窗”技術體內破膜造成支架損害無法修補、需轉流等問題[13]。本研究中所有患者分支動脈通暢率為100%，李逢時等（2020年）及Lombardi等（2020年）認為這可能與3D打印技術對于“開窗”位置的確定更準確有關。本研究的短期隨訪CTA結果顯示主動脈夾層患者術后真腔有所擴大，假腔有所縮小;而主動脈瘤患者術后瘤體最大直徑有所減小，提示主動脈重塑良好。但是該結果仍需要大樣本量、中長期隨訪的研究證實。

綜上所述，3D打印技術輔助復雜主動脈疾病的腔內治療是安全且有效的，可使血管疾病的腔內治療更為精準、高效。

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（收稿日期：2021-03-26）

（本文編輯：洪悅民）