三维打印辅助医生定制开窗型腔内移植物用于第1区胸主动脉腔内修复术

摘要

本方案描述了一种使用医生改制的开窗型腔内移植物并结合三维打印技术修复1区主动脉弓部动脉瘤的方法。

摘要

主动脉弓动脉瘤是一种需要及时医疗干预的危及生命的心血管疾病。1区的动脉瘤通常累及多条分支动脉，使得修复手术具有挑战性。开放手术修复常导致显著的手术创伤、大量失血以及较长的手术时间。随着血管腔内技术的进步，开窗式/分支式胸主动脉腔内修复术（F/B TEVAR）已用于主动脉弓修复及分支动脉的重建。F/B TEVAR所用的支架移植物需根据患者的解剖结构进行个体化改造和制备。医师改良型开窗覆膜支架（PMEG）为主动脉弓1区动脉瘤的个体化修复提供了可行方案。然而，PMEG的制备需要对解剖结构有深入的理解和丰富的经验，这对大多数外科医生而言具有难度。为简化该过程，可采用三维打印技术辅助精确开窗。在三维打印引导下制备的PMEG可提高F/B TEVAR术后分支动脉的通畅率，并减少术后内漏的发生。尚需进一步随访以评估该技术的长期获益与疗效。

引言

主动脉瘤是一种常见的危及生命的主动脉疾病，需要及时评估和治疗干预¹。主动脉弓动脉瘤常累及主要动脉分支，包括无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉¹。根据美国心脏协会/美国心脏病学会临床实践指南联合委员会的定义，主动脉被分为11个着陆区²。在第1区修复主动脉弓动脉瘤需要重建主动脉弓分支动脉，这带来了显著的解剖学挑战。

主动脉弓修复的最初方法是开放手术修复。DeBakey 等人于 1957 年首次成功修复了主动脉弓动脉瘤³。然而，开放手术修复存在多种限制因素，使其应用受到制约⁴，包括严重的手术创伤、大量失血、较高的并发症发生率以及较长的手术时间⁵。随着腔内血管技术的进步，胸主动脉腔内修复术（TEVAR）已被证实对治疗胸主动脉瘤和主动脉夹层有效^6,7,8。在传统 TEVAR 的基础上，发展出了开窗式/分支式胸主动脉腔内修复术（F/B TEVAR），用于处理累及分支动脉的胸主动脉瘤^9,10。值得注意的是，F/B TEVAR 在治疗夹层后胸腹主动脉瘤患者中已显示出较高的技术成功率和可接受的术后死亡率^11,12。

F/B TEVAR 可在胸主动脉瘤修复术后恢复正常的生理血流，并在分支动脉中实现较高的通畅率^13,14。在主体支架移植物上进行精确开窗对于重建分支动脉至关重要。位于第1区的主动脉弓动脉瘤通常累及多条分支动脉，需要具有三个开窗的支架移植物。然而，目前市售的支架无法根据个体患者的解剖结构进行定制。医师改良型开窗支架移植物（PMEGs）为第1区胸主动脉瘤的个体化治疗提供了可行的替代方案^15,16。

成功制备定制开窗覆膜支架需要大量的实践和经验，这对许多外科医生而言具有挑战性。为简化制备过程，本文介绍了一种用于开窗/分支型胸主动脉腔内修复术（F/B TEVAR）的定制开窗覆膜支架制备方法。采用三维（3D）打印技术在主体支架移植物上实现精确开窗，随后将分支支架以适当方向连接。本研究报道了21例接受定制开窗覆膜支架行F/B TEVAR治疗的病例系列，为该技术的有效性和适用性提供了新的见解。

方案

此处描述的手术方案已获得南京大学医学院附属南京鼓楼医院伦理委员会的批准。已获取参与本研究患者的书面知情同意。所用试剂和设备的详细信息列于下文 材料表.

1. 术前评估

1. 采用以下纳入标准：年龄超过18岁的患者；通过计算机断层血管成像（CTA）确诊为位于主动脉第1区的主动脉瘤；无F/B TEVAR手术禁忌证；已签署手术知情同意书。
2. 采用以下排除标准：合并其他主动脉疾病（如主动脉溃疡和主动脉夹层）的患者；患有严重合并症（如肾功能衰竭、肝功能衰竭、未控制的糖尿病、严重活动性感染）的患者；孕妇；既往接受过主动脉弓手术的患者。
3. 术前进行CTA检查，并重建主动脉图像以评估主动脉瘤的位置（图1A，B）。
4. 进行其他辅助检查，包括常规体格检查、血液学检查和尿液检查。

2. 3D打印模型的制备

1. 将患者的原始CTA数据（DICOM格式）导入三维重建软件。
2. 点击SEGMENT，通过设定最大值和最小值阈值进行阈值分割。
3. 点击Calculate Part，生成主动脉的三维预览模型。
4. 点击Edit Masks，对三维模型进行优化。
5. 将三维模型导出为STL格式文件。
6. 将STL格式文件导入仿真分析软件。
7. 点击Edit-Select Outliers，删除大部分无效点。
8. 接着点击Edit-Discontinued Components，利用Separation和Size选项识别剩余的无效点，并将其删除。
9. 点击Points-Reduce Noise，选择Free-form shapes以减少噪声数据。
10. 点击Points-Wrap，生成具有多边形包裹的三维模型。
11. 点击Polygons-Fill Holes-Fill Single，填补三维模型中的孔洞。
12. 点击Decimate，根据曲率简化模型。
13. 点击Smooth-Relax/Sandpaper，进一步优化模型表面。
14. 点击Repair-Defeature，进一步优化模型。
15. 在三维模型上剪切分支动脉，设计开窗结构。
16. 将最终的三维模型导出为STL格式文件（图1C）。
17. 将STL格式文件导入3D打印机，使用生物相容性透明MED610材料打印主动脉的三维模型。
18. 使用环氧乙烷对模型进行灭菌，以准备用于PMEG的改造。

3. 术中 PMEG 的制备

1. 在手术前，将输送鞘管与主体支架移植物置入无菌的3D打印模型中。
2. 在3D打印模型内释放主体支架移植物。
3. 使用记号笔在分支动脉开窗位置做标记（图2A）。
   注意：标记应位于金属边缘之间，以避免影响支架的扩张。
4. 使用电灼笔在已标记的位置创建开窗（图2B）。
5. 在开窗处缝合金属线圈作为选择标记。
6. 使用导丝约束主体支架移植物，将其直径限制为原始直径的50%-70%。
   注意：完成支架改造后，将导丝从支架移植物远端的输送鞘管中引入。在开窗两侧后方对称地放置4-0不可吸收缝线，并牢固固定于导丝上。
7. 将制备好的PMEG重新装入主体支架的输送鞘管中。
8. 在植入前弯曲PMEG，以利于其输送至主动脉（图2C）。

4. 手术步骤

1. 使用麻醉诱导剂（丙泊酚 20 mg/mL）、镇痛药（芬太尼 50 µg/mL）和肌松药（维库溴铵 10 mg/mL）对患者进行麻醉 通过 静脉注射（遵循机构批准的方案）。
2. 将患者置于仰卧位，利用经皮标志定位作为手术入路的动脉。
   注意：使用股动脉作为主体支架移植物的入路，左颈总动脉和肱动脉作为分支支架的入路。
3. 暴露动脉并通过插入输送鞘建立通路。
   注意：主体覆膜支架使用长输送鞘（18–20 F），分支支架使用输送鞘（4–6 F）。
4. 植入一根150 cm的导丝和一根4 F导管。进行数字减影血管造影（DSA）以评估主动脉弓动脉瘤。
5. 给予全身肝素化（肝素，1 mg/kg）。
6. 用支撑性导丝替换原导丝，以利于器械的放置和交换。
7. 通过股动脉途径将PMEG输送至主动脉弓，并将其定位在预定位置（图3A).
8. 在保持支架处于收缩状态的同时，缓慢释放主体支架移植物的前段图3B).
   注意：收缩状态允许进行位置调整。撤出导丝可可靠地释放双侧缝线，从而实现支架移植物的可控扩张，使开窗与分支动脉对齐。
9. 通过各分支动脉通路插入导管。将导管选择性地推进至无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉的相应开窗处。图3C).
10. 抽出约束导丝，完全释放主体支架移植物。
11. 在无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉植入并释放分支支架。
12. 在主体支架与分支支架之间的桥接部位扩张球囊。
13. 使用 DSA 验证每条分支动脉的通畅性，并检查是否存在内漏图3D).
14. 移除导管、导丝和输送鞘。使用不可吸收缝线（6-0 或 7-0）缝合动脉。

5. 术后监测与护理

1. 将患者转运至麻醉后监护室（PACU）或重症监护室（ICU）。
2. 监测生命体征，包括血压、心律、呼吸功能和血氧饱和度。
3. 评估有无并发症，如卒中、脊髓缺血和内漏。
4. 启动疼痛管理和康复治疗。

结果

21例患者接受了F/B TEVAR手术以修复主动脉弓动脉瘤，患者年龄介于35至87岁之间，均使用PMEG进行治疗。所有病例中，通过三个开窗均成功恢复了主动脉弓分支动脉（无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉）的血流（图4）。平均手术时间为234.3分钟±70.4分钟。术中失血量为150 mL（IQR = 300）。术后重症监护病房（ICU）平均住院时间为1.2±2.2天，总住院时间为9.0±4.9天。围手术期死亡率为4.8%，且无患者需要再次干预治疗。平均随访时间为17.4±8.6个月（Table 1）。

一名患者因不明原因在术后死亡。两名患者在手术后发生中风，导致中风发生率为9.5%。此外，两名患者因脊髓缺血而出现术后截瘫。围手术期有三名患者发生内漏（两例为Ia型，一例为Ic型），总体内漏发生率为14.3%。

讨论

F/B TEVAR 是修复第1区主动脉弓动脉瘤的合适方法，可有效维持分支动脉的通畅性。与开放手术修复相比，F/B TEVAR 的围手术期发病率和死亡率更低^15,17。然而，术后在开窗桥接部位可能发生内漏，潜在地需要再次干预¹⁸。研究表明，开窗数量越多，目标血管相关内漏的发生概率越高¹⁹。因此，精确的开窗对于三开窗F/B TEVAR至关重要，以尽量减少内漏的发生。

个体化开窗支架移植物可实现主动脉弓腔内修复术中精确的开窗定位。大多数 commercially available 开窗支架移植物无法根据患者个体解剖结构进行定制，或无法提供精确的开窗。相比之下，PMEG 已广泛应用于 F/B TEVAR，并显示出良好的临床效果^15,20。此外，商业化支架与 PM...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3D 打印机	Stratasys	Eden260VS	用于打印 3D 模型
Ankura TAA 支架移植物系统	Lifetech	TAA2622B100	用作主体支架移植物
生物相容性 PolyJet 材料	Stratasys	MED610
Fluency Plus 血管内支架移植物	Bard Peripheral Vascular	FEM10100	用作分支支架
Geomagic Wrap 软件	OQTON		用于支架植入后血管重塑的模拟分析
GORE DRYSEAL Flex 导引鞘	W.L. Gore & Associates	DSF1065	用作输送鞘
GORE VIABAHN 血管内假体	W.L. Gore & Associates	VBHR051002A	用作分支支架
Hi-Torque Supra Core 外周超支持导丝	Abbott	1002703	用作导丝
INFINITI 诊断导管	Cordis	SRD6642	用作导管
Lunderquist 超硬导丝	COOK MEDICAL	G49228	用作导丝
Mimics 软件	Materialise		用于进行主动脉的 3D 重建
Nester 栓塞弹簧圈	COOK MEDICAL	G47332	用作弹簧圈
PROLENE 聚丙烯缝线	Johnson&Johnson MedTech	SXPP1B201	用作手术缝线
RADIFOCUS 血管造影导管	Terumo Interventional Systems	RF-DB1500GM	用作导管
RADIFOCUS 导丝 M	Terumo Interventional Systems	RF-GA18153M	用作导丝
SurVeil 药物涂层球囊	Abbott	SRV03513504010	用作扩张球囊
V-18 & V-14 ControlWire 导丝	Boston Scientific Corporation	39216-71822,  46-850	用作导丝
Valiant 胸主动脉支架移植物配 Captivia 输送系统	Medtronic	VAMF2626C100TU	用作主体支架移植物