庄熙晶1，王文君1，李世军2
1.医院心脏大血管外科（辽宁大连）；2.医院心血管内科五病房（辽宁大连）
关键词：经导管主动脉瓣置换术；3D打印；术前评估；综述
引用本文：庄熙晶,王文君,李世军.3D打印技术在经导管主动脉瓣置换术前的评估作用.中国胸心血管外科临床杂志,,29(3):-.doi:10./-.
赛纳数字医疗3D打印机摘要
主动脉瓣疾病是威胁人类健康的主要疾病之一。经导管主动脉瓣置换术（TAVR）是治疗主动脉疾病的新方法。术前评估对TAVR的成功实施和患者的远期生存质量都有着重要意义。医疗3D打印技术的出现，可以充分模拟患者心脏解剖，为患者打造个性化的模具，提高手术效率、缩短手术时间和减少手术创伤，从而获得更好的手术效果，例如赛纳数字三维，提供彩色多材料医疗3D打印应用解决方案。本文检索国内外相关文献，就3D打印技术在TAVR手术前的评估作用作一综述，为临床提供参考。
赛纳心脏模型3D打印
正文
随着人类平均寿命的延长，老年人口的数量和比例的增加，以主动脉瓣狭窄（aorticvalvestenosis，AS）和主动脉瓣反流（aorticvalveregurgitation，AR）为代表的主动脉瓣疾病（aorticvalvedisease，AD）的发病率也在逐渐升高，成为威胁人类健康的主要疾病[1]。在发达国家65岁人群中，中度以上AS的患病率为2%～4%[2]。我国65岁以上人群中，中度以上AS的检出率为0.6%～1.4%[3]，中度以上AR的检出率约为2.1%～2.8%[4]。外科主动脉瓣置换手术（surgicalaorticvalvereplacement，SAVR）曾是AD唯一的治疗方法。尽管SAVR技术已经成熟，但约有30%具备手术指征的AD患者[5]，由于病情危重，手术风险较高，或者预期寿命2年等因素，无法接受SAVR治疗。经导管主动脉瓣置换术（transcatheteraorticvalvereplacement，TAVR）为AD患者提供了新的治疗方法。术前评估的准确性是TAVR治疗成功与否的关键因素。随着3D打印技术在心血管外科领域的应用，可以通过术前打印患者心脏的3D模型，分析患者心脏的解剖关系做好手术前规划，为TAVR患者术前评估提供了新的方法。本文就3D打印技术在TAVR手术前的评估作一综述，为临床医师提供参考。
1 经导管主动脉瓣置换术在主动脉瓣疾病中的应用
自年第1例TAVR[6]开展以来，TAVR逐渐成为治疗AS患者的新方法。与传统SAVR相比，TAVR治疗（包括高危人群和中危人群）的患者，治疗效果良好、手术风险更低[7-8]。因此TAVR在指南中得到了更强的推荐[9]。在最新的年美国心脏协会/美国心脏病协会（AHA/ACC）心脏瓣膜疾病管理指南中，推荐对于适合使用生物瓣膜的患者，应根据是否存在症状、患者年龄和预期寿命、干预指征、预测的手术风险、解剖学等因素来决策选择SAVR还是TAVR。在指南中提及：对于年龄80岁或预期寿命＜10年的患者首选TAVR。对于年龄65～80岁、无TAVR禁忌证的有症状患者，建议医生和患者共同决策，选择SAVR或TAVR。如果治疗后预期生存时间12个月且生活质量可接受，TAVR是任何年龄段有症状、手术风险高或有手术禁忌患者的首选。
随着TAVR软硬件的革新，年Krumsdorf团队[10]首先报道成功应用TAVR技术治疗主动脉瓣反流的后，TAVR技术越来越多地应用于AR治疗。年Yoon等[11]报道TAVR治疗AR例疗成功率为81.1%，且术后1年累计全因死亡率较低（15.6%），证明了TAVR是治疗AR安全而有效的治疗手段。截至年底，国外已有10多种TAVR瓣膜获批上市，全球已经完成TAVR治疗超过40万例。
我国在年开展了首例TAVR。自年以来，随着国产瓣膜Venus-A、J-Valve和VitaFlow相继获批上市，我国TAVR进入了快速、全面发展阶段，TAVR手术量逐步提升[12]。截至年底，全国已有20多个省市、约家医院共完成余例TAVR，其中年完成了多例[12-13]。主要应用于中高危有心功能不全症状的AS患者，同时，因为经心尖的J-Valve在AR治疗中展现了独特的优越性，也被我国的专家共识推荐应用到中高危有症状AR患者的治疗中。虽然，目前SAVR仍是治疗AD的主要方式，但是TAVR技术因其微创的特性，以及在中高危患者人群中表现出的优越性，目前在国际上发展迅速，已经在欧美国家成为AD的另个一主要治疗策略。
2 术前评估对经导管主动脉瓣置换术的意义
术前评估对手术的成功实施和患者的远期生存质量都有着重要意义。TAVR术前评估主要分为临床评估及影像学评估。
临床评估主要是判断患者的主动脉瓣疾病严重程度，外科手术风险，手术禁忌证，并根据临床治疗指南或者专家共识来判断TAVR的适应证[14]；影像学评估主要根据符合TAVR适应证患者的图像进行解剖学分析，选择恰当的TAVR瓣膜及评估手术入路[14]。
对于TAVR手术，因手术过程中不能直视主动脉瓣的解剖情况，只能在X光透视和食管超声的指导下进行瓣膜内的操作，因此术前影像学评估对其至关重要。影像学评估的主要内容包括：（1）主动脉瓣环的精确测量：通过测量三维重建后瓣膜直径和周长，配比正确的人工瓣膜型号[15-16]，可以避免操作失败引起瓣膜移位以及减少术后并发症，如瓣周漏、房室传导阻滞等。（2）评估主动脉瓣叶和左室流出道的钙化分布：因为这些因素将影响人工瓣膜固定的稳定性和密闭性[17]，也是出现手术后瓣周漏和瓣膜移位的主要影响因素。（3）评估主动脉窦与冠状动脉开口位置：冠状动脉开口的高度（距离主动脉瓣环平面的垂直距离），冠状动脉窦的深度，主动脉瓣叶长度与钙化积分，这4者之间的解剖联系是影响TAVR手术冠状动脉相关风险的因素[18]。根据冠状动脉风险因素的评估结果，实施冠状动脉保护措施可以将TAVR手术中心肌梗死的发生率控制到0.4%～13.0%[19]。（4）手术入路的评估：判断患者是否存在周围血管病变，确定是否可以通过经股动脉途径（transfemoral，TF）完成TAVR手术。虽然14F大小的推送装置的出现，使得大多数的TAVR手术都可以通过TF完成，但是仍有大约17.2%的患者需要通过非TF来完成TAVR手术[20-21]。这些非TF途径包括经心尖途径、经锁骨下动脉途径、经胸主动脉途径、经颈动脉途径以及胸骨上窝途径等。
CT血管造影（CTangiography，CTA）被列为术前影像学评估的“金标准”[22]，对不能耐受碘造影剂的患者，可以考虑用心脏MRI进行替代或者应用心腔内超声（intracardiacechocardiography，ICE）进行替代，同时ICE也可以用于手术中导航[22]。
3 目前常用的术前评估方法及局限性
3.1心脏超声
心脏超声包括经胸超声（transthoracicechocardiography，TTE）、经食管超声（transesophagealechocardiographey，TEE）、实时三维超声和ICE。
TTE与TEE可以提供心脏收缩与舒张的动态图像，可以很好地评价心室功能以及瓣膜的血流动力学情况。在TAVR手术过程中，TEE可以实时监测置入人工瓣膜的位置、形态，是否存在瓣周漏，是否需要二次球囊扩张。但是TTE及TEE不能设立统一标准的测量平面，使得主动脉瓣环测量值随着声窗和平面的差异出现较大误差[23]。且主动脉瓣环和左室流出道的实际解剖形态为椭圆形，主动脉窦是由3个瓣窦形成的立体结构，在超声测量中经常以椭圆的短径来估测瓣环面积，使得测量值往往偏小[24-25]。同时，超声测量过程中人为因素较大，针对相同患者，不同超声医师的测量结果间会产生5%~9%的误差[26]。
实时三维超声通过多组声源探头进行数据采集，由计算机软件合成三维影像。它可以让观察者获得包括主动脉瓣叶钙化灶的分布情况，二叶式主动脉瓣裂隙的走行情况等更多图像信息，也可以对主动脉瓣狭窄程度进行准确分级[27]，还可以提高主动脉瓣环平面选取的准确性，提高瓣环测量的精度。但受限于三维超声声场的范围，每次可以提供的观察范围有限。且目前三维超声空间分辨率较低，即使应用经食管三维超声所测得的主动脉瓣环值与CTA的测量值相比存在9.6%的差别[28]。
ICE在TAVR手术前和术中评估中已显示出一定的优势，ICE与血管内超声相似，将超声探头埋置于导管前段，通过介入技术经腔静脉将探头置入心腔内。具有观测距离短、声窗好、不存在空气干扰的优点，同时可以进行实时观测。目前已经用于心房颤动射频消融、二尖瓣球囊扩张、结构性心脏病介入治疗等介入手术的术中监测[29-31]。近年来，也有学者将ICE用于TAVR手术的术前评估和术中指导[32]。虽然，Husser[33]对30例患者的研究提出了ICE测量的准确性，但是其是否可以完全取代CTA作为术前评估的主要工具，还需要进一步的验证。此外，ICE是有创检查，而且价格昂贵，这是它成为术前评估工具的不利因素。
3.2CTA
CTA是目前应用最广的TAVR手术前评估工具。一般采用64排以上的多排螺旋CT，应用心电门控技术，螺距0.4～0.6（心率依赖），完成从颈动脉到股动脉的全身扫描。通过对影像资料的测量进行评估，为术者提供全面的解剖相关信息。
虽然CTA测量的瓣环大小已经非常准确，但与手术中直视观测的结果还有1mm左右的误差[34]。这可能与主动脉瓣环实际为椭圆形结构，而在不同的心动周期椭圆形形态也会发生不同的变化有关。当前采用Schultz等[35]改进的方法，测量收缩中期主动脉瓣环平面的面积，大约是30%～45%RR间期的扫描图像经过多平面重建后，通过测量椭圆形长短径或不规则描记测量椭圆周长算出瓣环面积。这种改进明显减少了实际测量误差。但对于一些特殊解剖结构的患者，CTA的测量仍有局限性，如主动脉瓣二叶畸形。主动脉瓣二叶畸形的患者在图像后处理过程中，确定窦底平面比较困难，需要根据测量人员的经验去判断窦底的准确位置，势必存在人为误差。最为重要的是，尽管CTA提供了很多影像学信息，包括三维重建后的立体影像资料，但是临床医师仍然无法看到直观的病理解剖结构，对于特殊解剖结构的病例，不能进行手术预演判断手术结果，对于危重患者仍然存在不确定的手术风险。
43D打印技术应用于术前评估
4.13D打印技术的发展
20世纪90年代美国麻省理工大学首先开创了3D打印技术，它利用计算机建立的数字模型，通过3D打印机运用金属、高分子材料、光敏树脂等将数字信号转换成具有一定物理特性的实物模型[36]。3D打印技术出现后，很快被应用于骨科、牙科等临床医学领域，为患者打造个性化的模具，提高手术效率、缩短手术时间和减少手术创伤，从而获得更好的手术效果[37-39]。
近年3D打印技术也被引入到心血管外科领域，在复杂先天性心脏病，心脏肿瘤、主动脉夹层等疾病的手术操作中显示出积极作用[40-46]，并可以打印出冠状动脉的解剖模型用来分析复杂的冠状动脉解剖结构，选择合理的治疗策略[47]。
因为TAVR术前评估对影像学检查有着极高的依赖性，所以近年来越来越多的学者将3D打印技术引入到TAVR的术前评估中。
4.23D打印应用于经导管主动脉瓣置换术
3D打印在TAVR中的应用主要围绕以下几方面：（1）精准地呈现解剖结构[48-49]；（2）在直视下评估可能出现的并发症[44，50-52]；（3）利用3D模型进行手术预演[53]。
4.2.1精准地呈现解剖结构
3D打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，直接展示患者主动脉根部的解剖学特点[48-49]。对于主动脉根部解剖结构复杂的病例，更能体现其优势[54]。为此，国内外很多学者进行了相关研究。
Ripley等[55]对16例TAVR手术后的患者进行回顾性研究，发现3D打印的测量结果与相应的2D数据基本吻合，提示3D打印的主动脉根部模型是高度精确的。Maragiannis等[44]巧妙地将主动脉根部设计成为一个包含部分升主动脉、主动脉瓣膜和部分左室流出道的管状结构，利用8例完成TAVR手术患者的CTA数据建模，用多材质熔融3D打印技术打印出每例患者的主动脉根部结构，在密闭模拟主动脉压力的情况下，用超声评估主动脉瓣血流动力学情况，并与患者真实数据进行对比，在模拟每搏量相似的情况下，主动脉瓣的峰值流速［（.6±39.2）m/svs.（.9±43.7）m/s］与瓣口面积［（0.70±0.21）cm2vs.（0.68±0.17）cm2］与真实数据大致相同。年德国学者Schmauss等[52]在为1例70岁严重瓷化主动脉壁和严重主动脉瓣钙化的老人进行TAVR手术前，采用了3D打印评估并取得了良好的治疗效果。Gallo等[54]也曾将3D打印技术应用于主动脉根部情况复杂的TAVR手术前评估，并取得了良好的效果。
目前研究结果表明，3D打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，并有着良好的准确性。
4.2.2在直视下评估可能出现的并发症
TAVR术后瓣周漏、心脏传导阻滞、中枢神经系统并发症的发生是临床医师密切