TAVR术前评估中3D打印评估方法的应用研究

发布时间：2020-09-04 19:48

　　背景经导管主动脉瓣膜置换术(TAVR)已经成为治疗重度主动脉瓣狭窄的标准方案。目前TAVR术前评估主要依靠CTA检查,但是由于检查技术本身及操作流程的局限,只能通过工作站找到合适的平面进行观察和测量,无法完全反映立体结构;无法评估移植物置入后的情况,例如钙化灶与瓣环的相对运动情况,冠状动脉开口方向和高度的改变,从而引起术中及术后并发症。3D打印可以展示个性化的解剖结构,我们通过移植物在模型中体外释放,与术中实际情况对比,寻找更适合的术前评估方法,进一步构建以3D打印技术为中心的评估体系。方法1、构建3D打印模型(1)了解瓣环相关解剖结构选取2具经福尔马林固定的正常人完整心脏标本,经心尖沿心脏纵轴切开至瓣膜纤维环下缘,暴露左心室,观察主动脉瓣瓣膜形状、瓣环及周围相关结构,测量主动脉根部血管壁及瓣叶厚度。(2)入组患者课题选择本中心2011年6月至2017年6月行TAVR手术且留存术前CTA的患者入组,共20例。其中死亡患者4例,男性2例,女性2例,死亡原因分别为冠状动脉堵塞及瓣环撕裂;手术成功患者16例,男性10例,女性6例。(3)3D打印模板选择用于TAVR手术术前评估的3D打印模型主要是针对“围主动脉瓣”区域解剖结构,其基本范围包括:主动脉瓣膜、升主动脉起始部、左室流出道、冠脉起始部等手术相关区域。本课题患者CTA,均使用TOSHIBA Aquilion ONE型CT机320排扫描,图像层厚为1mm,间距1mm。截取R-R间期的25%-35%中瓣口开放最大的序列作为3D打印的模版。(4)制作3D打印模型将选取的CTA资料的DICOM格式文件导入Materialise Mimics和3-matic软件,按照CT值的赋值不同及点选操作,选取主动脉根部及瓣环区域血管内增强的“血液”部分,在这段“血液”的外缘赋予相应血管厚度,再应用软件反选赋值生成的血管,删除其中“血液”部分,转换成可“打印”的标准镶嵌语言(STL)。通过激光扫描液态原料成型技术,选择合适的材料进行。本课题采用Heart Print Flex材料完成打印。该材料的特点在于杨氏模量及膨胀性与主动脉根部的真实结构无明显差异,模型的形变可以模拟实际血管、瓣环等结构的形变,因此基于Heart Print Flex制作的3D打印模型不仅可以精确反映相关术区的解剖结构,还可以模拟真实术区结构的材料学特质。2、3D打印模型的应用(1)模型的测量使用游标卡尺对TAVR手术需要掌握的指标进行实体测量,包括:瓣环尺寸(长径、短径等)、冠脉开口高度、瓣叶长度、窦管结合部尺寸(长径、短径等)等。最终测量值取3名临床医生独立测量值的平均值。(2)模型体外释放制作与术中使用爱德华Edwards Sapien XT valve尺寸及径向支撑力一致的无瓣膜支架模型。使用035超硬导丝由升主动脉侧穿过主动脉瓣膜进入左室流出道,选择与瓣环尺寸相适应的预扩球囊经导丝置入,使球囊中部位于瓣环水平。使用压力泵向预扩球囊注入与术中相同体积注射用水,观察瓣膜及瓣环情况。经输送系统将支架模型送至瓣环水平,压力泵向球囊注入与术中相同体积注射用水,释放支架模型于瓣环水平,观察置入瓣膜后的瓣环及瓣叶情况。3、CTA与3D打印对于TAVR术前评估的比较将术中实际情况作为金标准,比较CTA和3D打印对于TAVR术前评估的特异度和敏感度。结果1、模型测量3D打印模型的测量比CTA更加直观,相对容易确定瓣环平面。3D打印模型测量计算得到的移植物尺寸,死亡患者16得到的结果比CTA测量计算的结果偏小,其余患者经3D模型及CTA测量结果无明显差异。2、体外释放(1)死亡患者12和患者15的3D打印模型测量结果显示,左冠开口高度与CTA测量数值并无明显差异,但体外释放出现遮蔽冠脉开口导致急性冠脉闭塞,造成急性心肌缺血、心肌梗死,与术中实际情况一致。死亡患者16和患者18均为二叶瓣畸形。患者16,使用3D打印模型进行瓣环结构评估,得到的结果提示:移植物尺寸选择小于CTA结果。患者18,3D打印模型进行移植物尺寸选择的结果与CTA结果一致,但underfill小于CTA结果,提示移植物尺寸略大。瓣膜移植物选择尺寸过大会引起瓣环撕裂,与术中实际情况一致。(2)手术成功患者中出现1例瓣环撕裂,呈现假阳性。3、特异度和敏感度与CTA相比,3D打印对于TAVR的风险评估的敏感度更高,其特异度较低。结论CTA对于瓣环及冠脉开口的测量,只能在平面进行,无法准确反映复杂的立体结构。在移植物置入瓣环后,由于结构本身及钙化灶的影响,冠脉开口的位置与瓣环平面发生相对位移,无法通过术前CTA进行评估。3D打印模型可以反映瓣环及瓣叶的立体结构,结合体外释放可以模拟真实术中情况,还原移植物置入后瓣环与冠脉开口位置、钙化灶等结构的相对移动,预测术中及术后并发症。
【学位单位】：中国人民解放军海军军医大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R654.2
【部分图文】：

保持模型,相对位置,支架,升主动脉

使其保持与人体中一致的相对位置，即左右侧冠状动脉、三个冠状窦在其相应方向（图1-1）。模拟术中经股动脉穿刺操作，导丝及输送系统均从升主动脉侧进入瓣膜开口。由同一位术者，在不知晓术中实际预后情况下，分别对 20 例患者模型进行体外释放，具体过程如下：使用 035 超硬导丝(直径 0.035 英寸)由升主动脉侧穿过主动脉瓣膜进入左室流出

过程图,高清,体外释放,内窥镜

使用压力泵向预扩球囊中缓慢注入与术中相同体积生理盐水，球囊成型后，回抽全部生理盐水，退出预扩球囊，保留导丝在瓣膜原来位置。观察整个预扩过程中瓣膜及瓣环情况。经 Retroflex 输送系统将支架模型送至瓣环水平，使移植物支架的正中部位位于瓣叶附着点构成的瓣环水平面，使用压力泵向球囊中注入与术中相同体积生理盐水，释放支架模型于瓣环水平，观察置入瓣膜后的瓣环及瓣叶情况。使用高清内窥镜在模型腔内观察实验全过程（图 1-2），记录包括 035 超硬导丝进入瓣膜，预扩球囊进入瓣膜，球囊预扩及退出，移植物球囊输送系统进入瓣膜、移植物释放及球囊退出的整个过程。由于并发症主要发生在瓣膜移植物与瓣环周围结构的相关关系上，因此观察重点在于模拟术中操作进行球囊预扩及移植物支架置入模型相应锚定区（瓣环）位置后，瓣环、各个瓣叶及左右侧冠脉等情况，尤其是瓣叶之间相连交界区情况、钙化灶位移、瓣叶附着点情况、两侧冠脉开口情况等，进而分析结构变化可能引起的并发症及其他相关情况。移植物释放时刻心脏处于高速起搏状态，瓣环的形态与静止的模型相仿，因此模型的体外释放可以很好的模拟瓣膜释放时刻的主动脉瓣及主动脉根部实际情况。

瓣叶,成角,主动脉瓣,叶厚

TAVR 术前评估中 3D 打印评估方法的应用研究实验结果一、3D 模型构建（一）瓣膜解剖对 2 例标本进行解剖，得到切除部分左室壁的心脏。大体观察，可以看到主动脉于心脏中心区，与二尖瓣关系紧密。正常人主动脉瓣为三叶式，平均分布在主动部瓣窦区。左室流出道与升主动脉起始部有一定轴向成角，成角拐点位于瓣环位主动脉根部血管壁厚度约为 2mm，主动脉瓣叶厚度约为 1mm。

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