3D打印辅助技术对短瘤颈复杂腹主动脉瘤的临床应用价值

吴延庆 史洪涛 吴海涛 孙灿龙 张温温 王 彤 牛焕章

作者单位：471003 河南科技大学第一附属医院

腹主动脉瘤(abdominal aneurysm,AAA)指的是腹主动脉的永久性局限性扩张,且直径增加超过50%[1]。腹主动脉瘤的常见病因为动脉壁退行性变,大多数患者平时无明显症状,少数伴随腹痛,部分患者可出现低血压、大出血等并发症状,严重者可造成患者死亡[2]。患者出现动脉壁退行性变之后,随即产生病理性改变,血管内膜消失,弹力纤维以及胶原纤维断裂、降解并出现损伤。复杂AAA包括短瘤颈腹主动脉瘤、累及内脏分支动脉的腹主动脉瘤。一般情况下,临床上将瘤颈长度不足15 mm的腹主动脉瘤称为“短瘤颈腹主动脉瘤”[3]。复杂AAA具有瘤颈短、成角大、瘤体累及重要脏器、脊髓供血动脉形态复杂等特点,其治疗难点主要在瘤体的近端锚定区评估以及分支脉的合理重建上。很多情况下,复杂AAA患者无法接受传统的AAA内腔修复术(endovascular aneurysm repair,EVAR),然而伴随着腹膜支架系统的不断改进、“开窗”、“烟囱”等技术应运而生,EVAR技术方适用于复杂型AAA。3D打印技术属于快速成型技术,该技术运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方式构造物体。为了进一步研究3D打印技术应用于短瘤颈腹主动脉瘤的应用价值,本研究采用回顾性分析的方法展开探究,现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2018年1月至2022年7月期间,本院收治的短瘤颈复杂腹主动脉瘤患者共计60例。纳入标准:①符合短瘤颈复杂腹主动脉瘤的诊断标准[4];②资料齐全、实验室检查、住院信息明确无误;排除标准:①多发性大动脉炎症患者;②自身免疫性疾病患者;③合并其他器官功能异常者;根据研究对象是否采用3D辅助打印技术将上述研究对象划分为常规干预组(n=32)以及3D打印组(n=28);常规干预组男性18例;女性14例;年龄64～88岁;平均年龄(76.58±11.15)岁;平均病程(35.77±11.24)d;平均体质量指数(21.35±1.74)kg/m2;其中14例接受累及双肾动脉的短瘤颈腹主动脉腔内修复术;10例患者接受累及弓上分支的胸主动脉夹层行腔内修复;8例接受远端破口位于内脏区的胸主动脉夹层行腔内修复。常规干预组男性15例;女性13例;年龄65～87岁;平均年龄(77.84±11.36)岁;平均病程(35.82±12.66)d;平均体质量指数(21.45±1.81)kg/m2;其中12例患者接受累及双肾动脉的短瘤颈腹主动脉腔内修复术;9例患者接受累及弓上分支的胸主动脉夹层行腔内修复;7例患者接受远端破口位于内脏区的胸主动脉夹层行腔内修复。两组一般资料差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 方法

(1)全体研究对象术前均进行腹主动脉CTA,采用德国西门子SOMATOM Force双源CT进行检测。经肘静脉注射造影剂碘帕醇。扫描层厚5 mm,重建层厚,输出DICOM原始数据文件;对原始数据进行重建后,于电脑显示屏生成三维影响,由经验丰富的影像科医师(具有超过5年临床经验)对影像进行分析阅片;并制定手术治疗方案。(2)3D打印组在上述基础之上联合使用3D模型重建及打印技术。将导出的主动脉CT扫描资料导人Mimics软件,进行三维重构,使用Cura软件进行切片设置,将转换后的格式文件拷贝到SD卡并使用聚乳酸生物可降解材料(PLA)进行打印,随后,分别构建腹主动脉瘤、腹主动脉瘤腔模型。上述操作结束后,由2名经验丰富且熟悉3D打印技术的临床医师对打印结果进行评价分析并制定手术治疗方案。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 腹主动脉术前CTA检测数据与术中检测数据的对比

接受腹主动脉CTA辅助检查的患者瘤颈最大直径、瘤腔最大直径、瘤体最大直径术前评估结果同术中测量结果差异无统计学意义(P>0.05);然而a角、b角的术前评估以及术中测量结果存在一定出入,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 腹主动脉CTA术前检测数据与术中检测数据对比

2.2 术前3D打印模型检测数据与术中检测数据对比

接受腹主动脉CTA图像的3D打印技术辅助检查的患者,瘤颈最大直径、瘤腔最大直径、瘤体最大直径、a角、b角的术前评估结果与术中测量结果差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 术前3D打印模型检测数据同术中检测数据对比

2.3 两组患者术前术后CTA真假腔/瘤体最大直径的比较

两组术前真腔最大直径、假腔最大直径、瘤体最大直径比较差异无统计学意义(P>0.05),术后3个月真腔直径出现扩大,假腔直径以及瘤体直径出现缩小,且3D打印组变化更加显著(P<0.05)。见表3。

表3 两组患者术前术后CTA真假腔及瘤体最大直径的比较

3 讨论

3D打印技术在多行业多领域已经取得了十分广泛的应用。在血管外科领域,AAA的治疗方案主要取决于瘤体的解剖学形态,主动脉的扩张程度、扭曲状态、血管分支同瘤体之间的关系。AAA内腔修复术(EVAR)是应对AAA的首选治疗方案。短瘤颈AAA是EVAR手术的难点病例之一。原因在于,锚定区域的的不足造成制定定位困难,甚至发生移位以及遮蔽重要内脏分支,从而造成十分严重的后果[5]。为了探究3D打印技术辅助应用于短瘤颈复杂AAA手术患者的临床价值,本研究采用回顾性分析的方法对60例短颈瘤AAA患者展开研究。

本研究结果显示,单独使用CTA技术虽然在瘤颈、瘤体以及瘤腔最大直径的评估方面具有具有较高的准确性,然而该技术应用于瘤颈与腹主动脉夹角的评估尚有不足之处。究其原因,CTA技术应用于复杂AAA的辅助治疗具有一定的局限性,这主要是由于CTA自身存在的误差与主动脉在矢状位的扭曲以及倾斜引起[6]。由于CTA三维重建图像仍然是是3D图像的二维显现,因此其所能反应的三维立体构造同实际结构之间存在一定的出入。相比之下,CTA联合3D打印技术除了能精准反应腹主动脉的各项基本参数之外,瘤颈和动脉之间的夹角等三维立体结构同样可得到良好的体现。因此,3D打印技术可以生成立体且精确的腹主动脉瘤解剖物理模型,有助于更准确、更直观地对组织病理结构进行评估[7]。

研究结果显示,术后3个月复查结果显示,真腔直径出现扩大,假腔直径以及瘤体直径出现缩小。表明两种手术方案对短瘤颈腹主动脉瘤均具有良好的辅助治疗效果,然而在上述形态学变化中,3D打印组的变化趋势相比常规干预组更加显著,提示3D打印技术的联合应用对于接受手术的短瘤颈AAA患者疗效显著。究其原因,执行短瘤颈AAA手术的难点之一在于腔内治疗不同于开放性手术,操作者通常无法直观地查看血管的真实状态,主要通过透视、造影以及术前影像学资料进行辅助性评估。因此,在处理相对复杂的解剖学结构的时候,单纯使用CTA技术仍然面临较大的挑战。CT扫描以及对重建瘤体的三维解剖结构的数据存在一定误差,且对于复杂瘤颈、分支动脉开口、分支血管的相对位置等精细结构的表达不够精确,导致支架选取和“开窗”位置具有一定不确定性[8]。然而,3D打印技术能够近乎1∶1显示主动脉形态以及各分支动脉解剖关系,对于辅助诊断以及手术方案的选取具有重要的参考价值[9]。由于3D打印技术较为精准地模拟了主动脉弓的3支重要分支开口位置、直径以及成角,对于"开窗"位置的判断具有十分重要的价值;另外3D打印技术在精准复制血管病变结构的同时,还可模拟血管的应力改变[10],从而对支架以及主动脉弓的力学评估发挥重要的作用。

综上所述,基于主动脉CTA图像的3D打印技术可精准地还原CTA重建图像,有助于手术的顺利进行。