3D打印技術輔助腹主動脈瘤腔內治療一例

王湘?蔡震宇?于洪濤?李剛

【摘要】腹主動脈瘤是指與全身纖維結締組織退行性變相關聯的腹主動脈局部瘤樣擴張，是常見的主動脈疾病。近年隨著三維（3D）打印技術的不斷進步，其在醫療領域應用的范圍不斷擴大，特別是在血管外科的運用。該文介紹1例腹主動脈瘤3D打印輔助治療實例，與傳統主動脈CT血管造影（CTA）檢查進行對比，基于CTA圖像的3D打印技術能夠精準地還原CTA重建圖像，測量數據更客觀，使外科醫師獲得更直觀的視覺理解，有助于手術的順利進行。

【關鍵詞】腹主動脈瘤;腔內治療;三維打印

3D printing-assisted intraluminal treatment of abdominal aortic aneurysm： a case report Wang Xiang， Cai Zhenyu， Yu Hongtao， Li Gang. Cardiovascular Surgery， Shenzhen Hospital of Fuwai Hospital， Chinese Academy of Medical Sciences， Shenzhen 518000， China

【Abstract】Abdominal aortic aneurysm refers to the local tumor-like dilatation of the abdominal aorta associated with the degeneration of systemic fibrous connective tissues， which is a common type of aortic disease. In recent years， with the persistent advancement of three-dimensional （3D） printing technology， its range of application in the medical field has been constantly expanded， especially in vascular surgery. In this article， one case of 3D printing-assisted treatment of abdominal aortic aneurysm was reported. Compared with traditional aortic CT angiography （CTA）， 3D printing technology based on CTA image can more accurately restore the reconstructed CTA image， yield more objective measurement data， deliver more intuitive visual understanding to the surgeons and contribute to the success of surgery.

【Key words】Abdominal aortic aneurysm;Intraluminal treatment;Three-dimensional printing

三維（3D）打印技術起源于一百多年前美國研究的照相雕刻和地貌成型技術[1]。它是一種以數字模型數據為基礎，綜合了數字運算、信息技術、材料學與化學等多方面技術，通過計算機控制，采用分層加工、疊加成型的方式來“制造”產品，故又稱為“增材”制造技術[2]。1986年美國科學家Charles Hull開發了第一臺商業3D打印機[3]。經歷了30年的發展，3D打印技術的應用范圍從航天航空、汽車制造、橋梁建筑逐漸延伸到了醫學領域。在血管外科領域，主動脈瘤的治療方案取決于腹主動脈瘤的解剖學形態，主動脈的擴張及扭曲程度、瘤頸長短、主要分支與瘤體間關系、瘤體內附壁血栓等因素將直接影響手術方案的選擇以及患者預后的判斷[4]。通過 3D 打印技術能夠精準復制動脈瘤，可直視下全方位了解病變的解剖學情況。本文介紹1例腹主動脈瘤3D打印實際模型，并與傳統主動脈CT血管造影（CTA）檢查進行對比，初步探討基于CTA圖像的3D打印技術的相關應用價值及其準確性和可塑性。

病例資料

一、主訴及病史

患者男，68歲。因突發腰、背痛15 h余于2017年7月3日急診入院?；颊咴V疼痛性質劇烈，為撕裂樣疼痛，持續不緩解，伴全身乏力。既往有膽囊結石病史，已行手術治療，否認高血壓、糖尿病史，否認乙型肝炎、結核等傳染病史，否認外傷及手術史，未發現食物及藥物過敏史。吸煙約40年，20支/日。

二、體格檢查及輔助檢查

入院體格檢查：體溫36.6℃，心率82次/分，血壓 110/68 mm Hg（左上肢，1 mm Hg = 0.133 kPa），呼吸20次/分。神志清晰，精神狀態差，痛苦面容，口唇無發紺。雙肺呼吸音清，各瓣膜聽診區未聞及明顯病理性雜音。腹膨隆，無壓痛及反跳痛，腸鳴音正常。雙側肢體波動減弱。

血常規示血紅蛋白90 g/L，白細胞12.7 ×109/L，紅細胞2.9×1012/L，血小板143×109/L。UCG示LVEF 0.55，心腔結構未見異常。全主動脈增強CT掃描提示腹主動脈瘤并腹主動脈破裂。術前CT血管三維重建顯示患者腎下腹主動脈呈囊性擴張。瘤體最大直徑約96 mm，瘤體真腔最大直徑約45 mm，瘤體破口位于右側腎動脈以下，瘤頸向右側略偏斜，無明顯扭曲，長度約15 mm，見圖1。

三、3D模型重建及打印

提取患者術前主動脈（從腹腔干動脈上方到股動脈分叉處）薄層增強CT掃描資料，并以DICOM格式輸出，將導出的主動脈CT掃描資料導入 Mimics 軟件，對主動脈區域進行三維重構，重構后的數據輸入 Cura軟件進行切片設置，將轉換后的.x3g格式文件拷貝到SD卡，然后利用武漢嘉一公司科易樂-巧匠E73D打印機進行打印，打印材料為聚乳酸生物可降解材料（PLA），分別打印成型腹主動脈瘤及腹主動脈瘤腔模型。該模型完整地展示了患者腹主動脈瘤及腹主動脈瘤腔的形態，見圖2。

四、CTA重建圖像及3D打印模型測量對比

腹主動脈瘤3D打印模型精準還原CTA重建圖像：腸系膜上動脈、雙側腎動脈、雙側髂總動脈及分支、腎動脈與瘤頸關系、扭曲的瘤頸以及瘤頸長度、髂外動脈扭曲（具體測量數值見表 1）。腸系膜下動脈在CTA重建圖像及3D打印模型中均無顯現。

五、手術治療

術中取右股動脈及左股動脈相應部位皮膚切口，造影見腹主動脈瘤巨大，直徑約10 cm，長約14 cm，未累及左右髂動脈，形態特征基本與CTA及3D打印模型測量值相符。順利置入美敦力ENBF2516C145EE腹主動脈主體覆膜支架1枚，分別經左、右側股動脈順利置入美敦力ENLW1610C120EE、ENLW1613C120EE短腿支架各1枚。最后造影示所釋放支架位置均準確固定，腹主動脈瘤被完全隔絕，雙側腎動脈、雙側髂總動脈、雙側髂外動脈、髂內動脈顯影好，無造影劑滯留，無造影劑外溢，無內漏，見圖3A。術程順利，術中無輸血，術畢安返ICU，術后復查 CTA 結果滿意，見圖3B。隨訪至撰稿日，未見異常。

討論

CTA技術采用圖像后處理軟件進行多平面重建（MPR）、最大密度投影（MIP）、容積成像（VR），綜合影像結果進行診斷，可觀察主動脈瘤發生部位、形態、大小和累及范圍，并依據專為腹主動脈瘤腔內修復術制定的三型五分法及其測量指標進行測量及分型，對臨床進行指導[5]。

在主動脈腔內治療的術前指導過程以及主動脈相關形態學研究中，CTA技術未能完全滿足需求，這主要與CTA本身局限的計算平臺功能有關[6]。例如“梯形瘤頸”直徑、動脈瘤最大直徑、動脈瘤腔最大直徑的測量，CTA存在一定的誤差，這種誤差與主動脈在矢狀位的扭曲和傾斜有關，實際上CTA三維重建圖像只是3D圖像的二維顯現，這也解釋了表1中CTA與3D打印模型之間存在的數值差異。而3D打印技術可以個體化三維重建生成立體的、精確的腹主動脈瘤解剖物理模型，有助于我們更準確、更直觀地觀察和理解。我們結合3D打印模型的測量數值，準確地選用了合適大小的主動脈支架并且成功地實施了手術。

3D打印是一種正在快速發展的技術。3D打印能夠制作具有復雜內部結構的產品[7]。3D打印和影像學檢查的結合為醫學，特別是血管外科的發展提供了巨大的機會[8-10]。該技術使具有復雜解剖結構的疾病可視化、直觀化，并可以創建不同的模型用于外科手術規劃和培訓[11-14]。術前手術規劃是血管內手術的關鍵部分[15-18]。傳統情況下，血管內支架的選擇主要依賴于CT圖像，然而，在病變較為復雜的情況下，CT提供的信息不夠直觀和具體[19-20]。而目前可以基于CT數據創建3D打印的血管模型，以協助進行術前手術規劃[21-22]。

Koleilat等[23]比較了通過自動3D中心線成像數據與3D打印的主動脈模型獲得的測量結果的準確性。與3D打印的主動脈模型相比，各觀察者之間的測量結果存在實質性差異，血管角度無法準確測量，這可能會導致分支血管破裂和再次介入的幾率增加。在歐洲進行的一項多中心、前瞻性、隨機試驗顯示，在進行腔內修復術之前，利用3D打印血管模型進行術前討論及手術訓練，減少了支架植入術中對比劑及X線曝光劑量，進而提高安全性和手術效率[24]。

本研究中，3D打印模型是基于CT掃描數據，雖將CT圖像精確還原成立體實物，但3D模型僅能顯現瘤腔的大小、形狀，卻不能真實還原血管壁、瘤壁血栓以及瘤腔。而在Riesenkmpff等[25]采用CT及MRI數據對11例復雜先天性心臟病患者進行三維重建，并打印出患者的3D心臟模型。Dankowski等[26]也完整打印出心臟模型，并且能較好地顯現出心臟瓣膜。CT掃描技術和3D打印技術的結合可以掃描、編輯和復制實體對象，創建精確的副本或優化原件，從三維重建圖像到最終的待打印立體光刻模型，其中涉及的數據處理和格式轉換過程正是2種技術結合的關鍵。通過對立體光刻文件的再整合，本研究中的打印方法亦可改善模型的呈現。因此，與CTA相比，3D打印模型具有更直觀的視覺理解，測量數據更客觀，有廣闊的臨床應用價值。

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（收稿日期：2020-03-20）

（本文編輯：林燕薇）