CTA多模式3D打印制作Stanford B型主動(dòng)脈夾層模型

吳 勵(lì)，韋亞寧，曾岸軻，董雅倩，張怡蒂，楊 凱

(1.上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，上海 201318；2.遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院影像科，廣東 珠海 519000；3.上海交通大學(xué)第六附屬醫(yī)院放射介入科，上海 200233)

CT血管造影(CT angiography，CTA)是評(píng)估Stanford B型主動(dòng)脈夾層(type B aortic dissection，TBAD)的首選影像學(xué)方法。以胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)(thoracic endovascular aortic repair，TEVAR)治療TBAD時(shí)，術(shù)前CTA數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)于成功與否至關(guān)重要[1]。主動(dòng)脈貫穿胸部及腹部，TEVAR術(shù)前CTA掃描范圍應(yīng)從胸廓入口至恥骨聯(lián)合水平，上至主動(dòng)脈弓上三分支，下至雙側(cè)股動(dòng)脈[1]，常規(guī)掃描需要提前規(guī)劃掃描方案，防止因掃描范圍不足而造成評(píng)估誤差。相比顯示于傳統(tǒng)CT工作站二維屏幕的三維重建圖像，3D打印技術(shù)可提供更為直觀的模型，將病變部位解剖學(xué)改變具象化，模擬植入支架后其與鄰近結(jié)構(gòu)的關(guān)系[2]，但目前僅用于打印主動(dòng)脈局部病變模型[3-5]。本研究嘗試設(shè)計(jì)及打印3D TBAD模型，以滿足不同臨床需求，提高3D打印技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 納入2021年6月—12月遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院8例TBAD患者，男6例、女2例，年齡43～79歲、中位年齡54.5歲，均接受完整CTA掃描。本研究經(jīng)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(編號(hào)：2021SXG005)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition AS 64排/聯(lián)影uCT780 128排CT儀，經(jīng)外周靜脈導(dǎo)管以4 ml/s流率注射80～90 ml優(yōu)維顯，延遲10 s后以主動(dòng)脈弓120 HU觸發(fā)掃描，采集主動(dòng)脈弓上三分支至雙側(cè)股動(dòng)脈CTA圖像；掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流，準(zhǔn)直80 mm，重建層厚1 mm(圖1)。

圖1 患者男，44歲，TBAD A.胸部軸位平掃CT圖；B.CTA圖示降主動(dòng)脈撕裂口延續(xù)至右側(cè)髂外動(dòng)脈(箭示撕裂的內(nèi)膜)；C.重建3D CTA圖

1.3 3D打印 將DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Medraw軟件[影為醫(yī)療科技(上海)有限公司]進(jìn)行處理，調(diào)整窗寬和窗位至清晰顯示二維視圖區(qū)域內(nèi)的血管。由具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師與工程師各1名采用手繪和擦除工具根據(jù)CT圖像逐層繪制動(dòng)脈區(qū)域，由前者負(fù)責(zé)識(shí)別組織結(jié)構(gòu)，后者負(fù)責(zé)保證圖像分割融合效果，用時(shí)約10 min，得到標(biāo)準(zhǔn)鑲嵌語(yǔ)言(standard tessellation language，STL)格式文件后輸出模型(圖2)，并附加支撐結(jié)構(gòu)(圖3)。將STL模型導(dǎo)入Magics軟件，將加入支撐結(jié)構(gòu)的文件格式轉(zhuǎn)換為打印機(jī)可識(shí)別的mproject格式，發(fā)送至3D打印機(jī)(Lite600及DLP SprintRay Pro)進(jìn)行打印。根據(jù)臨床需求設(shè)計(jì)由3種不同材料構(gòu)成的3D模型，即采用樹脂DSM128材料的實(shí)體模型、采用樹脂DSM10122材料的空腔模型及由樹脂DSM128及柔性樹脂SP-RF共同構(gòu)成的拼接模型。記錄打印時(shí)間，對(duì)打印出的模型進(jìn)行風(fēng)干定型處理，而后去除支撐物并打磨光滑。

圖2 3D打印圖像處理 A.分割主動(dòng)脈弓分支圖像；B.3D分割主動(dòng)脈圖像

圖3 附加支撐結(jié)構(gòu)的主動(dòng)脈STL文件圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用單因素方差分析比較3種模型打印時(shí)間差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

打印實(shí)體模型(圖4A、4B)效果穩(wěn)定、上色便捷，上色后易于鑒別真腔與假腔；模型自重約550 g，打印平均用時(shí)(9.0±2.9)h。打印空腔模型有2種方法：①模糊整體打印，采用垂直放置打印時(shí)，腔內(nèi)支撐物少使打印過程穩(wěn)定性較差，可因變形而打印失敗；采用平鋪方式打印可提高打印過程的穩(wěn)定性，但需于腔內(nèi)放置較多支撐材料，因后續(xù)無(wú)法進(jìn)行腔內(nèi)處理而致樹脂殘留，使管壁較模糊，透明度一般(圖4C、4D)；②透明分段打印，無(wú)須內(nèi)部支撐，且可對(duì)血管壁進(jìn)行處理，模型整體透明度高，但分段黏合處留有銜接痕跡(圖4E、4F)；打印以上2種模型平均用時(shí)均為(36.0±2.8)h。拼接模型中的血管主干由樹脂材料、遠(yuǎn)端由柔性樹脂材料構(gòu)成，需要加以拼接；打印柔性部分內(nèi)部時(shí)需要放置支撐結(jié)構(gòu)，且后續(xù)無(wú)法去除(圖4G、4H)，打印平均用時(shí)(72.0±2.6)h。

圖4 3D打印各種模型 A、B.實(shí)體模型(TL：真腔；FL：假腔)；C、D.整體模型的空腔較為模糊(箭示腔內(nèi)殘留樹脂)；E、F.透明分段空腔模型(箭示分段黏合處)；G、H.拼接模型(箭示柔性材料內(nèi)支撐物)

3種模型打印時(shí)間總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=522.73，P<0.01)，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。

3 討論

2014年，歐洲心臟病學(xué)會(huì)主動(dòng)脈疾病診斷和治療指南[6]推薦TBAD分期如下：發(fā)病時(shí)間<14天為急性期，14～90天為亞急性期，>90天為慢性期；對(duì)急性復(fù)雜型或病情惡化的急性高危型TBAD需急診予以積極治療，而對(duì)其他類型TBAD的干預(yù)時(shí)間窗均較長(zhǎng)[7]。本組打印3D模型用時(shí)9 h至3天，就時(shí)間窗而言，可滿足TEVAR治療TBAD亞急性期及慢性期患者術(shù)前評(píng)估需要。

3種模型所用材料及目的均有所不同，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，打印時(shí)間差異較大。實(shí)體模型打印技術(shù)成熟、穩(wěn)定，耗時(shí)短，上色后模型真、假腔一目了然，且價(jià)格最低；但其自重較重，且無(wú)法觀察內(nèi)膜片情況。空腔模型能解決這一問題，但仍為硬性材料打印，不符合主動(dòng)脈具有彈性的特點(diǎn)，且打印時(shí)間有所延長(zhǎng)。主動(dòng)脈夾層病變結(jié)構(gòu)復(fù)雜，血管壁較薄，且模型較大，幾乎無(wú)法采用單一柔性材料直接進(jìn)行打印，而通過打印模具注模也十分困難。本研究嘗試?yán)闷唇幽Ｐ徒鉀Q血管彈性問題，可根據(jù)臨床需求選擇拼接位置，但制作模型所需時(shí)間更長(zhǎng)，且以柔性材料制作血管的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)與真實(shí)血管是否一致尚需進(jìn)一步觀察。除用于規(guī)劃手術(shù)外，柔性材料拼接打印模型還具有用于訓(xùn)練低年資醫(yī)師的潛力。

總之，本研究將整體化打印3D模型用于TBAD，通過多模式打印3D模型，為TBAD手術(shù)規(guī)劃及手術(shù)訓(xùn)練提供更多可能性。但3D打印模型的血管直徑可能與術(shù)前CTA測(cè)值存在±1 mm誤差[8]，未來(lái)應(yīng)規(guī)范化操作流程，在加快打印速度的同時(shí)提高精度，并降低成本。