3D打印联合ECMO辅助在TAVR治疗低射血分数重度主动脉瓣狭窄中的临床应用

金屏 刘洋 郭红 杨景娟 宁丽娟 张艳 金艳 杨剑

空军军医大学西京医院心血管外科

摘    要：

目的 探讨3D打印联合体外膜肺氧合(ECMO)辅助在经导管主动脉瓣置换术(TAVR)治疗低射血分数重度主动脉瓣狭窄中的可行性和有效性。

方法 低射血分数重度主动脉瓣狭窄患者10例,于2018年11月—2019年5月在空军军医大学西京医院接受ECMO辅助下经导管主动脉瓣置换术,术前左心室射血分数(LVEF)为(30.3%±10.5%),心功能Ⅳ级(NYHA分级)10例。术前采集患者CT数据,重建患者手术入路,结合3D打印技术制作患者心血管模型辅助术前评估、手术方案确定及术前谈话。

结果 10例患者均成功接受TAVR手术,围手术期患者血流动力学指标稳定,手术时间(192.5±30.3) min,DSA照射时间(40.5±3.2) min,ECMO辅助时间(60.5±23.9) min,患者出院后术后1月随访心脏超声提示心功能改善,LVEF为(48.5%±4.3%)。

结论 对于低射血分数重度主动脉瓣狭窄的患者在行TAVR时,治疗难度大,3D打印技术为医护人员提供直观模型,辅助医患沟通及术前评估,ECMO辅助可保证患者围手术期的血流动力学稳定,提供有效心肺功能支持,有助于提高手术成功率。

关键词：3D打印; 主动脉瓣狭窄; 经导管主动脉瓣置换; 体外膜肺氧合;

主动脉瓣狭窄为常见的心脏瓣膜疾病之一,多为风湿性心脏病及老年退行性病变引起[1,2,3]。以往治疗方法是体外循环下开胸置换机械瓣膜或者生物瓣膜,近年来经导管主动脉瓣置换术(transcatheter aortic valve replacement,TAVR)发展迅速,为老年危重主动脉瓣病变患者提供了另一种选择术式[4,5,6]。准确的术前评估是TAVR手术成功实施的重要条件,目前最常用的术前评估方法是基于患者术前的CT结果对各项参数指标进行测量,而随着3D打印技术在心血管领域的应用不断深入和成熟,越来越多的中心开始将这项技术运用到TAVR手术的术前评估中,通过3D打印模型更直观的了解到手术区域的解剖结构特点,同时还能进行体外的手术模拟,进一步提升了术前评估结果的准确性和手术的安全性。此外,TAVR手术过程中导丝、导管、输送器的植入以及人工瓣膜的膨胀开放过程会一过性地影响患者血流动力学的稳定,大部分患者能通过心脏的代偿作用及时恢复,而部分心功能较差的患者则存在着发生严重心律失常甚至猝死的风险。此类患者往往需要体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)辅助以减轻心脏工作负担,维持全身血流动力学稳定,为TAVR手术的顺利进行提供条件。本文旨在回顾性分析本院开展TAVR手术以来,通过3D打印联合ECMO辅助治疗低射血分数重度主动脉瓣狭窄的10例病例,探究两者联合在TAVR手术治疗低射血分数重度主动脉瓣狭窄中的可行性及有效性。

1 资料和方法

1.1 病例资料

回顾性收集2018年11月—2019年5月在空军军医大学西京医院心血管外科因低射血分数重度主动脉瓣狭窄接受ECMO辅助下TAVR手术患者的相关资料。入选患者10例,其中男性7例,女性3例,平均年龄(64.2±5.6)岁。术前心功能均为Ⅳ级(NYHA分级),术前超声测量左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)为(30.3%±10.5%),主动脉瓣瓣叶分型中,三叶瓣2例,Type0型6例,Type1型2例。瓣口面积(0.93±0.49) cm2,跨瓣膜压差(56.8±4.23)mmHg。

1.2 术前评估及3D模型打印

术前所有患者完善经胸彩色多普勒超声、相关参数检查以明确诊断,并测量主动脉瓣口面积、跨瓣膜压差及左心室射血分数等(图1)。

图1. 术前超声检查

A为左心室长轴切面,B为胸骨短轴切面。

术前评估及3D建模主要依据CT的检查数据进行。采用西门子Flash双源CT机,扫描范围从主动脉弓到耻骨联合,数据转换为DICOM格式后保存。相关参数采用3-Mensio软件进行测量(图2)。利用Mimics21.0软件对主动脉根部结构进行重建,结合3D打印技术制作患者主动脉瓣根部模型、瓣膜植入后主动脉根部模型,打印材料选用不同颜色的硅胶材料,区分不同解剖结构、钙化点。医护人员根据患者病变部位及解剖模型,评估手术风险,并在体外进行球囊扩张、冠状动脉风险预判等手术操作的模拟(图3和图4),综合制定手术方案。

图2. 术前CT检查

A为瓣环平面长短径测量,B为窦及瓣叶评估,C为左心室流出道测量,D为瓣叶与窦部评估,E为主动脉与左心室长轴角度测量,F为手术入路角度评估。

图3. 主动脉根部CT影像重建模拟图

1.3 ECMO的建立与TAVR手术过程

全身麻醉后,插管建立ECMO,左侧股动脉选择A15F管道,左侧股静脉选择V18F管道,控制参数血流量为3.0～3.5 Lmin,血压稳定于约70.125 mmHg。

患者血流动力学参数平稳后,于右侧股动脉处穿刺置入6F股鞘,右侧桡动脉穿刺置入5F桡鞘管,逆行置入5F造影导管,右侧颈静脉置入6F起搏器导管鞘管,调试起搏导管至右心室心尖处;泥鳅导丝引导AL2导管至主动脉根部,置换2.6 m直头泥鳅导丝引导AL2导管成功通过主动脉瓣狭窄瓣口;置入20F主动脉鞘管,交换带弯Lunderquist导丝留置左心室,撤出AL2导管,送入Z-MEDⅡ主动脉扩张球囊,ECMO辅助下维持稳定血压,在起搏心率120～180 次min条件下扩张主动脉瓣,经食道超声随时监测心脏功能以及瓣膜释放情况。选择合适型号瓣膜植入患者预扩后的主动脉瓣,瓣膜完全释放后,退出输送系统,造影观察瓣膜释放后的位置以及并发症情况。患者循环稳定后,逐步减少ECMO流量至停止循环。患者血流动力学情况稳定后送心内科监护室,次日转回普通病房。术后7天出院,术后1月随访心脏超声。部分患者复诊行心脏增强CT检查,并利用CT数据进行3D打印模型制作,对TAVR手术进行进一步的术后评估。

1.4 统计分析

所有数据采用SPSS 21.0软件进行统计学分析,计量资料以(x¯±s)表示。

图4. 患者主动脉根部个体化3D打印模型及体外手术操作模拟

2 结 果

2.1 手术情况

10例患者均成功接受ECMO辅助下TAVR手术,手术成功率为100%。围手术期患者血流动力学稳定,TAVR手术结束前撤除ECMO,手术时间(192.5±30.3) min,DSA照射时间(40.5±3.2) min,ECMO辅助时间(60.5±23.9) min(表1)。2名患者术后出现轻度瓣周漏,无其他严重并发症发生。

表1. 患者手术及术后情况(n=10)

2.2 随访结果

患者术后1月随访,无死亡病例,无严重并发症发生。超声检查显示患者心功能改善,LVEF为(48.5%±4.3%),明显高于术前(P0.05;表1)。术后3D打印模型显示,人工瓣膜位置良好(图5)。

3 讨 论

低射血分数重度主动脉瓣狭窄患者病情危重,但对于高龄以及心功能差的患者,一般不适于传统开胸手术,TAVR的出现为老年低射血分数重度主动脉瓣狭窄患者提供了微创解决方案,问世十余年来,在全球范围内积累了较多的成功经验,并越来越多的被各国心血管医生采用。TAVR术中患者血流动力学的稳定关系着手术的成败,对于部分心功能较差的患者,手术操作带来的一过性血流波动往往无法耐受,手术风险显著增高,低EF值也曾一度被认为是TAVR手术的相对禁忌证。为解决这一问题,近年来,部分术者尝试借助ECMO辅助来维持TAVR手术过程中的血流动力学稳定,为手术提供了相对安全和稳定的环境,提高了手术的安全性[6,7,8,9]。

图5. 患者术后CT影像重建及3D打印模型

A、B、C为术后主动脉根部重建模拟图,D、E、F为3D打印模型。

另外,随着3D打印技术的不断发展[10,11,12,13],其在医学领域的应用也不断深入,无论是早期应用于骨科及颌面外科时在制造手术导板以及义齿、人工关节等移植物等方面起到的重要作用,还是近年来在心血管疾病的诊疗包括先天性心脏病的介入治疗、左心耳的介入封堵以及经导管瓣膜置换过程中发挥的显著指导手术作用,3D打印与医学的结合均显示出广阔的应用价值[14,15,16,17,18,19]。3D打印技术在TAVR中的应用,主要集中在以下几个方面一是辅助展现解剖结构。由于TAVR手术并非在直视条件下进行,准确的术前评估并测量瓣环大小、冠状动脉开口高度、左心室流出道及升主动脉直径等重要参数非常重要,与CT等二维影像学检查手段相比,3D打印的优势在于能够更为立体和直观的呈现解剖结构,临床医生不需要依靠复杂的空间想象就可以轻松的了解到患者主动脉根部的解剖学特点,从而为手术策略的制定提供助力;二是辅助建立体外手术模拟平台,不仅可以进行术前的手术演示,还能预测术中可能出现的血流动力学异常以及术后的相关并发症等;三是为年轻医生的培训和医患沟通提供平台,通过专业人才的培养以及相关知识的宣教使TAVR手术能够更广泛的开展,造福更多的病患。本中心在ECMO的临床应用上具有丰富的经验,同时也是全国范围内较早将3D打印技术应用于心血管疾病尤其是TAVR手术的机构之一,两者的联合使用显著提升了术者在使用TAVR手术治疗低射血分数主动脉瓣重度狭窄患者时的信心。从本研究纳入的10例病例来看,手术成功率达到100%,术后并发症的发生率以及随访结果均较为满意。提示3D打印联合ECMO辅助在心功能较低患者的TAVR手术治疗过程中应用的安全性和可行性较高。

参考文献：略