主動脈瓣疾病是威脅人類健康的主要疾病之一。經導管主動脈瓣置換術（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）是治療主動脈疾病的新方法。術前評估對 TAVR 的成功實施和患者的遠期生存質量都有著重要意義。3D 打印技術的出現，可以充分模擬患者心臟解剖，為患者打造個性化的模具，提高手術效率、縮短手術時間和減少手術創傷，從而獲得更好的手術效果。本文檢索國內外相關文獻，就 3D 打印技術在 TAVR 手術前的評估作用作一綜述，為臨床提供參考。
引用本文： 莊熙晶, 王文君, 李世軍. 3D 打印技術在經導管主動脈瓣置換術前的評估作用. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2022, 29(3): 377-383. doi: 10.7507/1007-4848.202010101 復制
隨著人類平均壽命的延長，老年人口的數量和比例的增加，以主動脈瓣狹窄（aortic valve stenosis，AS）和主動脈瓣反流（aortic valve regurgitation，AR）為代表的主動脈瓣疾病（aortic valve disease，AD）的發病率也在逐漸升高，成為威脅人類健康的主要疾病[1]。在發達國家>65 歲人群中，中度以上 AS 的患病率為 2%～4%[2]。我國 65 歲以上人群中，中度以上 AS 的檢出率為 0.6%～1.4%[3]，中度以上 AR 的檢出率約為 2.1%～2.8%[4]。外科主動脈瓣置換手術（surgical aortic valve replacement，SAVR）曾是 AD 唯一的治療方法。盡管 SAVR 技術已經成熟，但約有 30% 具備手術指征的 AD 患者[5]，由于病情危重，手術風險較高，或者預期壽命<2 年等因素，無法接受 SAVR 治療。經導管主動脈瓣置換術（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）為 AD 患者提供了新的治療方法。術前評估的準確性是 TAVR 治療成功與否的關鍵因素。隨著 3D 打印技術在心血管外科領域的應用，可以通過術前打印患者心臟的 3D 模型，分析患者心臟的解剖關系做好手術前規劃，為 TAVR 患者術前評估提供了新的方法。本文就 3D 打印技術在 TAVR 手術前的評估作一綜述，為臨床醫師提供參考。
1 經導管主動脈瓣置換術在主動脈瓣疾病中的應用
自 2002 年第 1 例TAVR[6]開展以來，TAVR 逐漸成為治療 AS患者的新方法。與傳統SAVR相比，TAVR 治療（包括高危人群和中危人群）的患者，治療效果良好、手術風險更低[7-8]。因此 TAVR 在指南中得到了更強的推薦[9]。在最新的2020年美國心臟協會/美國心臟病協會（AHA/ACC）心臟瓣膜疾病管理指南中，推薦對于適合使用生物瓣膜的患者，應根據是否存在癥狀、患者年齡和預期壽命、干預指征、預測的手術風險、解剖學等因素來決策選擇SAVR還是TAVR。在指南中提及：對于年齡>80歲或預期壽命＜10年的患者首選TAVR。對于年齡65～80歲、無TAVR禁忌證的有癥狀患者，建議醫生和患者共同決策，選擇SAVR或TAVR。如果治療后預期生存時間>12個月且生活質量可接受，TAVR是任何年齡段有癥狀、手術風險高或有手術禁忌患者的首選。
隨著 TAVR 軟硬件的革新， 2011 年Krumsdorf 團隊[10]首先報道成功應用 TAVR 技術治療主動脈瓣反流的后，TAVR 技術越來越多地應用于 AR 治療。2017 年 Yoon 等[11]報道TAVR 治療 AR 331 例 療成功率為81.1%，且術后 1 年累計全因死亡率較低（15.6%），證明了 TAVR 是治療 AR 安全而有效的治療手段。截至 2019 年底，國外已有 10 多種 TAVR 瓣膜獲批上市，全球已經完成 TAVR 治療超過 40 萬例。
我國在 2010 年開展了首例 TAVR。自 2017 年以來，隨著國產瓣膜 Venus-A、J-Valve 和 VitaFlow 相繼獲批上市，我國 TAVR 進入了快速、全面發展階段，TAVR 手術量逐步提升[12]。截至 2019 年底，全國已有 20 多個 省市、約 200 家醫院共完成4 000 余例 TAVR，其中 2019 年完成了 2 600 多例[12-13]。主要應用于中高危有心功能不全癥狀的 AS 患者，同時，因為經心尖的 J-Valve 在 AR 治療中展現了獨特的優越性，也被我國的專家共識推薦應用到中高危有癥狀 AR 患者的治療中。雖然，目前 SAVR 仍是治療 AD 的主要方式，但是 TAVR 技術因其微創的特性，以及在中高危患者人群中表現出的優越性，目前在國際上發展迅速，已經在歐美國家成為 AD 的另個一主要治療策略。
2 術前評估對經導管主動脈瓣置換術的意義
術前評估對手術的成功實施和患者的遠期生存質量都有著重要意義。TAVR 術前評估主要分為臨床評估及影像學評估。
臨床評估主要是判斷患者的主動脈瓣疾病嚴重程度，外科手術風險，手術禁忌證，并根據臨床治療指南或者專家共識來判斷 TAVR 的適應證[14]；影像學評估主要根據符合 TAVR 適應證患者的圖像進行解剖學分析，選擇恰當的 TAVR 瓣膜及評估手術入路[14]。
對于 TAVR 手術，因手術過程中不能直視主動脈瓣的解剖情況，只能在 X 光透視和食管超聲的指導下進行瓣膜內的操作，因此術前影像學評估對其至關重要。影像學評估的主要內容包括：（1）主動脈瓣環的精確測量：通過測量三維重建后瓣膜直徑和周長，配比正確的人工瓣膜型號[15-16]，可以避免操作失敗引起瓣膜移位以及減少術后并發癥，如瓣周漏、房室傳導阻滯等。（2）評估主動脈瓣葉和左室流出道的鈣化分布：因為這些因素將影響人工瓣膜固定的穩定性和密閉性[17]，也是出現手術后瓣周漏和瓣膜移位的主要影響因素。（3）評估主動脈竇與冠狀動脈開口位置：冠狀動脈開口的高度（距離主動脈瓣環平面的垂直距離），冠狀動脈竇的深度，主動脈瓣葉長度與鈣化積分，這4者之間的解剖聯系是影響 TAVR 手術冠狀動脈相關風險的因素[18]。根據冠狀動脈風險因素的評估結果，實施冠狀動脈保護措施可以將 TAVR 手術中心肌梗死的發生率控制到 0.4%～13.0%[19]。（4）手術入路的評估：判斷患者是否存在周圍血管病變，確定是否可以通過經股動脈途徑（transfemoral，TF）完成 TAVR 手術。雖然 14F 大小的推送裝置的出現，使得大多數的 TAVR 手術都可以通過 TF 完成，但是仍有大約 17.2% 的患者需要通過非 TF 來完成 TAVR 手術[20-21]。這些非 TF 途徑包括經心尖途徑、經鎖骨下動脈途徑、經胸主動脈途徑、經頸動脈途徑以及胸骨上窩途徑等。
CT 血管造影（CT angiography，CTA）被列為術前影像學評估的“金標準”[22]，對不能耐受碘造影劑的患者，可以考慮用心臟 MRI 進行替代或者應用心腔內超聲（intracardiac echocardiography，ICE）進行替代，同時 ICE 也可以用于手術中導航[22]。
3 目前常用的術前評估方法及局限性
3.1 心臟超聲
心臟超聲包括經胸超聲（transthoracic echocardiography，TTE）、經食管超聲（transesophageal echocardiographey，TEE）、實時三維超聲和 ICE。
TTE 與 TEE 可以提供心臟收縮與舒張的動態圖像，可以很好地評價心室功能以及瓣膜的血流動力學情況。在 TAVR 手術過程中，TEE 可以實時監測置入人工瓣膜的位置、形態，是否存在瓣周漏，是否需要二次球囊擴張。但是 TTE 及 TEE 不能設立統一標準的測量平面，使得主動脈瓣環測量值隨著聲窗和平面的差異出現較大誤差[23]。且主動脈瓣環和左室流出道的實際解剖形態為橢圓形，主動脈竇是由3個瓣竇形成的立體結構，在超聲測量中經常以橢圓的短徑來估測瓣環面積，使得測量值往往偏小[24-25]。同時，超聲測量過程中人為因素較大，針對相同患者，不同超聲醫師的測量結果間會產生 5%~9% 的誤差[26]。
實時三維超聲通過多組聲源探頭進行數據采集，由計算機軟件合成三維影像。它可以讓觀察者獲得包括主動脈瓣葉鈣化灶的分布情況，二葉式主動脈瓣裂隙的走行情況等更多圖像信息，也可以對主動脈瓣狹窄程度進行準確分級[27]，還可以提高主動脈瓣環平面選取的準確性，提高瓣環測量的精度。但受限于三維超聲聲場的范圍，每次可以提供的觀察范圍有限。且目前三維超聲空間分辨率較低，即使應用經食管三維超聲所測得的主動脈瓣環值與 CTA 的測量值相比存在 9.6% 的差別[28]。
ICE 在 TAVR 手術前和術中評估中已顯示出一定的優勢，ICE 與血管內超聲相似，將超聲探頭埋置于導管前段，通過介入技術經腔靜脈將探頭置入心腔內。具有觀測距離短、聲窗好、不存在空氣干擾的優點，同時可以進行實時觀測。目前已經用于心房顫動射頻消融、二尖瓣球囊擴張、結構性心臟病介入治療等介入手術的術中監測[29-31]。近年來，也有學者將ICE用于 TAVR 手術的術前評估和術中指導[32]。雖然，Husser 等[33]對 30 例患者的研究提出了ICE測量的準確性，但是其是否可以完全取代 CTA 作為術前評估的主要工具，還需要進一步的驗證。此外，ICE 是有創檢查，而且價格昂貴，這是它成為術前評估工具的不利因素。
3.2 CT 血管造影
CTA 是目前應用最廣的 TAVR 手術前評估工具。一般采用 64 排以上的多排螺旋 CT，應用心電門控技術，螺距 0.4～0.6（心率依賴），完成從頸動脈到股動脈的全身掃描。通過對影像資料的測量進行評估，為術者提供全面的解剖相關信息。
雖然 CTA 測量的瓣環大小已經非常準確，但與手術中直視觀測的結果還有 1 mm 左右的誤差[34]。這可能與主動脈瓣環實際為橢圓形結構，而在不同的心動周期橢圓形形態也會發生不同的變化有關。當前采用 Schultz 等[35]改進的方法，測量收縮中期主動脈瓣環平面的面積，大約是 30%～45% RR 間期的掃描圖像經過多平面重建后，通過測量橢圓形長短徑或不規則描記測量橢圓周長算出瓣環面積。這種改進明顯減少了實際測量誤差。但對于一些特殊解剖結構的患者，CTA 的測量仍有局限性，如主動脈瓣二葉畸形。主動脈瓣二葉畸形的患者在圖像后處理過程中，確定竇底平面比較困難，需要根據測量人員的經驗去判斷竇底的準確位置，勢必存在人為誤差。最為重要的是，盡管 CTA 提供了很多影像學信息，包括三維重建后的立體影像資料，但是臨床醫師仍然無法看到直觀的病理解剖結構，對于特殊解剖結構的病例，不能進行手術預演判斷手術結果，對于危重患者仍然存在不確定的手術風險。
4 3D 打印技術應用于術前評估
4.1 3D 打印技術的發展
20 世紀 90 年代美國麻省理工大學首先開創了 3D 打印技術，它利用計算機建立的數字模型，通過 3D 打印機運用金屬、高分子材料、光敏樹脂等將數字信號轉換成具有一定物理特性的實物模型[36]。3D 打印技術出現后，很快被應用于骨科、牙科等臨床醫學領域，為患者打造個性化的模具，提高手術效率、縮短手術時間和減少手術創傷，從而獲得更好的手術效果[37-39]。
近年 3D 打印技術也被引入到心血管外科領域，在復雜先天性心臟病，心臟腫瘤、主動脈夾層等疾病的手術操作中顯示出積極作用[40-46]，并可以打印出冠狀動脈的解剖模型用來分析復雜的冠狀動脈解剖結構，選擇合理的治療策略[47]。
因為 TAVR 術前評估對影像學檢查有著極高的依賴性，所以近年來越來越多的學者將 3D 打印技術引入到 TAVR 的術前評估中。
4.2 3D 打印應用于經導管主動脈瓣置換術
3D 打印在 TAVR 中的應用主要圍繞以下幾方面：（1）精準地呈現解剖結構[48-49]；（2）在直視下評估可能出現的并發癥[44，50-52]；（3）利用 3D 模型進行手術預演[53]。
4.2.1 精準地呈現解剖結構
3D 打印技術可以立體和直觀地呈現解剖結構，直接展示患者主動脈根部的解剖學特點[48-49]。對于主動脈根部解剖結構復雜的病例，更能體現其優勢[54]。為此，國內外很多學者進行了相關研究。
Ripley 等[55]對 16 例 TAVR 手術后的患者進行回顧性研究，發現 3D 打印的測量結果與相應的 2D 數據基本吻合，提示 3D 打印的主動脈根部模型是高度精確的。Maragiannis等[44]巧妙地將主動脈根部設計成為一個包含部分升主動脈、主動脈瓣膜和部分左室流出道的管狀結構，利用 8 例完成 TAVR 手術患者的 CTA 數據建模，用多材質熔融 3D 打印技術打印出每例患者的主動脈根部結構，在密閉模擬主動脈壓力的情況下，用超聲評估主動脈瓣血流動力學情況，并與患者真實數據進行對比，在模擬每搏量相似的情況下，主動脈瓣的峰值流速［（421.6±39.2） m/s vs. （398.9±43.7） m/s］與瓣口面積［（0.70±0.21） cm2 vs. （0.68±0.17） cm2］與真實數據大致相同。2012 年德國學者 Schmauss 等[52]在為 1 例 70 歲嚴重瓷化主動脈壁和嚴重主動脈瓣鈣化的老人進行 TAVR 手術前，采用了 3D 打印評估并取得了良好的治療效果。Gallo 等[54]也曾將 3D 打印技術應用于主動脈根部情況復雜的 TAVR 手術前評估，并取得了良好的效果。
目前研究結果表明，3D 打印技術可以立體和直觀地呈現解剖結構，并有著良好的準確性。
4.2.2 在直視下評估可能出現的并發癥
TAVR 術后瓣周漏、心臟傳導阻滯、中樞神經系統并發癥的發生是臨床醫師密切關注的問題。
瓣周漏是 TAVR 術后的嚴重并發癥之一。目前隨著醫療技術及器械的發展，瓣周漏的發生率逐漸下降，但是這種并發癥仍然是影響患者遠期生存質量的重要危險因素[56]。
在瓣周漏方面，Ripley 等[55]對 16 例 TAVR 手術后的患者進行回顧性研究，通過透光法判斷是否存在瓣周漏并與患者術后的超聲結果相對比，結果顯示成功預測瓣周漏 6 例（6/9），有 3 例假陰性（3/9）和 2 例假陽性（2/7）。在這個試驗中僅應用一種柔性打印材料用來反映主動脈壁的彈性，沒有對鈣化物進行特殊處理，同時因為瓣葉結構較薄，沒能成功建模并通過 3D 打印反映出來。
在 Hosny 的回顧性研究[57]中，利用 30 例 TAVR 手術后患者（15 例有瓣周漏，15 例沒有瓣周漏）的術前 CTA 數據重新建模并進行 3D 打印，試驗人員還設計了特殊的人工瓣膜測量和模擬裝置，再通過一個熟練操作者判斷瓣膜選擇的大小，以及是否存在瓣周漏，得到的結果與手術的實際結果進行了對比。提示這種方法的預測敏感度為 75%，特異性為 71%。在這個試驗中，學者采用兩種材料進行混合打印，一種剛性材料（Vero White Plus）反映瓣葉瓣環的鈣化屬性，一種具有彈性的材料（TangoPlus）反映主動脈壁和肌肉組織的屬性。同時他們提供了一套網絡共享的軟件，幫助完成瓣葉結構的數字模型建立，因此在這個試驗中打印出了包括瓣葉結構的主動脈根部模型。
Qian 等[51]的回顧性研究中，用 18 例 TAVR 手術后患者的數據進行了 3D 打印，并在模型中置入自膨式人工瓣膜，再將模型整體浸入 37℃ 溫水中浸泡，在瓣膜完全展開后，觀察是否存在瓣周漏并同術后的真實超聲結果進行比對。在試驗過程中引入了 3D 模型的膨脹系數嘗試對瓣周漏進行預估，準確度為 75%。
房室傳導阻滯是 TAVR 手術后另一種常見的并發癥，在瓣周漏的發生率隨著器械改進而逐漸下降時，傳導阻滯發生率并未隨著器械的更新明顯下降[58]。目前依據以往的臨床經驗，在 TAVR 手術時通過避免將瓣膜支架放置過深、避免選擇瓣膜直徑過大，并選擇內徑較小的擴張球囊等措施來降低房室傳導阻滯的發生率[14]。如果術前可以對患者主動脈根部解剖結構有清晰的判斷，尤其是左室流出道的肌性結構進行準確判斷，應該可以進一步降低術后房室傳導阻滯的發生率。
冠狀動脈阻塞是 TAVR 最為嚴重的并發癥，往往可以導致患者發生急性心肌梗死，甚至發生猝死。冠狀動脈風險的評估是 TAVR 術前影像學評估的重點，也是患者被排除行 TAVR 手術主要原因之一[18]。3D 打印技術精準呈現主動脈根部解剖結構，實現了主動脈竇、瓣葉長度、瓣葉鈣化程度、冠狀動脈開口高度的完全展示；并可以通過預先的模擬操作判斷是否可能出現冠狀動脈阻塞的風險，可幫助臨床醫師直觀地測量患者主動脈根部數據、選擇合適尺寸的瓣膜和球囊[48-54]。
TAVR 術后缺血性腦損傷可能與操作過程中主動脈瓣上鈣化物質的脫落相關[59]。其發生原因與患者本身特性以及包括球囊預擴張、輸送系統在體內的滯留時間、快速起搏時程、瓣膜回收重置等手術因素有關[18]。在術前對患者主動脈根部鈣化情況確切評估，以及避免術中反復操作，可以降低 TAVR 術后缺血性腦損傷的發生率[14]。3D 打印技術對 TAVR 術前解剖評估有著良好的效果，可以精準地打印出瓣葉與主動脈壁鈣化的情況[48-54]。并可以利用 3D 打印模型在術前進行預演，熟練操作過程，縮短手術時間，減少不必要的術中重復操作的次數[50，52，59-62]，對降低中樞神經系統并發癥的發生率有重要的意義。
4.2.3 應用 3D 模型進行手術預演
應用 3D 模型進行手術預演，可以讓術者提前熟悉手術過程，縮短實際手術時間，減少重復操作。為此國內外學者對此做出了諸多嘗試。
Schmauss等[52]在 2012 年為 1 例嚴重瓷化主動脈壁的患者在 TAVR 手術前，采用了 3D 打印評估，并進行術前預演并取得手術成功。2014 年阜外醫院團隊[59]，2015 年上海中山醫院王春生團隊[60]也以個案的方式，報道了應用 3D 打印技術對重癥 AS 患者進行 TAVR 術前評估和手術預演，都取得了成功。呂濱等[62]對 8 例進行 TAVR 手術的病例進行回顧性研究，應用患者的術前 CTA 數據建模進行 3D 打印，通過術前預演熟練了操作過程，肯定了 3D 打印對 TAVR 術前評估的有效性和可行性。這個研究中還對每例患者需要的 3D 打印費用進行了總結和評估。
此外，Qian 等[63]通過利用正弦光纖觀察并調整材料的應力-應變情況，發現利用此類調整后的材料進行 3D 打印可以得到血流動力學模擬程度更高的模型。近年 Rotman 等[50]設計的新型體外 TAVR 模擬裝置也為利用 3D 模型進行 TAVR 術前預演提供了新的方法。
5 總結與展望
目前國內外眾多的試驗得出的結論可以看出：（1）3D 打印的主動脈根部模型可以準確且直觀地展現解剖結構，協助測量主動脈瓣環大小，可以更準確地選擇匹配的人工瓣膜。（2）可以將 3D 打印模型用于手術預演，熟悉解剖結構，縮短實際手術操作時間。對危重和解剖結構特殊患者意義較大。（3）可以簡單預估術后出現瓣周漏的幾率，但對判斷瓣周漏發生的部位和程度尚不夠準確。（4）是否可以通過對左室流出道肌性結構的辨識，調整植入瓣膜的高度，降低房室傳導阻滯的發生率還有待進一步論證。
因此，目前 3D 打印的評估水平與理想狀態相比尚有差距。期待 3D 打印數字建模技術的完善，以及打印材料的發展。在此基礎上可以建立與真實解剖結構更接近的三維模型，其瓣葉、瓣環的鈣化結構有與真實情況相仿的力學性質，可以通過術前的手術預演評估術后并發癥的發生情況。
隨著計算機軟件的發展和材料學的發展，用 3D 打印技術做 TAVR 手術的術前評估應該可以很好地實現。但是 3D 打印需要額外材料來模擬患者的情況。這種個性化的模具其實是一種原材料的浪費，也增加了患者的額外花費。結合目前已經用于臨床外科手術的 VR 技術和四維 CT 技術，我們可以想象，應用患者的四維 CTA 數據建立虛擬數字模型，在計算機中合成患者全部心血管系統的虛擬影像信息，其中鈣化的組織、正常的主動脈壁、心室的肌肉組織等都賦以相應的力學特征。同時對需要置入的人工瓣膜以及推送裝置建立數字模型（由各自生產廠商提供），應用 VR 技術進行術前虛擬手術操作，可以最大程度地反映真實情況。這樣的 VR 技術可以減少原材料的浪費，也可以讓術者有身臨其境的演示，全面預測了手術的結果，是對患者最適合的術前評估方式。
利益沖突：無。
作者貢獻：莊熙晶閱讀文獻、撰寫文章；王文君查閱、整理文獻；李世軍修改文章、審核文章。
隨著人類平均壽命的延長，老年人口的數量和比例的增加，以主動脈瓣狹窄（aortic valve stenosis，AS）和主動脈瓣反流（aortic valve regurgitation，AR）為代表的主動脈瓣疾病（aortic valve disease，AD）的發病率也在逐漸升高，成為威脅人類健康的主要疾病[1]。在發達國家>65 歲人群中，中度以上 AS 的患病率為 2%～4%[2]。我國 65 歲以上人群中，中度以上 AS 的檢出率為 0.6%～1.4%[3]，中度以上 AR 的檢出率約為 2.1%～2.8%[4]。外科主動脈瓣置換手術（surgical aortic valve replacement，SAVR）曾是 AD 唯一的治療方法。盡管 SAVR 技術已經成熟，但約有 30% 具備手術指征的 AD 患者[5]，由于病情危重，手術風險較高，或者預期壽命<2 年等因素，無法接受 SAVR 治療。經導管主動脈瓣置換術（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）為 AD 患者提供了新的治療方法。術前評估的準確性是 TAVR 治療成功與否的關鍵因素。隨著 3D 打印技術在心血管外科領域的應用，可以通過術前打印患者心臟的 3D 模型，分析患者心臟的解剖關系做好手術前規劃，為 TAVR 患者術前評估提供了新的方法。本文就 3D 打印技術在 TAVR 手術前的評估作一綜述，為臨床醫師提供參考。
1 經導管主動脈瓣置換術在主動脈瓣疾病中的應用
自 2002 年第 1 例TAVR[6]開展以來，TAVR 逐漸成為治療 AS患者的新方法。與傳統SAVR相比，TAVR 治療（包括高危人群和中危人群）的患者，治療效果良好、手術風險更低[7-8]。因此 TAVR 在指南中得到了更強的推薦[9]。在最新的2020年美國心臟協會/美國心臟病協會（AHA/ACC）心臟瓣膜疾病管理指南中，推薦對于適合使用生物瓣膜的患者，應根據是否存在癥狀、患者年齡和預期壽命、干預指征、預測的手術風險、解剖學等因素來決策選擇SAVR還是TAVR。在指南中提及：對于年齡>80歲或預期壽命＜10年的患者首選TAVR。對于年齡65～80歲、無TAVR禁忌證的有癥狀患者，建議醫生和患者共同決策，選擇SAVR或TAVR。如果治療后預期生存時間>12個月且生活質量可接受，TAVR是任何年齡段有癥狀、手術風險高或有手術禁忌患者的首選。
隨著 TAVR 軟硬件的革新， 2011 年Krumsdorf 團隊[10]首先報道成功應用 TAVR 技術治療主動脈瓣反流的后，TAVR 技術越來越多地應用于 AR 治療。2017 年 Yoon 等[11]報道TAVR 治療 AR 331 例 療成功率為81.1%，且術后 1 年累計全因死亡率較低（15.6%），證明了 TAVR 是治療 AR 安全而有效的治療手段。截至 2019 年底，國外已有 10 多種 TAVR 瓣膜獲批上市，全球已經完成 TAVR 治療超過 40 萬例。
我國在 2010 年開展了首例 TAVR。自 2017 年以來，隨著國產瓣膜 Venus-A、J-Valve 和 VitaFlow 相繼獲批上市，我國 TAVR 進入了快速、全面發展階段，TAVR 手術量逐步提升[12]。截至 2019 年底，全國已有 20 多個 省市、約 200 家醫院共完成4 000 余例 TAVR，其中 2019 年完成了 2 600 多例[12-13]。主要應用于中高危有心功能不全癥狀的 AS 患者，同時，因為經心尖的 J-Valve 在 AR 治療中展現了獨特的優越性，也被我國的專家共識推薦應用到中高危有癥狀 AR 患者的治療中。雖然，目前 SAVR 仍是治療 AD 的主要方式，但是 TAVR 技術因其微創的特性，以及在中高危患者人群中表現出的優越性，目前在國際上發展迅速，已經在歐美國家成為 AD 的另個一主要治療策略。
2 術前評估對經導管主動脈瓣置換術的意義
術前評估對手術的成功實施和患者的遠期生存質量都有著重要意義。TAVR 術前評估主要分為臨床評估及影像學評估。
臨床評估主要是判斷患者的主動脈瓣疾病嚴重程度，外科手術風險，手術禁忌證，并根據臨床治療指南或者專家共識來判斷 TAVR 的適應證[14]；影像學評估主要根據符合 TAVR 適應證患者的圖像進行解剖學分析，選擇恰當的 TAVR 瓣膜及評估手術入路[14]。
對于 TAVR 手術，因手術過程中不能直視主動脈瓣的解剖情況，只能在 X 光透視和食管超聲的指導下進行瓣膜內的操作，因此術前影像學評估對其至關重要。影像學評估的主要內容包括：（1）主動脈瓣環的精確測量：通過測量三維重建后瓣膜直徑和周長，配比正確的人工瓣膜型號[15-16]，可以避免操作失敗引起瓣膜移位以及減少術后并發癥，如瓣周漏、房室傳導阻滯等。（2）評估主動脈瓣葉和左室流出道的鈣化分布：因為這些因素將影響人工瓣膜固定的穩定性和密閉性[17]，也是出現手術后瓣周漏和瓣膜移位的主要影響因素。（3）評估主動脈竇與冠狀動脈開口位置：冠狀動脈開口的高度（距離主動脈瓣環平面的垂直距離），冠狀動脈竇的深度，主動脈瓣葉長度與鈣化積分，這4者之間的解剖聯系是影響 TAVR 手術冠狀動脈相關風險的因素[18]。根據冠狀動脈風險因素的評估結果，實施冠狀動脈保護措施可以將 TAVR 手術中心肌梗死的發生率控制到 0.4%～13.0%[19]。（4）手術入路的評估：判斷患者是否存在周圍血管病變，確定是否可以通過經股動脈途徑（transfemoral，TF）完成 TAVR 手術。雖然 14F 大小的推送裝置的出現，使得大多數的 TAVR 手術都可以通過 TF 完成，但是仍有大約 17.2% 的患者需要通過非 TF 來完成 TAVR 手術[20-21]。這些非 TF 途徑包括經心尖途徑、經鎖骨下動脈途徑、經胸主動脈途徑、經頸動脈途徑以及胸骨上窩途徑等。
CT 血管造影（CT angiography，CTA）被列為術前影像學評估的“金標準”[22]，對不能耐受碘造影劑的患者，可以考慮用心臟 MRI 進行替代或者應用心腔內超聲（intracardiac echocardiography，ICE）進行替代，同時 ICE 也可以用于手術中導航[22]。
3 目前常用的術前評估方法及局限性
3.1 心臟超聲
心臟超聲包括經胸超聲（transthoracic echocardiography，TTE）、經食管超聲（transesophageal echocardiographey，TEE）、實時三維超聲和 ICE。
TTE 與 TEE 可以提供心臟收縮與舒張的動態圖像，可以很好地評價心室功能以及瓣膜的血流動力學情況。在 TAVR 手術過程中，TEE 可以實時監測置入人工瓣膜的位置、形態，是否存在瓣周漏，是否需要二次球囊擴張。但是 TTE 及 TEE 不能設立統一標準的測量平面，使得主動脈瓣環測量值隨著聲窗和平面的差異出現較大誤差[23]。且主動脈瓣環和左室流出道的實際解剖形態為橢圓形，主動脈竇是由3個瓣竇形成的立體結構，在超聲測量中經常以橢圓的短徑來估測瓣環面積，使得測量值往往偏小[24-25]。同時，超聲測量過程中人為因素較大，針對相同患者，不同超聲醫師的測量結果間會產生 5%~9% 的誤差[26]。
實時三維超聲通過多組聲源探頭進行數據采集，由計算機軟件合成三維影像。它可以讓觀察者獲得包括主動脈瓣葉鈣化灶的分布情況，二葉式主動脈瓣裂隙的走行情況等更多圖像信息，也可以對主動脈瓣狹窄程度進行準確分級[27]，還可以提高主動脈瓣環平面選取的準確性，提高瓣環測量的精度。但受限于三維超聲聲場的范圍，每次可以提供的觀察范圍有限。且目前三維超聲空間分辨率較低，即使應用經食管三維超聲所測得的主動脈瓣環值與 CTA 的測量值相比存在 9.6% 的差別[28]。
ICE 在 TAVR 手術前和術中評估中已顯示出一定的優勢，ICE 與血管內超聲相似，將超聲探頭埋置于導管前段，通過介入技術經腔靜脈將探頭置入心腔內。具有觀測距離短、聲窗好、不存在空氣干擾的優點，同時可以進行實時觀測。目前已經用于心房顫動射頻消融、二尖瓣球囊擴張、結構性心臟病介入治療等介入手術的術中監測[29-31]。近年來，也有學者將ICE用于 TAVR 手術的術前評估和術中指導[32]。雖然，Husser 等[33]對 30 例患者的研究提出了ICE測量的準確性，但是其是否可以完全取代 CTA 作為術前評估的主要工具，還需要進一步的驗證。此外，ICE 是有創檢查，而且價格昂貴，這是它成為術前評估工具的不利因素。
3.2 CT 血管造影
CTA 是目前應用最廣的 TAVR 手術前評估工具。一般采用 64 排以上的多排螺旋 CT，應用心電門控技術，螺距 0.4～0.6（心率依賴），完成從頸動脈到股動脈的全身掃描。通過對影像資料的測量進行評估，為術者提供全面的解剖相關信息。
雖然 CTA 測量的瓣環大小已經非常準確，但與手術中直視觀測的結果還有 1 mm 左右的誤差[34]。這可能與主動脈瓣環實際為橢圓形結構，而在不同的心動周期橢圓形形態也會發生不同的變化有關。當前采用 Schultz 等[35]改進的方法，測量收縮中期主動脈瓣環平面的面積，大約是 30%～45% RR 間期的掃描圖像經過多平面重建后，通過測量橢圓形長短徑或不規則描記測量橢圓周長算出瓣環面積。這種改進明顯減少了實際測量誤差。但對于一些特殊解剖結構的患者，CTA 的測量仍有局限性，如主動脈瓣二葉畸形。主動脈瓣二葉畸形的患者在圖像后處理過程中，確定竇底平面比較困難，需要根據測量人員的經驗去判斷竇底的準確位置，勢必存在人為誤差。最為重要的是，盡管 CTA 提供了很多影像學信息，包括三維重建后的立體影像資料，但是臨床醫師仍然無法看到直觀的病理解剖結構，對于特殊解剖結構的病例，不能進行手術預演判斷手術結果，對于危重患者仍然存在不確定的手術風險。
4 3D 打印技術應用于術前評估
4.1 3D 打印技術的發展
20 世紀 90 年代美國麻省理工大學首先開創了 3D 打印技術，它利用計算機建立的數字模型，通過 3D 打印機運用金屬、高分子材料、光敏樹脂等將數字信號轉換成具有一定物理特性的實物模型[36]。3D 打印技術出現后，很快被應用于骨科、牙科等臨床醫學領域，為患者打造個性化的模具，提高手術效率、縮短手術時間和減少手術創傷，從而獲得更好的手術效果[37-39]。
近年 3D 打印技術也被引入到心血管外科領域，在復雜先天性心臟病，心臟腫瘤、主動脈夾層等疾病的手術操作中顯示出積極作用[40-46]，并可以打印出冠狀動脈的解剖模型用來分析復雜的冠狀動脈解剖結構，選擇合理的治療策略[47]。
因為 TAVR 術前評估對影像學檢查有著極高的依賴性，所以近年來越來越多的學者將 3D 打印技術引入到 TAVR 的術前評估中。
4.2 3D 打印應用于經導管主動脈瓣置換術
3D 打印在 TAVR 中的應用主要圍繞以下幾方面：（1）精準地呈現解剖結構[48-49]；（2）在直視下評估可能出現的并發癥[44，50-52]；（3）利用 3D 模型進行手術預演[53]。
4.2.1 精準地呈現解剖結構
3D 打印技術可以立體和直觀地呈現解剖結構，直接展示患者主動脈根部的解剖學特點[48-49]。對于主動脈根部解剖結構復雜的病例，更能體現其優勢[54]。為此，國內外很多學者進行了相關研究。
Ripley 等[55]對 16 例 TAVR 手術后的患者進行回顧性研究，發現 3D 打印的測量結果與相應的 2D 數據基本吻合，提示 3D 打印的主動脈根部模型是高度精確的。Maragiannis等[44]巧妙地將主動脈根部設計成為一個包含部分升主動脈、主動脈瓣膜和部分左室流出道的管狀結構，利用 8 例完成 TAVR 手術患者的 CTA 數據建模，用多材質熔融 3D 打印技術打印出每例患者的主動脈根部結構，在密閉模擬主動脈壓力的情況下，用超聲評估主動脈瓣血流動力學情況，并與患者真實數據進行對比，在模擬每搏量相似的情況下，主動脈瓣的峰值流速［（421.6±39.2） m/s vs. （398.9±43.7） m/s］與瓣口面積［（0.70±0.21） cm2 vs. （0.68±0.17） cm2］與真實數據大致相同。2012 年德國學者 Schmauss 等[52]在為 1 例 70 歲嚴重瓷化主動脈壁和嚴重主動脈瓣鈣化的老人進行 TAVR 手術前，采用了 3D 打印評估并取得了良好的治療效果。Gallo 等[54]也曾將 3D 打印技術應用于主動脈根部情況復雜的 TAVR 手術前評估，并取得了良好的效果。
目前研究結果表明，3D 打印技術可以立體和直觀地呈現解剖結構，并有著良好的準確性。
4.2.2 在直視下評估可能出現的并發癥
TAVR 術后瓣周漏、心臟傳導阻滯、中樞神經系統并發癥的發生是臨床醫師密切關注的問題。
瓣周漏是 TAVR 術后的嚴重并發癥之一。目前隨著醫療技術及器械的發展，瓣周漏的發生率逐漸下降，但是這種并發癥仍然是影響患者遠期生存質量的重要危險因素[56]。
在瓣周漏方面，Ripley 等[55]對 16 例 TAVR 手術后的患者進行回顧性研究，通過透光法判斷是否存在瓣周漏并與患者術后的超聲結果相對比，結果顯示成功預測瓣周漏 6 例（6/9），有 3 例假陰性（3/9）和 2 例假陽性（2/7）。在這個試驗中僅應用一種柔性打印材料用來反映主動脈壁的彈性，沒有對鈣化物進行特殊處理，同時因為瓣葉結構較薄，沒能成功建模并通過 3D 打印反映出來。
在 Hosny 的回顧性研究[57]中，利用 30 例 TAVR 手術后患者（15 例有瓣周漏，15 例沒有瓣周漏）的術前 CTA 數據重新建模并進行 3D 打印，試驗人員還設計了特殊的人工瓣膜測量和模擬裝置，再通過一個熟練操作者判斷瓣膜選擇的大小，以及是否存在瓣周漏，得到的結果與手術的實際結果進行了對比。提示這種方法的預測敏感度為 75%，特異性為 71%。在這個試驗中，學者采用兩種材料進行混合打印，一種剛性材料（Vero White Plus）反映瓣葉瓣環的鈣化屬性，一種具有彈性的材料（TangoPlus）反映主動脈壁和肌肉組織的屬性。同時他們提供了一套網絡共享的軟件，幫助完成瓣葉結構的數字模型建立，因此在這個試驗中打印出了包括瓣葉結構的主動脈根部模型。
Qian 等[51]的回顧性研究中，用 18 例 TAVR 手術后患者的數據進行了 3D 打印，并在模型中置入自膨式人工瓣膜，再將模型整體浸入 37℃ 溫水中浸泡，在瓣膜完全展開后，觀察是否存在瓣周漏并同術后的真實超聲結果進行比對。在試驗過程中引入了 3D 模型的膨脹系數嘗試對瓣周漏進行預估，準確度為 75%。
房室傳導阻滯是 TAVR 手術后另一種常見的并發癥，在瓣周漏的發生率隨著器械改進而逐漸下降時，傳導阻滯發生率并未隨著器械的更新明顯下降[58]。目前依據以往的臨床經驗，在 TAVR 手術時通過避免將瓣膜支架放置過深、避免選擇瓣膜直徑過大，并選擇內徑較小的擴張球囊等措施來降低房室傳導阻滯的發生率[14]。如果術前可以對患者主動脈根部解剖結構有清晰的判斷，尤其是左室流出道的肌性結構進行準確判斷，應該可以進一步降低術后房室傳導阻滯的發生率。
冠狀動脈阻塞是 TAVR 最為嚴重的并發癥，往往可以導致患者發生急性心肌梗死，甚至發生猝死。冠狀動脈風險的評估是 TAVR 術前影像學評估的重點，也是患者被排除行 TAVR 手術主要原因之一[18]。3D 打印技術精準呈現主動脈根部解剖結構，實現了主動脈竇、瓣葉長度、瓣葉鈣化程度、冠狀動脈開口高度的完全展示；并可以通過預先的模擬操作判斷是否可能出現冠狀動脈阻塞的風險，可幫助臨床醫師直觀地測量患者主動脈根部數據、選擇合適尺寸的瓣膜和球囊[48-54]。
TAVR 術后缺血性腦損傷可能與操作過程中主動脈瓣上鈣化物質的脫落相關[59]。其發生原因與患者本身特性以及包括球囊預擴張、輸送系統在體內的滯留時間、快速起搏時程、瓣膜回收重置等手術因素有關[18]。在術前對患者主動脈根部鈣化情況確切評估，以及避免術中反復操作，可以降低 TAVR 術后缺血性腦損傷的發生率[14]。3D 打印技術對 TAVR 術前解剖評估有著良好的效果，可以精準地打印出瓣葉與主動脈壁鈣化的情況[48-54]。并可以利用 3D 打印模型在術前進行預演，熟練操作過程，縮短手術時間，減少不必要的術中重復操作的次數[50，52，59-62]，對降低中樞神經系統并發癥的發生率有重要的意義。
4.2.3 應用 3D 模型進行手術預演
應用 3D 模型進行手術預演，可以讓術者提前熟悉手術過程，縮短實際手術時間，減少重復操作。為此國內外學者對此做出了諸多嘗試。
Schmauss等[52]在 2012 年為 1 例嚴重瓷化主動脈壁的患者在 TAVR 手術前，采用了 3D 打印評估，并進行術前預演并取得手術成功。2014 年阜外醫院團隊[59]，2015 年上海中山醫院王春生團隊[60]也以個案的方式，報道了應用 3D 打印技術對重癥 AS 患者進行 TAVR 術前評估和手術預演，都取得了成功。呂濱等[62]對 8 例進行 TAVR 手術的病例進行回顧性研究，應用患者的術前 CTA 數據建模進行 3D 打印，通過術前預演熟練了操作過程，肯定了 3D 打印對 TAVR 術前評估的有效性和可行性。這個研究中還對每例患者需要的 3D 打印費用進行了總結和評估。
此外，Qian 等[63]通過利用正弦光纖觀察并調整材料的應力-應變情況，發現利用此類調整后的材料進行 3D 打印可以得到血流動力學模擬程度更高的模型。近年 Rotman 等[50]設計的新型體外 TAVR 模擬裝置也為利用 3D 模型進行 TAVR 術前預演提供了新的方法。
5 總結與展望
目前國內外眾多的試驗得出的結論可以看出：（1）3D 打印的主動脈根部模型可以準確且直觀地展現解剖結構，協助測量主動脈瓣環大小，可以更準確地選擇匹配的人工瓣膜。（2）可以將 3D 打印模型用于手術預演，熟悉解剖結構，縮短實際手術操作時間。對危重和解剖結構特殊患者意義較大。（3）可以簡單預估術后出現瓣周漏的幾率，但對判斷瓣周漏發生的部位和程度尚不夠準確。（4）是否可以通過對左室流出道肌性結構的辨識，調整植入瓣膜的高度，降低房室傳導阻滯的發生率還有待進一步論證。
因此，目前 3D 打印的評估水平與理想狀態相比尚有差距。期待 3D 打印數字建模技術的完善，以及打印材料的發展。在此基礎上可以建立與真實解剖結構更接近的三維模型，其瓣葉、瓣環的鈣化結構有與真實情況相仿的力學性質，可以通過術前的手術預演評估術后并發癥的發生情況。
隨著計算機軟件的發展和材料學的發展，用 3D 打印技術做 TAVR 手術的術前評估應該可以很好地實現。但是 3D 打印需要額外材料來模擬患者的情況。這種個性化的模具其實是一種原材料的浪費，也增加了患者的額外花費。結合目前已經用于臨床外科手術的 VR 技術和四維 CT 技術，我們可以想象，應用患者的四維 CTA 數據建立虛擬數字模型，在計算機中合成患者全部心血管系統的虛擬影像信息，其中鈣化的組織、正常的主動脈壁、心室的肌肉組織等都賦以相應的力學特征。同時對需要置入的人工瓣膜以及推送裝置建立數字模型（由各自生產廠商提供），應用 VR 技術進行術前虛擬手術操作，可以最大程度地反映真實情況。這樣的 VR 技術可以減少原材料的浪費，也可以讓術者有身臨其境的演示，全面預測了手術的結果，是對患者最適合的術前評估方式。
利益沖突：無。
作者貢獻：莊熙晶閱讀文獻、撰寫文章；王文君查閱、整理文獻；李世軍修改文章、審核文章。