个性化的三维印刷和eqooguided程序有助于单个设备闭合用于多个间间隔缺损

摘要

背景。评价在经胸超声心动图(TTE)指导下，借助三维打印模型，单台设备封闭多房间隔缺损(ASDs)的可行性。方法。回顾性分析62例多发性ASDs患者。其中30例患者在3D打印模型模拟闭塞后，行TTE引导下的闭锁(3D打印组和TTE组)。其余32例在透视引导下行ASD封闭术(常规组)。在设备关闭6个月后立即评估关闭状态。结果。成功的经截管闭合用单个装置在3D印刷和TTE组的26例患者中实现，常规组中的27名患者。性别，年龄[18.8±15.9（3-51）年在3D打印和TTE组;常规组中的14.0±11.6（3-50）岁]，缺陷之间的平均最大距离，3个心房缺陷的患病率和大的缺陷距离（定义为距离≥7mm），并且在组之间类似地分布使用封闭尺寸。然而，3D打印和TTE组的封闭频率较低（3.8％Vs 59.3％， ），立即出现轻度残留分流(定义为< 5mm)的几率(19.2% vs 44.4%， ）在6个月（7.7％vs 29.6％， ）手术后，成本（32960.8±2018.7 CNY VS 41019.9±13758.2 CNY， )。结论。3D打印技术和超声引导介入程序的组合为多个ASD提供了可靠的新治疗方法，特别是对于具有大缺陷距离的挑战性案例。

1.介绍

房间隔缺损(ASD)经皮导管封堵术，是一种公认的手术修复方法[1]，在大量ASDS的大约10％的情况下仍然挑战[2]。同时或分阶段关闭多个装置[3.-8.]主要受器件之间干扰和重复干预的限制。另一方面，在球囊心房脱泥术后使用单个装置闭合多个ASDS撕裂缺陷之间的组织边缘或使用过大的装置覆盖所有缺陷[9.那10.与房间隔撕裂的风险有关。因此，保留解剖结构的单器械闭合仍是多ASDs患者的最佳策略。然而，这一策略在技术上具有挑战性，因为不能确定导管通道的目标缺陷和闭塞器的选择，需要仔细的介入计划和全面的解剖信息，以成功关闭装置。

通过使用3D打印模型可以通过使用3D打印模型来增加单个设备闭合的效率，以便于介入管理，包括选择最佳目标缺陷和设备尺寸，并通过使用超声心动图进行过程引导。为此，使用3D打印技术[11.-15.]使能够与患者的成像数据集建立解剖和有形模型，并在实际程序之前直接可视化患者的真实3D解剖学[16.，而使用超声心动图引导可以使穿越目标缺陷变得不那么困难[17.-19.[单独使用荧光透视引导。

在此，我们报告了我们在3D打印技术辅助下使用单设备关闭多个ASDs的初步经验，并比较了基于3D打印和经胸超声心动图(TTE)引导下经皮导管关闭与传统透视引导下的关闭的结果。

2.方法

2.1。研究患者

本回顾性非随机研究纳入我院自2016年4月至2017年11月通过TTE诊断的62例多发性ASDs患者。纳入标准:(1)缺陷数≥2，最大缺陷直径≥5mm。排除标准:(1)其他需要导管或手术封闭的先天性心脏缺陷;(2)左室射血分数<50%。

在研究的62名患者中有30例，心脏计算断层造影血管造影（CTA）是术前进行的，以产生具有3D印刷的个性化心模型。然后在体外模拟遮挡然后在3D打印模型中进行以进行术前评估。所有这些患者都接受了TTE引导的闭合程序（3D打印和TTE组）。剩余的32名患有多个ASDS的患者在荧光透视引导下接受闭合（常规组）。

研究议定书由富卫医院制度伦理委员会批准。知情同意是从患者或其法定监护人获得的。

2.2。用3D打印的心脏模型的产生

3D打印工作流程如图所示1。30例患者行心脏CTA扫描。在工作站采集心脏CTA图像，切片厚度为0.625 mm重建，保存为医学数字成像与通信(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM)格式。DICOM文件被导入到Mimics 20.0软件(Materialise NV，鲁汶，比利时)。生成一个包括右/左心和上腔静脉(SCV)/下腔静脉(IVC)的面罩。然后，使用3-matic 12.0软件(Materialise NV, Leuven，比利时)计算出一个心脏面具的三维模型和中空的外部，以说明心脏结构。利用原始成像数据对空心CTA模型进行了验证。文件保存在标准镶嵌语言(。stl格式)。最后的STL文件以1:1的比例以中空方式导入3D打印机(ProJet MJP 2500 +打印机;分辨率:800900790dpi，美国）（图2)。为了模拟介入过程，我们使用柔软的硅胶材料打印个性化的心脏模型。整个过程大约需要24-48小时。打印模型费用4200元，心脏CT费用995元。

2.3。由3D印刷心脏模型引导的单设备闭合策略

在术前评估期间，使用3D打印模型在体外模拟闭塞以通知封闭计划，包括确定目标缺陷，尺寸选择和设备的植入。在这项研究中使用了ASD封闭者或专利overamen（PFO）ovcluders（PFO）封闭者（中国深圳深圳科学有限公司）。在3D模型中观察到封堵器的形态，每个缺陷的覆盖以及对二尖瓣环的潜在干扰。封闭尺寸和类型必须满足以下标准：（1）使用一个封堵器的残留分流器<5 mm的覆盖所有缺陷或剩余缺陷≤1，使用适当的位置和装置与二尖瓣之间没有干扰。仅适用于每个患者的TTE，封堵器的直径估计估计3个医生，他们选择了封堵器的平均大小。

2.4。asd closure.

在3D打印和TTE组中，在TTE指导下执行ASD闭合[19.和局部麻醉。对于儿科患者，镇静滴定与自主呼吸一起使用。穿刺右股静脉，置入鞘。多目的血管造影导管(MPA2)和超硬导丝(Amplatz super stiff™)经下腔静脉置入右心房，在TTE肋下视图可见。采用根尖四腔切面和胸骨旁短轴切面引导，多用途导管穿过目标缺损，3D打印模型及术中TTE确定。在左心房维持导丝的同时，拔除导管和护套。沿导丝将一个分娩鞘插入左心房。然后在TTE引导下插入单片鼻中隔闭塞器进行ASD闭合。根据3D打印模型的体外模拟咬合，选择ASD或PFO咬合器。成功植入咬合器后，利用肋下、根尖四腔和胸骨旁短轴视图来评估该装置的位置。 Color Doppler assessment also was performed in these views to detect residual shunting, coronary sinus return, and atrioventricular valve function. When the occluder was determined to be implanted in the correct location with a good shape, it was released by rotating the cable counterclockwise under TTE guidance. After device release, reassessment was performed in these echo views (Figure3.)。

在常规组中，在透视引导下使用单咬合装置进行多次ASDs咬合。基于TTE测量，选择单个器件，比主要缺陷大等于或最多4毫米[10.]。根据经验[10.那20.那21.[通常将该装置植入最大的缺陷。如果回声觉发现超过两个残留分流器，则替换封堵器，剩余分流器直径> 5mm，或者器件压缩二尖瓣。

所有患者在手术后6个月内每天服用阿司匹林（儿童为3-5毫克/千克，每年为100毫克）[22.]。TTE和心电图在手术后6个月内立即在两组中进行。注意到残留分流，心律失常或瓣膜功能障碍。

2.5。统计分析

连续和分类变量分别表示为平均值±标准偏差或百分比。通过Brand-Altman分析评估了3D印刷模型的设备大小与传统估计之间的协议。使用专用软件进行分析数据[SPSS版本17.0，SPSS Inc，芝加哥，伊利诺伊州，美国;Medcalc软件（版本9.2.0.0; Broekstraat，Mariakerke，比利时）]。< 0.05为差异有统计学意义。

结果

3.1。人口和基础测量

在3D印刷和TTE组中，为30名符合条件的患者，4名患者（25.8±17.5岁; 1个女性）被排除在外，因为残留分流器和/或封堵器和二尖瓣之间的距离在前面的情况下没有达到标准- 在干预前在3D打印心脏模型中评估。在这4例患者中进行了外科闭包，证实它们不是设备闭合的好候选者。其余26名患者[18.8±15.9岁;17（65.4％）雌性]接受了装置闭合，其中6例患者有3例心房缺损（23.1％）（表1)。根据心房通信类型和形式的缺陷，PFO封堵剂用于4名患者（15.4％）。缺陷之间的平均最大距离为8.0±3.9mm，较大缺陷与较小缺陷之间的距离≥7mm的流行率为53.8％（14名患者）。在常规组中，32例患者在荧光检查引导下接受闭合。其中，在5名患者中关闭多个ASDS失败（28.8±16.3岁; 1名女性）。虽然我们在另外4名患者中的每一个和4例不同的封堵器中尝试了3名不同的封闭箱，但闭合结果仍然差，包括两个残留的分流器或残留分流器> 5 mm或二尖瓣压缩。后一种病例被转化为开放心脏手术并成功关闭。在剩下的27名患者中[14.0±11.6岁;女性：15（55.6％）]，取得成功的关闭。四名患者有3例心房缺陷（14.8％）; and PFO occluders were used in 3 patients (11.1%). The average maximum distance between the defects was 7.6 ± 3.0 mm, and the prevalence of distance ≥7 mm between the large defect and the smaller one was 40.7% (11 patients). These results were not significantly different from those in the 3D printing and TTE group. Of note, the cost of the 3D printing and TTE group was 32960.8 ± 2018.7CNY, compared with 41019.9 ± 13758.2 CNY in the conventional group, resulting in significant savings ( )。

3.2。程序结果的比较

在3D打印和TTE组中，封堵器大小在3D打印估计和实际选择之间始终如一地相似，但在3D打印估计中显着更大，而不是在传统的经验估计中（分别为26.0±6.0mm Vs 18.0±6.0mm， ）(表1)。Brand-Altman分析（图）平均差异为6.0±4.5 [95％置信区间（CI）：-3至15]（图4.)。实际选择的闭塞器大小组间差异无统计学意义(26.0±6.0 mm vs 23.5±5.4 mm， ）(表1)。3D打印和TTE组中的一名患者（3.8％）接受了一次封堵器更换。相比之下，在常规方法组中，16名患者（59.3％）在8名患者（29.6％）和2例患者中的两次（29.6％）和三次患者中进行一次封闭剂替代品（14.8％）。

3.3。后续结果

Closure在36名患者中成功于3D印刷和TTE组，在常规组中的27例患者中成功。在TTE中立即在程序后，3D打印和TTE组中的残余分流患病率降低（N = 5, 19.2%) than in the conventional group (19.2% vs 44.4%, ）;在6个月的随访中也是如此:3D打印和TTE组有2例患者持续分流，常规组有8例患者持续分流(7.7% vs 29.6%， )。两组患者在手术过程中或随访时均无并发症发生，包括器械移位、主动脉/心房侵蚀、器械血栓形成、房室传导阻滞或其他心律失常、心包积液或新发房室瓣膜功能障碍。

4.讨论

这项回顾性研究评估了在TTE指导下使用患者特定定制3D打印模型对多个asd进行单设备封闭的可行性。此外，我们比较了新的3D打印和TTE方法与传统的透视引导关闭。我们发现，在3D打印模型上测量的occulder尺寸始终大于经验估计，但与最终的临床选择相似，这表明3D打印在描绘多个asd时更加准确。3D打印和TTE方法的残余分流频率低于常规方法。

4.1。单套房间隔缺损封堵术

针对多种asd的适当治疗策略仍存在争议。由于解剖结构复杂，技术难度大，单设备闭合仍然具有挑战性。只有缺陷距离<7 mm的才能实现单器件闭合[10.];然而，在本研究中，53名患者使用单个封堵器成功接受过截管闭合治疗，并且两组的平均最大缺陷距离> 7毫米。随访数据显示，在程序后6个月后，残留的分流量明显减少甚至消失，尽管在程序后立即出现的超声心动图显示了轻度残余分流器。没有闭塞式留下口头，房室间块，新发起房室瓣膜功能障碍，或在后续行动期间发生心包。这些结果表明，对于多个ASDS的单个封闭剂，介入治疗是可行的，即使在具有大缺陷距离的患者中也是可行的。

4.2。三维印刷和多个间隔缺陷的TTE指导

在多个ASDS中的心房通信的成功设备闭合在很大程度上取决于准确的解剖评估[23.那24.]。3D打印模型允许在体内封闭设备部署之前测试患者心脏复制模型中的多个封堵器。在本研究中，5例常规组患者最终在3或4个封闭替换后关闭失败;59.3％成功完成关闭的剩余患者也经历了封堵器更换。3D印刷和TTE组中的四名患者被排除在预接受介入治疗之后，在3D印刷心脏模型中预先预测试后。3D打印模型预先定位的封闭仪的尺寸类似于实际用于患者的大小并且大于传统经验估计的大小。这些结果表明，使用3D印刷模型的预测可以避免不必要的干预措施，通过改变封闭者和更换封闭者的金融浪费来扩大ASD的可能性。因此，3D印刷模型在通知介入管理方面非常有助于，特别是在确定最佳目标缺陷以及多个ASD的适当封闭型类型和大小。

即使在3D打印模型的帮助下具有完美的介入计划，它仍然难以改善临床结果，因为不能仅将含有荧光透视仅区分目标缺陷的位置。因此，3D打印技术本身不太可能改变治疗模式和策略。幸运的是，没有透镜的经皮闭合已经取得了很大的进步。超声心动图可用作引导ASD，VSD和PDA闭合的唯一成像工具[18.那19.那22.]。在本研究中，我们根据3D打印模型在TTE指导下经皮ASD关闭。与常规组相比，3D印刷和TTE组显示封堵器更换，成本较低，较低的剩余温和分流的次数较低，手术后6个月。将3D打印与另一种技术结合以改善临床结果是很重要的。3D印刷在骨科和口腔医学中改变了传统治疗方法[25.那26.];然而，仍然没有在心血管疾病中使用过于使用。与牙齿和骨骼不同，心脏每秒跳动。在这项研究中，组合引导和3D印刷技术结合多种ASDS的新治疗策略提供了相对于传统方法的更有利的治疗效果。

4.3。研究限制

本研究存在样本量小、随访时间短等局限性。需要进行更大规模、随访时间更长的研究，以进一步研究单设备方法治疗多个asd的安全性，而不考虑有窗asd之间的距离。其次，CT数据集用于3D打印模型的生成增加了医疗风险和成本。需要前瞻性随机多中心研究进一步验证基于3D超声心动图数据的3D打印技术。

4.4。对日常实践的影响

3D打印模型可以帮助筛选不适合封闭的患者。在治疗多发性ASDs中，3D打印技术与tte引导介入治疗相结合的新策略相比传统的荧光镜引导介入治疗，即刻及术后6个月的闭塞器更换频率、成本、残留轻度分流发生率均较低。

5。结论

使用由3D打印型号的单个设备接近实现缺损距离≥7mm的多个ASD的成功关闭，这可以帮助筛选不适合闭合的患者，并应直接接受手术修复。3D打印技术和超声引导介入程序的组合为结构心脏病的个性化治疗策略以及多种ASD的可靠治疗方法提供了一种新的方法，特别是对于具有大缺陷距离的挑战性案例。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据包括在文章中。

的利益冲突

作者声明，本论文的发表不存在任何利益冲突。

致谢

作者希望感谢Ziyad M. Hijazi教授，来自Sidra医学，多哈，卡塔尔，他对手稿进行了周到的审查和编辑。本项目由中国医学科学院(CAMS)、医学科学创新基金(2017-12M-4-001)和国家重点研发计划(2016年YFC 1302004)资助。

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