2025年4月（总第15期）
作者：毛予 刘洋 杨剑
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引言：经导管主动脉瓣置换术(TAVR) 是通过介入导管，将压缩的人工心脏瓣膜送到自体主动脉瓣的位置释放，从而恢复主动脉瓣的功能，手术创伤小、术后恢复快，可以显著改善患者的生活质量。TAVR手术过程不能直观患者主动脉根部解剖结构，相关的并发症有冠脉风险、瓣周漏等，其中冠脉堵塞是最为关注的风险之一。随着人工智能、影像学、工程学、材料学等多学科的深度融合，对患者个性化TAVR策略的制定、降低冠脉风险、瓣周漏等并发症有着精准的辅助作用。
西京医院杨剑教授团队在《Original Clinical Science》撰文发表了一例TAVR手术合并冠脉保护病例，患者为Type-Ⅰ型二叶式主动脉瓣重度狭窄合并钙化，CT评估TAVR手术左冠脉存在堵塞高风险。为进一步排除冠脉风险，确保手术万无一失，杨剑教授团队运用深度学习智能算法与3D打印技术相结合，在CT评估的基础上对该病例术前进行了综合分析，辅助制定手术策略，TAVR手术时对左冠脉进行保护，手术成功开展，患者预后良好。
深度学习和3D打印辅助指导经导管主动脉瓣置换术合并冠状动脉保护
二叶式主动脉瓣（BAV）是最常见的先天性主动脉瓣畸形，发病率约为0.9%–2.0%。BAV通常由两个不对称的瓣叶组成，随着时间推移，钙化常成为导致主动脉狭窄（AS）的主要原因。BAV患者的解剖特征，如不均匀的钙化、瓣叶形态的异质性以及升主动脉病变，常常使得传统的治疗方法面临诸多挑战，尤其是在生物瓣置入过程中。这些特殊的解剖变化可能会限制生物瓣的扩展，影响其长期功能，并增加术中并发症的风险，尤其是冠状动脉阻塞（CO）。尽管CO较为罕见，但一旦发生，常常导致灾难性后果。因此，针对BAV-AS患者的个体化治疗变得尤为重要。
近年来，随着深度学习（DL）和心血管三维（3D）打印技术的迅速发展，它们在解决传统影像技术局限性、展示复杂解剖结构方面展现了巨大的潜力，为精准诊断和治疗提供了新的思路。通过这些先进技术，手术团队可以在术前更加准确地评估患者的解剖特征，从而制定更为个性化的治疗方案。本文将结合相关研究，通过病例报告的形式探讨深度学习和3D打印技术如何在BAVS患者中应用，并提升TAVR手术的有效性和安全性。
病例介绍
患者为68岁男性，主诉“胸闷气短、阵发性夜间呼吸困难2周。”入院行初步检查时超声心动图提示主动脉瓣重度狭窄伴反流，同时伴有胸腔积液，遂初步治疗行胸腔闭式引流，引流800mL胸腔积液后症状缓解，然后住院以行进一步治疗。
术前风险评估：NYHA心功能分级 III 级；STS评分5.282%；EuroSCORE II评分11.2%；NT-proBNP水平5771 pg/mL（显著升高）。
术前影像学检查
超声心动图提示：二叶式主动脉瓣重度狭窄（BAVS），伴钙化及主动脉瓣反流（AR），平均跨瓣压差为42 mmHg，LVEF 46%；
CT检查提示：Type-Ⅰ型二叶式主动脉瓣，瓣叶存在融合及增厚，严重偏心性钙化，钙化组织主要分布在非冠状窦与右冠状窦交界处，延伸至左心室流出道（LVOT）12.5 mm，Hu850 钙化评分755 mm³（显著钙化）；舒张期可见主动脉瓣反流；右冠状动脉开口高度良好，但从 LCA平面可见瓣叶，提示存在较高的CO风险。
图1.使用Circle Cardiovascular Imaging CVI42软件在术前评估经胸超声心动图（TTE）和计算机断层血管造影（CTA）。(A) 经胸超声心动图清晰显示二叶式主动脉瓣狭窄合并主动脉反流。(B) 测量主动脉瓣环，瓣环面积为642.0 mm²。(C) 充分评估左心室流出道，面积为767.3 mm²。(D) 评估钙化分布，Hu850钙化评分高达755 mm³。(E, F) 左、右冠状动脉开口高度分别为9.5 mm和15.5 mm，提示冠状动脉阻塞的可能性极高。
术前CT数据的深度学习分析
术前CT数据经深度学习（DL）系统分析，数据上传后DL系统自动完成解剖结构分割、关键平面定位及测量。基于U-Net技术，通过DL系统分割主动脉（Aorta）、左心室流出道（LVOT）、主动脉瓣（AV）、冠状动脉等结构，并通过掩模形态学自动确定关键平面。主动脉瓣环平面由DL识别的三处瓣叶底部点进行确定，并测量LVOT、瓦氏窦、窦管交界（STJ）及主动脉瓣环平面上40 mm处的主动脉尺寸。深度学习系统分析结果显示，该患者为Type-I型二叶式主动脉瓣，存在严重钙化（755 mm³，Hu850标准），瓣环周径推导直径（PDD）为28.09 mm。此外，DL系统识别到主动脉瓣角度较大（65.6°），提示导管通过瓣膜时可能存在困难。综合二叶式瓣膜解剖特征、严重钙化及瓦氏窦空间狭窄等因素，DL系统建议植入26mm自膨胀生物瓣。
图2.术前深度学习评估用于分析关键参数并进行初步手术预测。(A) 通过深度学习的标记功能自动定位关键切面和位置。(B) 关键术前参数测量结果：绿色-主动脉，红色-左冠状动脉，紫色-右冠状动脉，白色-钙化区域，橙色-左心室，紫色圆圈-升主动脉平面，黄色圆圈-窦管交界（STJ）平面，绿色圆圈-瓦氏窦平面，红色圆圈-瓣环平面，青色圆圈-左心室流出LVOT平面。(C) 可见严重的偏心性钙化（黄色箭头）。(D) 标记关键点，并利用圆形进行计算和测量。(E) 首先创建虚拟植入模型，模拟后建议使用26 mm生物瓣。(F) 测量主动脉角度以预测跨越主动脉瓣（AV）的难度。[主动脉角度是瓣环平面与垂直平面之间的夹角]。
术前 3D 打印模型及模拟
术前3D打印主动脉根部模型采用CT血管造影（CTA）数据，先将DICOM格式文件导入Materialise Mimics 21.0软件，通过阈值分割功能进行三维重建，并对主动脉根部模型进行数字化提取、修剪、平滑处理及修复，以完整再现主动脉瓣的形态及钙化分布。随后，将处理后的模型以STL格式导出，并使用Stratasys Polyjet 850多材料全彩3D打印机进行打印，不同组织结构采用不同硬度和颜色的材料，以精确再现主动脉根部的解剖特征。该方法不仅能提供直观的个性化解剖评估，准确展示主动脉瓣及钙化分布，还可用于TAVR手术的精准模拟，优化术前规划，提高手术的安全性和成功率。
在台架测试中的模拟过程中，3D打印的主动脉根部模型能够准确模拟特定的解剖结构，使手术团队在术前能够直观地了解具体位置，加深对主动脉瓣根部解剖的理解，并预测可能出现的并发症（如图3A,B所示）。模拟过程中，先使用22毫米的球囊进行预扩张，然后植入26毫米的Venus-A生物瓣（杭州启明医疗器械有限公司，浙江杭州）。模拟结果显示，左冠状动脉开口较低。此外，预扩张结果显示偏心性钙化会导致球囊偏移至左冠状窦，并阻塞左冠状动脉开口（如图3C和D所示）。
图3.采用3D打印模型模拟手术过程，并进行台架试验预测冠状动脉阻塞的发生率。(A) 侧视角显示左冠状动脉开口较低。(B) 偏心性钙化、左冠状动脉及右冠状动脉清晰可见。(C, D) 采用22mm球囊进行预扩张，可见球囊偏移至左冠状窦，并因严重的偏心性钙化导致左冠状动脉开口受阻。
手术步骤
1.麻醉与导管插入：选择左侧股动脉作为穿刺点，使用2 mL 2%利多卡因进行局部麻醉，成功穿刺后，插入6F动脉鞘，并静脉注射3000 U肝素进行抗凝，通过右侧颈静脉插入另一个6F鞘管，并放置起搏导管。
2.影像学检查再次评估：通过左侧股动脉逆行插入6F猪尾导管，定位到非冠状窦底部。使用DSA评估主动脉瓣钙化情况，并确认LCA和右冠状动脉RCA通畅。
3.冠状动脉支架放置与导引导管插入：穿刺右侧桡动脉，插入6F鞘管，将6F导引导管送达LCA开口，在LCA开口处放置一个4.0 x 35 mm的Chimney冠状动脉支架（备用），以预防术中急性冠脉阻塞。
图A：预置4.0 × 35 mm Chimney冠状动脉支架，防止冠状动脉阻塞
4.股动脉插管与导引导丝插入：通过右侧股动脉穿刺6F股动脉鞘管，检查股动脉灌注情况。插入9F COOK鞘管，随后将6F猪尾导管和泥鳅导丝送至升主动脉，再将Lunderquist导丝置入升主动脉。沿Lunderquist导丝送入20/22F Gore鞘管，然后沿AL2导管将1.5米的直头泥鳅导丝引导通过主动脉瓣环面。
5.左心室压力测量与球囊预扩张：将6F猪尾导管转入左心室顶端，测量左心室压力为150/25 mmHg，升主动脉压力为80/56 mmHg。送入2.6米Lunderquist导丝，沿支撑导丝将22mm预扩张球囊送至主动脉瓣环平面，180次/分钟的起搏，扩张瓣环并减少左心室输出量。
6.超声与DSA检查：主动脉瓣非冠状窦重度反流；经食道超声（TEE）显示左心室和升主动脉之间的压差为50 mmHg。
7.生物瓣选择与植入：根据术前影像评估、深度学习和3D打印模拟结果，选择26毫米的Venus-A生物瓣；加入2000 U肝素以防止血栓形成；沿Lunderquist导丝将生物瓣输送至主动脉瓣环。
图C：调整位置和共轴性后，植入26 mm Venus-A 生物瓣（杭州启明医疗器械有限公司，浙江杭州）
8.生物瓣释放与冠脉支架释放：在180次/分钟起搏下，依次释放出生物瓣的三分之二；随即释放Chimney冠脉支架，最终完全释放生物瓣。
图D,E：依次释放至三分之二的生物瓣；图F：Chimney冠脉支架置入左冠状动脉内；
图G：生物瓣完全展开，成功植入
9.术后影像学评估：术后DSA显示生物瓣和Chimney冠脉支架均处于理想位置。
图H：完全释放Chimney冠状动脉支架，CTA显示左冠状动脉通畅；
图I：术后CTA显示生物瓣和Chimney冠状动脉支架位置理想。
30 天随访结果
术后第 30 天随访显示，患者心率55次/分钟，血压138/72mmHg，NYHA心功能分级为I级；CTA结果提示支架位置理想，生物瓣开闭正常；TTE提示瓣下血流速度正常，无瓣周漏，左心室收缩功能正常，EF为 62%。
文章来源
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj9793
