主动脉瓣疾病是威胁人类健康的主要疾病之一。经导管主动脉瓣置换术（TAVR）是治疗主动脉疾病的新方法。术前评估对 TAVR 的成功实施和患者的远期生存质量都有着重要意义。3D 打印技术的出现，可以充分模拟患者心脏解剖，为患者打造个性化的模具，提高手术效率、减少手术时间和手术创伤，从而获得更好的手术效果。本文检索国内外相关文献，就 3D 打印技术在 TAVR 手术前的评估作用作一综述，为临床提供参考。
随着人类平均寿命的延长，老年人口的数量和比例的增加，以主动脉瓣狭窄（aortic valve stenosis，AS）和主动脉瓣反流（aortic valve regurgitatio，AR）为代表的主动脉瓣疾病（aortic valve disease，AD）的发病率也在逐渐升高，成为威胁人类健康的主要疾病[1]。在发达国家>65 岁人群中，中度以上 AS 的患病率为 2%～4%[2]。我国 65 岁以上人群中，中度以上 AS 的检出率为 0.6%～1.4%[3]，中度以上 AR 的检出率约为 2.1%～2.8%[4]。外科主动脉瓣置换手术（surgical aortic valve replacement，SAVR）曾是 AD 唯一的治疗方法。尽管 SAVR 技术已经成熟，但约有 30% 具备手术指征的 AD 患者[5]，由于病情危重，手术风险较高，或者预期寿命小于 2 年等因素，无法接受 SAVR 治疗。经导管主动脉瓣置换手术（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）的出现，为 AD 患者提供了新的治疗方法。术前评估是 TAVR 手术的重要一环，术前评估的准确性是 TAVR 治疗成功与否的关键因素。随着 3D 打印技术在心血管外科领域的应用，可以通过术前打印患者心脏的 3D 模型，分析患者心脏的解剖关系做好手术前规划，为 TAVR 患者术前评估提供了新的方法。本文就 3D 打印技术在 TAVR 手术前的评估作一综述，为临床医师提供参考。
1 经导管主动脉瓣置换手术在主动脉瓣疾病中的应用
自 2002 年 Cribier 施行了第 1 例经导管主动脉瓣置换手术（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）[6]以来，TAVR 逐渐成为 AD 患者治疗的新方法，主要应用于 AS 患者。与传统外科主动脉瓣置换手术相比，TAVR 治疗（包括高危人群和中危人群）的患者，有着良好的治疗效果，和更低的手术风险[7-8]。因此 TAVR 在指南中得到了更高的推荐[9]（表 1）。
表1
2017 年 AHA/ACC 瓣膜治疗指南的更改
随着 TAVR 软硬件水平的革新，自 2011 年，Krumsdorf 团队首先报道了成功应用 TAVR 技术治疗主动脉瓣反流的病例后，TAVR 技术越来越多的应用到 AR 的治疗中[10]。2017 年 Yoon 等[11]总结了 331 例 TAVR 治疗 AR 的经验，提示 TAVR 对 AR 有良好的治疗成功率（81.1%），且术后 1 年累计全因死亡率较低（15.6%），证明了 TAVR 是治疗 AR 安全而有效的治疗手段。截至 2019 年底，国外已有 10 多种 TAVR 瓣膜获批上市，全球已经完成 TAVR 治疗超过 40 万例。
我国在 2010 年开展了首例 TAVR。自 2017 年以来，随着国产瓣膜 Venus-A，J-Valve 和 VitaFlow 相继的获批上市以来，我国 TAVR 进入了快速、全面发展阶段，TAVR 手术量逐步提升[12]。截至 2019 年底，全国已有 20 多个 省市、约 200 家医院共完成 4000 余例 TAVR，其中 2019 年完成了 2 600 多例[12-13]。主要应用于中高危有心功能不全症状的 AS 患者，同时，因为经心尖的 J-Valve 在 AR 治疗中展现了独特的有优越性，也被我国的专家共识推荐应用到中高危有症状的 AR 患者的治疗中。虽然，目前 SAVR 仍是治疗 AD 的主要方式，但是 TAVR 技术因其微创的特性，以及在中高危患者人群中变现出的优越性，目前在国际上发展迅速，已经在欧美国家成为 AD 的另个一主要治疗策略。
2 术前评估对 TAVR 的意义
术前评估对手术的成功实施和患者的远期生存质量都有着重要意义。TAVR 术前评估主要分为临床评估及影像学评估。
临床评估主要是判断患者的主动脉瓣疾病严重程度，外科手术风险，手术禁忌症，并根据临床治疗指南或者专家共识来判断 TAVR 的适应证[14]；影像学评估主要根据符合 TAVR 适应证的患者的图像进行解剖学分析，选择恰当的 TAVR 瓣膜及评估手术入路[14]。
对于 TAVR 手术，因手术过程中不能直视主动脉瓣的解剖情况，只能在 X 光透视和食道超声的指导下进行瓣膜内的操作，因此术前的影像学评估对其至关重要。影像学评估的主要内容包括：（1）主动脉瓣环的精确测量：通过测量三维重建后瓣膜直径和周长，配比正确的人工瓣膜型号[15-16]，可以避免操作失败引起瓣膜移位，以及减少术后并发症，如：瓣周漏，房室传导阻滞等。（2）评估主动脉瓣叶和左室流出道的钙化分布：因为这些因素将影响人工瓣膜固定的稳定性和密闭性[17]，也是出现手术后瓣周漏和瓣膜移位的主要影响因素。（3）评估主动脉窦与冠状动脉开口位置：冠脉开口的高度（距离主动脉瓣环平面的垂直距离），冠脉窦的深度，主动脉瓣叶长度与钙化积分，这四者之间的解剖联系是影响 TAVR 手术冠脉相关风险的因素[18]。根据冠脉风险因素的评估结果，实施冠脉保护措施可以将 TAVR 手术中心肌梗塞的发生率控制到 0.4%～13.0%[19]。（4）手术入路的评估：判断患者是否存在的周围血管病变，确定是否可以通过经股动脉途径（Transfemoral，TF）完成 TAVR 手术。虽然 14F 大小的推送装置的出现，使得大多数的 TAVR 手术都可以通过 TF 完成，但是仍有大约 17.2% 的患者需要通过非 TF 来完成 TAVR 手术[20-21]。这些非 TF 途径包括了：经心尖途径，经锁骨下动脉途径，经胸主动脉途径，经颈动脉途径，以及胸骨上窝途径等。
CT 造影（CT angiography，CTA）被列为术前影像学评估的“金标准”[22]，对不能耐受碘造影剂的患者，可以考虑用心脏 MR 进行替代，或者应用心腔内超声（intracardiac echocardiography，ICE）进行替代，同时 ICE 也可以用于手术中导航[22]。
3 目前常用的术前评估方法及局限性
3.1 心脏超声
心脏超声包括经胸超声（transthoracic echocardiography，TTE）、经食道超声（transesophageal echocardiographey，TEE）、实时三维超声和 ICE。
TTE 与 TEE 可以提供心脏收缩与舒张的动态图像，可以很好的评价心室功能以及瓣膜的血流动力学情况。在 TAVR 手术过程中，TEE 可以实时监测置入的人工瓣膜的位置、形态，是否存在瓣周漏，是否需要二次球囊扩张。但是 TTE 及 TEE 不能设立统一标准的测量平面，使得主动脉瓣环测量值随着声窗和平面的差异出现较大的误差[23]。且主动脉瓣环和左室流出道的实际解剖形态为椭圆形，主动脉窦是由三个瓣窦形成的立体结构，在超声测量中经常以椭圆的短径来估测瓣环面积，使得测量值往往偏小[24-25]。同时，超声测量过程中人为因素较大，针对相同的患者，不同的超声医师的测量结果间会产生 5-9% 的误差[26]。
实时三维超声通过多组声源探头进行数据采集，由计算机软件合成三维影像。它可以让观察者获得包括主动脉瓣叶钙化灶的分布情况，二叶式主动脉瓣裂隙的走形情况等更多的图像信息，也可以对主动脉瓣狭窄程度进行准确的分级[27]，还可以提高主动脉瓣环平面选取的准确性，提高瓣环测量的精度。但受限于三维超声声场的范围，每次可以提供的观察范围有限。且目前的三维超声空间分辨率较低，即使应用经食道三维超声所测得的主动脉瓣环值与 CTA 的测量值相比存在 9.6% 的差别[28]。
ICE 在 TAVR 手术前和术中评估中已显示出一定的优势，ICE 与血管内超声相似，将超声探头埋置于导管前段，通过介入技术经腔静脉将探头置入心腔内。具有观测距离短，声窗好，不存在空气干扰的优点，同时可以进行实时观测。目前已经用于房颤射频消融、二尖瓣球囊扩张、结构性心脏病介入治疗等介入手术的术中监测[29-31]。近年来，也有学者将心腔内超声用于 TAVR 手术的术前评估和术中指导[32]。虽然，Ussia 等[33]对 30 例患者的研究提出了心腔内超声测量的准确性，但是其是否可以完全取代 CTA 作为术前评估的主要工具，还需要进一步的验证。此外，ICE 是有创检查，而且价格昂贵，这是它成为术前评估工具的不利因素。
3.2 CTA
CTA 是目前应用最广的 TAVR 手术前评估工具。一般采用 64 排以上的多排螺旋 CT，应用心电门控技术，螺距 0.4～0.6（心率依赖），完成从颈动脉到股动脉的全身扫描。通过对影响资料的测量进行评估，为术者提供全面的解剖相关的信息。
虽然 CTA 测量的瓣环大小已经非常准确，但与手术中直视观测的结果还有 1 mm 左右的误差[34]。这可能与主动脉瓣环实际为椭圆形结构，而在不同的心动周期椭圆形的形态也会发生不同的变化有关。当前采用 Schult 等人改进的方法[35]，测量收缩中期主动脉瓣环平面的面积，大约是 30%～45%RR 间期的扫描图像经过多平面重建后，通过测量椭圆形长短径，或不规则描记测量椭圆周长算出瓣环面积。这种改进明显减少了实际测量误差。但对于一些特殊解剖结构的患者，CTA 的测量仍有局限性，如：主动脉瓣二叶畸形。主动脉瓣二叶畸形的患者在图像后处理过程中，确定窦底平面比较困难，需要根据测量人员的经验去判断窦底的准确位置，势必存在人为误差。最为重要的是，尽管 CTA 提供了很多影像学信息，包括三维重建后的立体影像资料，但是临床医师仍然无法看到直观的病理解剖结构，对于特殊解剖结构的病例，不能进行手术预演判断手术结果，对于危重患者仍然存在不确定的手术风险。
4 3D 打印技术对 TAVR 术前评估的作用与意义
4.1 3D 打印技术的发展
20 世纪 90 年代美国麻省理工大学首先开创了 3D 打印技术，它利用计算机建立的数字模型，通过 3D 打印机运用金属、高分子材料、光敏树脂等将数字信号转换成具有一定物理特性的实物模型[36]。3D 打印技术出现后，很快被应用到了骨科，牙科等临床医学领域，为患者打造个性化的模具，提高手术效率、减少手术时间和手术创伤，从而获得更好的手术效果[37-39]。
近年 3D 打印技术也被引入到心血管外科领域，在复杂先心病，心脏肿瘤、主动脉夹层等疾病的手术操作中显示了积极的作用[40-46]。并可以打印出冠状动脉的解剖模型用来分析复杂的冠脉解剖结构，选择合理的治疗策略[47]。
因为 TAVR 的术前评估对影像学检查有着极高的依赖性，所以近年来越来越多的学者将 3D 打印技术引入到 TAVR 的术前评估中。
4.2 3D 打印在 TAVR 中的应用
3D 打印在 TAVR 中的应用主要围绕以下几方面：（1）精准的呈现解剖结构[48-49]；（2）在直视下评估可能出现的并发症[44 50-52]；（3）利用 3D 模型进行手术预演[53]。
4.2.1 精准的呈现解剖结构
3D 打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，直接的展示患者主动脉根部的解剖学特点[48-49]。对于主动脉根部解剖结构复杂的病例，更能体现其优势[54]。为此，国内外很多学者进行了相关研究。
Ripley 等[55]学者对 16 例 TAVR 手术后的患者进行回顾性研究，发现 3D 打印的测量结果与相应的 2D 数据基本吻合，提示 3D 打印的主动脉根部模型是高度精确的。Maragiannis[44]巧妙的将主动脉根部设计成为一个包含部分升主动脉、主动脉瓣膜和部分左室流出道的管状结构，利用 8 个完成 TAVR 手术患者的 CTA 数据建模，用多材质熔融 3D 打印技术打印出每个患者的主动脉根部结构，在密闭模拟主动脉压力的情况下，用超声评估主动脉瓣血流动力学情况，并与患者真实数据进行对比，在模拟每搏量相似的情况下，主动脉瓣的峰值流速（421.6±39.2 vs. 398.9±43.7）与瓣口面积（0.70±0.21 vs. 0.68±0.17）与真实数据大致相同。2012 年德国学者 Schmauss 在为 1 例 70 岁严重瓷化主动脉壁和严重主动脉瓣钙化的老人进行 TAVR 手术前，采用了 3D 打印评估并取得了良好的治疗效果[52]。Gallo 等[54]也曾将 3D 打印技术应用于主动脉根部情况复杂的 TAVR 手术前评估，并取得了良好的效果。
目前的研究结果表明，3D 打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，并有着良好的准确性。
4.2.2 在直视下评估可能出现的并发症
TAVR 术后瓣周漏、心脏传导阻滞、中枢神经系统并发症的发生是临床医师密切关注的问题。
瓣周漏是 TAVR 术后的严重并发症之一。目前随着医疗技术及器械的发展，瓣周漏的发生率逐渐下降，但是这种并发症仍然是影响患者的远期生存质量的重要危险因素[56]。
在瓣周漏方面，Ripley 等[55]对 16 例 TAVR 手术后的患者进行回顾性研究，通过透光法判断是否存在瓣周漏并与患者术后的超声结果相对比，结果显示成功预测瓣周漏 6 例（6/9），有 3 个假阴性（3/9）和 2 个假阳性（2/7）。在这个试验中仅应用了一种柔性打印材料用来反映主动脉壁的弹性，没有对钙化物进行特殊处理，同时因为瓣叶结构较薄，没能成功建模并通过 3D 打印反映出来。
在 Hosny 的回顾性研究中，利用 30 例 TAVR 手术后患者（15 例有瓣周漏，15 例没有瓣周漏）的术前 CTA 数据重新建模并进行 3D 打印，试验人员还设计了特殊的人工瓣膜测量和模拟装置，再通过一个熟练操作者判断瓣膜选择的大小，以及是否存在瓣周漏，得到的结果与手术的实际结果进行了对比。提示这种方法的预测敏感度为 75%，特异性为 71%。在这个试验中，学者采用两种材料进行混合打印，一种刚性材料（Vero White Plus）反映瓣叶瓣环的钙化属性，一种具有弹性的材料（TangoPlus）反映主动脉壁和肌肉组织的属性。同时他们提供了一套网络共享的软件，帮助完成瓣叶结构的数字模型建立，因此在这个试验中打印出了包括瓣叶结构的主动脉根部模型[57]。
Qian 等[51]学者的回顾性研究中，用 18 例 TAVR 手术后的患者的数据信息进行了 3D 打印，并在模型中置入自彭式人工瓣膜，再将模型整体浸入 37℃ 温水中浸泡，在瓣膜完全展开后，观察是否存在瓣周漏并同术后的真实超声结果进行比对。在试验过程中引入了 3D 模型的膨胀系数尝试对瓣周漏进行预估，准确度为 75%。
房室传导阻滞是 TAVR 手术后另一种常见的并发症，在瓣周漏的发生率随着器械改进而逐渐下降时，传导阻滞发生率并未随着器械的更新明显下降[58]。目前依据以往的临床经验，在 TAVR 手术时通过避免将瓣膜支架放置过深、避免选择瓣膜直径过大，并选择内径较小的扩张球囊等措施来降低房室传导阻滞的发生率[14]。如果术前可以对患者主动脉根部解剖结构有着清晰的判断，尤其是左室流出道的肌性结构进行准确的判断，应该可以进一步降低术后房室传导阻滞的发生率。
冠状动脉阻塞是 TAVR 的最为严重的并发症，往往可以导致患者发生急性心梗，甚至发生猝死。冠脉风险的评估是 TAVR 术前影像学评估的重点，也是患者被排除行 TAVR 手术主要原因之一[59]。3D 打印技术精准的呈现主动脉根部的解剖结构优势，实现了主动脉窦，瓣叶长度，瓣叶钙化程度，冠脉开口高度的完全展示。并可以通过预先的模拟操作判断是否可能出现冠脉阻塞的风险，可帮助临床医师直观地测量患者主动脉根部数据、选择合适尺寸的瓣膜和球囊[48-54]。
TAVR 术后缺血性脑损伤可能与操作过程中主动脉瓣上钙化物质的脱落相关[59]。其发生原因与患者本身特性以及包括球囊预扩张、输送系统在体内的滞留时间、快速起搏时程、瓣膜回收重置等手术因素有关[60]。在术前对患者主动脉根部钙化情况确切评估，以及避免术中反复操作，可以降低 TAVR 术后缺血性脑损伤的发生率[14]。3D 打印技术对 TAVR 术前解剖评估有着良好的效果，可以精准的打印出瓣叶与主动脉壁钙化的情况[48-54]。并可以利用 3D 打印模型在术前进行预演，熟练操作过程，减少手术时间，减少不必要的术中重复操作的次数[50 52 61-64]，对降低中枢神经系统并发症的发生率有重要的意义。
4.2.3 应用 3D 模型进行手术预演
应用 3D 模型进行手术预演，可以让术者提前熟悉手术过程，减少实际手术时间，减少重复操作。为此国内外学者对此做出了诸多尝试。
Schmauss 在 2012 年为 1 例严重瓷化主动脉壁的患者在 TAVR 手术前，采用了 3D 打印评估，并进行了术前预演取得了手术成功[52]。2014 年阜外医院团队[61]，2015 年上海中山医院王春生团队[62]也以个案的方式，报道了应用 3D 打印技术对重症 AS 患者进行 TAVR 术前评估和手术预演，都取得了成功。吕滨等学者对 8 例进行 TAVR 手术的病例进行回顾性研究[63]，应用患者的术前 CTA 数据建模进行 3D 打印，通过术前预演熟练了操作过程，肯定了 3D 打印对 TAVR 术前评估的有效性和可行性。这个研究中还对每个患者需要的 3D 打印费用进行了总结和评估。
此外，Qian 等通过利用正弦光纤观察并调整材料的应力-应变情况，发现利用此类调整后的材料进行 3D 打印可以得到血流动力学模拟程度更高的模型[64]。近年 Rotman 设计的新型体外 TAVR 模拟装置也为利用 3D 模型进行 TAVR 术前预演提供了新的方法[50]。
5 总结与展望
目前国内外众多的试验得出的结论可以看出：（1）3D 打印的主动脉根部模型可以准确且直观的展现解剖结构，协助测量主动脉瓣环大小，可以更准确的选择匹配的人工瓣膜。（2）可以将 3D 打印模型用于手术预演，熟悉解剖结构，减少实际手术操作时间。对危重和解剖结构特殊的患者意义较大。（3）可以简单预估术后出现瓣周漏的几率，但对判断瓣周漏发生的部位和程度的大小尚不够准确。（4）是否可以通过对左室流出道肌性结构结构的辨识，调整植入瓣膜的高度，降低房室传导阻滞的发生率还有待进一步论证。
因此，目前的 3D 打印的评估水平与理想状态相比尚有差距。期待 3D 打印数字建模技术的完善，以及打印材料的发展。在此基础上可以建立与真实解剖结构跟接近的三维模型，其瓣叶、瓣环的钙化结构有与真实情况相仿的力学性质，可以通过术前的手术预演评估术后并发症的发生情况。
随着计算机软件的发展和材料学的发展，用 3D 打印技术做 TAVR 手术的术前评估应该可以很好的实现。但是 3D 打印需要额外材料，来模拟患者的情况。这种个性化的模具其实是一种原材料的浪费，也增加了患者的额外花费。结合目前已经用于临床外科手术的 VR 技术和 4 维 CT 技术，我们可以想象，应用患者的 4 维 CTA 数据建立虚拟数字模型，在计算机中合成患者全部心血管系统的虚拟影像信息，其中钙化的组织，正常的主动脉壁，心室的肌肉组织等都赋以相应的力学特征。同时对需要置入的人工瓣膜以及推送装置建立数字模型（由各自生产厂商提供），应用 VR 技术进行术前的虚拟手术操作，可以最大程度的反应真实情况。如此的 VR 技术可以减少原材料的浪费，也可以让术者有身临其境的演示，全面预测了手术的结果，是对患者最适合的术前评估方式。
利益冲突：无。
作者贡献：庄熙晶阅读文献、撰写文章；王文君查阅文、整理文献；李世军修改文章、审核文章。
随着人类平均寿命的延长，老年人口的数量和比例的增加，以主动脉瓣狭窄（aortic valve stenosis，AS）和主动脉瓣反流（aortic valve regurgitatio，AR）为代表的主动脉瓣疾病（aortic valve disease，AD）的发病率也在逐渐升高，成为威胁人类健康的主要疾病[1]。在发达国家>65 岁人群中，中度以上 AS 的患病率为 2%～4%[2]。我国 65 岁以上人群中，中度以上 AS 的检出率为 0.6%～1.4%[3]，中度以上 AR 的检出率约为 2.1%～2.8%[4]。外科主动脉瓣置换手术（surgical aortic valve replacement，SAVR）曾是 AD 唯一的治疗方法。尽管 SAVR 技术已经成熟，但约有 30% 具备手术指征的 AD 患者[5]，由于病情危重，手术风险较高，或者预期寿命小于 2 年等因素，无法接受 SAVR 治疗。经导管主动脉瓣置换手术（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）的出现，为 AD 患者提供了新的治疗方法。术前评估是 TAVR 手术的重要一环，术前评估的准确性是 TAVR 治疗成功与否的关键因素。随着 3D 打印技术在心血管外科领域的应用，可以通过术前打印患者心脏的 3D 模型，分析患者心脏的解剖关系做好手术前规划，为 TAVR 患者术前评估提供了新的方法。本文就 3D 打印技术在 TAVR 手术前的评估作一综述，为临床医师提供参考。
1 经导管主动脉瓣置换手术在主动脉瓣疾病中的应用
自 2002 年 Cribier 施行了第 1 例经导管主动脉瓣置换手术（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）[6]以来，TAVR 逐渐成为 AD 患者治疗的新方法，主要应用于 AS 患者。与传统外科主动脉瓣置换手术相比，TAVR 治疗（包括高危人群和中危人群）的患者，有着良好的治疗效果，和更低的手术风险[7-8]。因此 TAVR 在指南中得到了更高的推荐[9]（表 1）。
表1
2017 年 AHA/ACC 瓣膜治疗指南的更改
随着 TAVR 软硬件水平的革新，自 2011 年，Krumsdorf 团队首先报道了成功应用 TAVR 技术治疗主动脉瓣反流的病例后，TAVR 技术越来越多的应用到 AR 的治疗中[10]。2017 年 Yoon 等[11]总结了 331 例 TAVR 治疗 AR 的经验，提示 TAVR 对 AR 有良好的治疗成功率（81.1%），且术后 1 年累计全因死亡率较低（15.6%），证明了 TAVR 是治疗 AR 安全而有效的治疗手段。截至 2019 年底，国外已有 10 多种 TAVR 瓣膜获批上市，全球已经完成 TAVR 治疗超过 40 万例。
我国在 2010 年开展了首例 TAVR。自 2017 年以来，随着国产瓣膜 Venus-A，J-Valve 和 VitaFlow 相继的获批上市以来，我国 TAVR 进入了快速、全面发展阶段，TAVR 手术量逐步提升[12]。截至 2019 年底，全国已有 20 多个 省市、约 200 家医院共完成 4000 余例 TAVR，其中 2019 年完成了 2 600 多例[12-13]。主要应用于中高危有心功能不全症状的 AS 患者，同时，因为经心尖的 J-Valve 在 AR 治疗中展现了独特的有优越性，也被我国的专家共识推荐应用到中高危有症状的 AR 患者的治疗中。虽然，目前 SAVR 仍是治疗 AD 的主要方式，但是 TAVR 技术因其微创的特性，以及在中高危患者人群中变现出的优越性，目前在国际上发展迅速，已经在欧美国家成为 AD 的另个一主要治疗策略。
2 术前评估对 TAVR 的意义
术前评估对手术的成功实施和患者的远期生存质量都有着重要意义。TAVR 术前评估主要分为临床评估及影像学评估。
临床评估主要是判断患者的主动脉瓣疾病严重程度，外科手术风险，手术禁忌症，并根据临床治疗指南或者专家共识来判断 TAVR 的适应证[14]；影像学评估主要根据符合 TAVR 适应证的患者的图像进行解剖学分析，选择恰当的 TAVR 瓣膜及评估手术入路[14]。
对于 TAVR 手术，因手术过程中不能直视主动脉瓣的解剖情况，只能在 X 光透视和食道超声的指导下进行瓣膜内的操作，因此术前的影像学评估对其至关重要。影像学评估的主要内容包括：（1）主动脉瓣环的精确测量：通过测量三维重建后瓣膜直径和周长，配比正确的人工瓣膜型号[15-16]，可以避免操作失败引起瓣膜移位，以及减少术后并发症，如：瓣周漏，房室传导阻滞等。（2）评估主动脉瓣叶和左室流出道的钙化分布：因为这些因素将影响人工瓣膜固定的稳定性和密闭性[17]，也是出现手术后瓣周漏和瓣膜移位的主要影响因素。（3）评估主动脉窦与冠状动脉开口位置：冠脉开口的高度（距离主动脉瓣环平面的垂直距离），冠脉窦的深度，主动脉瓣叶长度与钙化积分，这四者之间的解剖联系是影响 TAVR 手术冠脉相关风险的因素[18]。根据冠脉风险因素的评估结果，实施冠脉保护措施可以将 TAVR 手术中心肌梗塞的发生率控制到 0.4%～13.0%[19]。（4）手术入路的评估：判断患者是否存在的周围血管病变，确定是否可以通过经股动脉途径（Transfemoral，TF）完成 TAVR 手术。虽然 14F 大小的推送装置的出现，使得大多数的 TAVR 手术都可以通过 TF 完成，但是仍有大约 17.2% 的患者需要通过非 TF 来完成 TAVR 手术[20-21]。这些非 TF 途径包括了：经心尖途径，经锁骨下动脉途径，经胸主动脉途径，经颈动脉途径，以及胸骨上窝途径等。
CT 造影（CT angiography，CTA）被列为术前影像学评估的“金标准”[22]，对不能耐受碘造影剂的患者，可以考虑用心脏 MR 进行替代，或者应用心腔内超声（intracardiac echocardiography，ICE）进行替代，同时 ICE 也可以用于手术中导航[22]。
3 目前常用的术前评估方法及局限性
3.1 心脏超声
心脏超声包括经胸超声（transthoracic echocardiography，TTE）、经食道超声（transesophageal echocardiographey，TEE）、实时三维超声和 ICE。
TTE 与 TEE 可以提供心脏收缩与舒张的动态图像，可以很好的评价心室功能以及瓣膜的血流动力学情况。在 TAVR 手术过程中，TEE 可以实时监测置入的人工瓣膜的位置、形态，是否存在瓣周漏，是否需要二次球囊扩张。但是 TTE 及 TEE 不能设立统一标准的测量平面，使得主动脉瓣环测量值随着声窗和平面的差异出现较大的误差[23]。且主动脉瓣环和左室流出道的实际解剖形态为椭圆形，主动脉窦是由三个瓣窦形成的立体结构，在超声测量中经常以椭圆的短径来估测瓣环面积，使得测量值往往偏小[24-25]。同时，超声测量过程中人为因素较大，针对相同的患者，不同的超声医师的测量结果间会产生 5-9% 的误差[26]。
实时三维超声通过多组声源探头进行数据采集，由计算机软件合成三维影像。它可以让观察者获得包括主动脉瓣叶钙化灶的分布情况，二叶式主动脉瓣裂隙的走形情况等更多的图像信息，也可以对主动脉瓣狭窄程度进行准确的分级[27]，还可以提高主动脉瓣环平面选取的准确性，提高瓣环测量的精度。但受限于三维超声声场的范围，每次可以提供的观察范围有限。且目前的三维超声空间分辨率较低，即使应用经食道三维超声所测得的主动脉瓣环值与 CTA 的测量值相比存在 9.6% 的差别[28]。
ICE 在 TAVR 手术前和术中评估中已显示出一定的优势，ICE 与血管内超声相似，将超声探头埋置于导管前段，通过介入技术经腔静脉将探头置入心腔内。具有观测距离短，声窗好，不存在空气干扰的优点，同时可以进行实时观测。目前已经用于房颤射频消融、二尖瓣球囊扩张、结构性心脏病介入治疗等介入手术的术中监测[29-31]。近年来，也有学者将心腔内超声用于 TAVR 手术的术前评估和术中指导[32]。虽然，Ussia 等[33]对 30 例患者的研究提出了心腔内超声测量的准确性，但是其是否可以完全取代 CTA 作为术前评估的主要工具，还需要进一步的验证。此外，ICE 是有创检查，而且价格昂贵，这是它成为术前评估工具的不利因素。
3.2 CTA
CTA 是目前应用最广的 TAVR 手术前评估工具。一般采用 64 排以上的多排螺旋 CT，应用心电门控技术，螺距 0.4～0.6（心率依赖），完成从颈动脉到股动脉的全身扫描。通过对影响资料的测量进行评估，为术者提供全面的解剖相关的信息。
虽然 CTA 测量的瓣环大小已经非常准确，但与手术中直视观测的结果还有 1 mm 左右的误差[34]。这可能与主动脉瓣环实际为椭圆形结构，而在不同的心动周期椭圆形的形态也会发生不同的变化有关。当前采用 Schult 等人改进的方法[35]，测量收缩中期主动脉瓣环平面的面积，大约是 30%～45%RR 间期的扫描图像经过多平面重建后，通过测量椭圆形长短径，或不规则描记测量椭圆周长算出瓣环面积。这种改进明显减少了实际测量误差。但对于一些特殊解剖结构的患者，CTA 的测量仍有局限性，如：主动脉瓣二叶畸形。主动脉瓣二叶畸形的患者在图像后处理过程中，确定窦底平面比较困难，需要根据测量人员的经验去判断窦底的准确位置，势必存在人为误差。最为重要的是，尽管 CTA 提供了很多影像学信息，包括三维重建后的立体影像资料，但是临床医师仍然无法看到直观的病理解剖结构，对于特殊解剖结构的病例，不能进行手术预演判断手术结果，对于危重患者仍然存在不确定的手术风险。
4 3D 打印技术对 TAVR 术前评估的作用与意义
4.1 3D 打印技术的发展
20 世纪 90 年代美国麻省理工大学首先开创了 3D 打印技术，它利用计算机建立的数字模型，通过 3D 打印机运用金属、高分子材料、光敏树脂等将数字信号转换成具有一定物理特性的实物模型[36]。3D 打印技术出现后，很快被应用到了骨科，牙科等临床医学领域，为患者打造个性化的模具，提高手术效率、减少手术时间和手术创伤，从而获得更好的手术效果[37-39]。
近年 3D 打印技术也被引入到心血管外科领域，在复杂先心病，心脏肿瘤、主动脉夹层等疾病的手术操作中显示了积极的作用[40-46]。并可以打印出冠状动脉的解剖模型用来分析复杂的冠脉解剖结构，选择合理的治疗策略[47]。
因为 TAVR 的术前评估对影像学检查有着极高的依赖性，所以近年来越来越多的学者将 3D 打印技术引入到 TAVR 的术前评估中。
4.2 3D 打印在 TAVR 中的应用
3D 打印在 TAVR 中的应用主要围绕以下几方面：（1）精准的呈现解剖结构[48-49]；（2）在直视下评估可能出现的并发症[44 50-52]；（3）利用 3D 模型进行手术预演[53]。
4.2.1 精准的呈现解剖结构
3D 打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，直接的展示患者主动脉根部的解剖学特点[48-49]。对于主动脉根部解剖结构复杂的病例，更能体现其优势[54]。为此，国内外很多学者进行了相关研究。
Ripley 等[55]学者对 16 例 TAVR 手术后的患者进行回顾性研究，发现 3D 打印的测量结果与相应的 2D 数据基本吻合，提示 3D 打印的主动脉根部模型是高度精确的。Maragiannis[44]巧妙的将主动脉根部设计成为一个包含部分升主动脉、主动脉瓣膜和部分左室流出道的管状结构，利用 8 个完成 TAVR 手术患者的 CTA 数据建模，用多材质熔融 3D 打印技术打印出每个患者的主动脉根部结构，在密闭模拟主动脉压力的情况下，用超声评估主动脉瓣血流动力学情况，并与患者真实数据进行对比，在模拟每搏量相似的情况下，主动脉瓣的峰值流速（421.6±39.2 vs. 398.9±43.7）与瓣口面积（0.70±0.21 vs. 0.68±0.17）与真实数据大致相同。2012 年德国学者 Schmauss 在为 1 例 70 岁严重瓷化主动脉壁和严重主动脉瓣钙化的老人进行 TAVR 手术前，采用了 3D 打印评估并取得了良好的治疗效果[52]。Gallo 等[54]也曾将 3D 打印技术应用于主动脉根部情况复杂的 TAVR 手术前评估，并取得了良好的效果。
目前的研究结果表明，3D 打印技术可以立体和直观地呈现解剖结构，并有着良好的准确性。
4.2.2 在直视下评估可能出现的并发症
TAVR 术后瓣周漏、心脏传导阻滞、中枢神经系统并发症的发生是临床医师密切关注的问题。
瓣周漏是 TAVR 术后的严重并发症之一。目前随着医疗技术及器械的发展，瓣周漏的发生率逐渐下降，但是这种并发症仍然是影响患者的远期生存质量的重要危险因素[56]。
在瓣周漏方面，Ripley 等[55]对 16 例 TAVR 手术后的患者进行回顾性研究，通过透光法判断是否存在瓣周漏并与患者术后的超声结果相对比，结果显示成功预测瓣周漏 6 例（6/9），有 3 个假阴性（3/9）和 2 个假阳性（2/7）。在这个试验中仅应用了一种柔性打印材料用来反映主动脉壁的弹性，没有对钙化物进行特殊处理，同时因为瓣叶结构较薄，没能成功建模并通过 3D 打印反映出来。
在 Hosny 的回顾性研究中，利用 30 例 TAVR 手术后患者（15 例有瓣周漏，15 例没有瓣周漏）的术前 CTA 数据重新建模并进行 3D 打印，试验人员还设计了特殊的人工瓣膜测量和模拟装置，再通过一个熟练操作者判断瓣膜选择的大小，以及是否存在瓣周漏，得到的结果与手术的实际结果进行了对比。提示这种方法的预测敏感度为 75%，特异性为 71%。在这个试验中，学者采用两种材料进行混合打印，一种刚性材料（Vero White Plus）反映瓣叶瓣环的钙化属性，一种具有弹性的材料（TangoPlus）反映主动脉壁和肌肉组织的属性。同时他们提供了一套网络共享的软件，帮助完成瓣叶结构的数字模型建立，因此在这个试验中打印出了包括瓣叶结构的主动脉根部模型[57]。
Qian 等[51]学者的回顾性研究中，用 18 例 TAVR 手术后的患者的数据信息进行了 3D 打印，并在模型中置入自彭式人工瓣膜，再将模型整体浸入 37℃ 温水中浸泡，在瓣膜完全展开后，观察是否存在瓣周漏并同术后的真实超声结果进行比对。在试验过程中引入了 3D 模型的膨胀系数尝试对瓣周漏进行预估，准确度为 75%。
房室传导阻滞是 TAVR 手术后另一种常见的并发症，在瓣周漏的发生率随着器械改进而逐渐下降时，传导阻滞发生率并未随着器械的更新明显下降[58]。目前依据以往的临床经验，在 TAVR 手术时通过避免将瓣膜支架放置过深、避免选择瓣膜直径过大，并选择内径较小的扩张球囊等措施来降低房室传导阻滞的发生率[14]。如果术前可以对患者主动脉根部解剖结构有着清晰的判断，尤其是左室流出道的肌性结构进行准确的判断，应该可以进一步降低术后房室传导阻滞的发生率。
冠状动脉阻塞是 TAVR 的最为严重的并发症，往往可以导致患者发生急性心梗，甚至发生猝死。冠脉风险的评估是 TAVR 术前影像学评估的重点，也是患者被排除行 TAVR 手术主要原因之一[59]。3D 打印技术精准的呈现主动脉根部的解剖结构优势，实现了主动脉窦，瓣叶长度，瓣叶钙化程度，冠脉开口高度的完全展示。并可以通过预先的模拟操作判断是否可能出现冠脉阻塞的风险，可帮助临床医师直观地测量患者主动脉根部数据、选择合适尺寸的瓣膜和球囊[48-54]。
TAVR 术后缺血性脑损伤可能与操作过程中主动脉瓣上钙化物质的脱落相关[59]。其发生原因与患者本身特性以及包括球囊预扩张、输送系统在体内的滞留时间、快速起搏时程、瓣膜回收重置等手术因素有关[60]。在术前对患者主动脉根部钙化情况确切评估，以及避免术中反复操作，可以降低 TAVR 术后缺血性脑损伤的发生率[14]。3D 打印技术对 TAVR 术前解剖评估有着良好的效果，可以精准的打印出瓣叶与主动脉壁钙化的情况[48-54]。并可以利用 3D 打印模型在术前进行预演，熟练操作过程，减少手术时间，减少不必要的术中重复操作的次数[50 52 61-64]，对降低中枢神经系统并发症的发生率有重要的意义。
4.2.3 应用 3D 模型进行手术预演
应用 3D 模型进行手术预演，可以让术者提前熟悉手术过程，减少实际手术时间，减少重复操作。为此国内外学者对此做出了诸多尝试。
Schmauss 在 2012 年为 1 例严重瓷化主动脉壁的患者在 TAVR 手术前，采用了 3D 打印评估，并进行了术前预演取得了手术成功[52]。2014 年阜外医院团队[61]，2015 年上海中山医院王春生团队[62]也以个案的方式，报道了应用 3D 打印技术对重症 AS 患者进行 TAVR 术前评估和手术预演，都取得了成功。吕滨等学者对 8 例进行 TAVR 手术的病例进行回顾性研究[63]，应用患者的术前 CTA 数据建模进行 3D 打印，通过术前预演熟练了操作过程，肯定了 3D 打印对 TAVR 术前评估的有效性和可行性。这个研究中还对每个患者需要的 3D 打印费用进行了总结和评估。
此外，Qian 等通过利用正弦光纤观察并调整材料的应力-应变情况，发现利用此类调整后的材料进行 3D 打印可以得到血流动力学模拟程度更高的模型[64]。近年 Rotman 设计的新型体外 TAVR 模拟装置也为利用 3D 模型进行 TAVR 术前预演提供了新的方法[50]。
5 总结与展望
目前国内外众多的试验得出的结论可以看出：（1）3D 打印的主动脉根部模型可以准确且直观的展现解剖结构，协助测量主动脉瓣环大小，可以更准确的选择匹配的人工瓣膜。（2）可以将 3D 打印模型用于手术预演，熟悉解剖结构，减少实际手术操作时间。对危重和解剖结构特殊的患者意义较大。（3）可以简单预估术后出现瓣周漏的几率，但对判断瓣周漏发生的部位和程度的大小尚不够准确。（4）是否可以通过对左室流出道肌性结构结构的辨识，调整植入瓣膜的高度，降低房室传导阻滞的发生率还有待进一步论证。
因此，目前的 3D 打印的评估水平与理想状态相比尚有差距。期待 3D 打印数字建模技术的完善，以及打印材料的发展。在此基础上可以建立与真实解剖结构跟接近的三维模型，其瓣叶、瓣环的钙化结构有与真实情况相仿的力学性质，可以通过术前的手术预演评估术后并发症的发生情况。
随着计算机软件的发展和材料学的发展，用 3D 打印技术做 TAVR 手术的术前评估应该可以很好的实现。但是 3D 打印需要额外材料，来模拟患者的情况。这种个性化的模具其实是一种原材料的浪费，也增加了患者的额外花费。结合目前已经用于临床外科手术的 VR 技术和 4 维 CT 技术，我们可以想象，应用患者的 4 维 CTA 数据建立虚拟数字模型，在计算机中合成患者全部心血管系统的虚拟影像信息，其中钙化的组织，正常的主动脉壁，心室的肌肉组织等都赋以相应的力学特征。同时对需要置入的人工瓣膜以及推送装置建立数字模型（由各自生产厂商提供），应用 VR 技术进行术前的虚拟手术操作，可以最大程度的反应真实情况。如此的 VR 技术可以减少原材料的浪费，也可以让术者有身临其境的演示，全面预测了手术的结果，是对患者最适合的术前评估方式。
利益冲突：无。
作者贡献：庄熙晶阅读文献、撰写文章；王文君查阅文、整理文献；李世军修改文章、审核文章。
