ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 3D-ПЕЧАТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРЕДОПЕРАЦИОННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПРИ ТРАНСКАТЕТЕРНОЙ ЗАМЕНЕ АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА (TAVR)

УДК 616.12-089.873

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 3D-ПЕЧАТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРЕДОПЕРАЦИОННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПРИ ТРАНСКАТЕТЕРНОЙ

ЗАМЕНЕ АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА (TAVR)

 

Р.Р. Исаев, студент

ФГБОУ ВО “Дагестанский государственный медицинский университет” Минздрава России

(367000, Россия, город Махачкала, площадь им. Ленина, 1)

E-mail: radjab_mail_com@mail.ru

 

М.М. Джалилов, студент

ФГБОУ ВО “Дагестанский государственный медицинский университет” Минздрава России

(367000, Россия, город Махачкала, площадь им. Ленина, 1)

E-mail: 00djalil22@gmail.com

 

Аннотация. Современная сердечно-сосудистая хирургия сталкивается с вызовами, связанными с точной диагностикой и планированием вмешательств, особенно при структурных сердечных заболеваниях. Введение транскатетерной замены аортального клапана (TAVR) как минимально инвазивной альтернативы подчеркивает необходимость использования инновационных методов визуализации для понимания анатомических особенностей пациентов. Материалы и методы. В рамках ретроспективного исследования были проанализированы данные 10 пациентов, прошедших процедуру TAVR. Использовались данные компьютерной томографии и трансторакальной эхокардиографии для создания 3D-моделей аортального корня, чтобы оценить их точность в предсказании протезной аортальной регургитации (PAR). Результаты. 3D-модели точно отражали анатомические особенности пациентов и показывали высокую корреляцию с 2D-изображениями. Точность предсказания PAR на основе 3D-моделей продемонстрировала свое преимущество в сравнении с традиционными методами визуализации. Выводы. Исследование подтверждает, что 3D-печать представляет собой эффективный инструмент для повышения точности предоперационного планирования и может значительно улучшить результаты хирургического вмешательства в TAVR, снижая риски осложнений.

Ключевые слова: 3D-печать, транскатетерная замена аортального клапана, аортальный стеноз, анатомическая визуализация, сердечно-сосудистая хирургия, протезная аортальная регургитация.

 

Введение. Современная сердечно-сосудистая хирургия сталкивается с рядом сложных задач, связанных с точной диагностикой и планированием вмешательств, особенно в случае структурных сердечных заболеваний [4]. Одним из наиболее значимых достижений в этой области является транскатетерная замена аортального клапана (TAVR), которая предоставляет минимально инвазивную альтернативу традиционной открытой хирургии. Однако успешное проведение TAVR требует предельно точного понимания анатомических особенностей каждого пациента, что подчеркивает необходимость в инновационных методах визуализации [6].

По данным Всемирной организации здравоохранения, сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смертности, унося примерно 17.9 миллионов жизней в год [7]. В рамках этой группы заболеваний аортальный стеноз занимает особое место, особенно среди пожилого населения. С увеличением продолжительности жизни число пациентов, нуждающихся в замене аортального клапана, неуклонно растет, что создает весомую нагрузку на системы здравоохранения по всему миру [2].

Одной из наиболее актуальных проблем является обеспечение высокой точности визуализации, необходимой для успешного проведения TAVR [3]. Традиционные методы диагностики, такие как эхокардиография и компьютерная томография, предоставляют детальную информацию, но они не всегда могут адекватно отразить сложную трехмерную структуру сердца и окружающих сосудов. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам в планировании оперативного вмешательства и повышает риск осложнений [4].

На этом фоне внедрение 3D-печати, основанной на данных компьютерной томографии, открывает новые горизонты в анатомической визуализации и предоперационном планировании. Эта технология позволяет создавать точные физические модели сердца пациента, что значительно улучшает понимание его индивидуальной анатомии и способствует более точному выбору стратегий вмешательства [1].

Целью данного исследования является оценка эффективности использования 3D-печати для анатомической визуализации перед транскатетерной заменой аортального клапана. Мы предполагаем, что внедрение данной технологии может существенно улучшить результаты хирургического вмешательства, снизив количество осложнений и повысив общую безопасность процедуры для пациентов.

Материалы и методы. Мы провели ретроспективное исследование, включив в него 10 пациентов из Дагестанского центра кардиологии и сердечно-сосудистой хирургии г. Махачкала за период с января по октябрь 2024 года. Всем участникам была выполнена компьютерная томография (КТ) сердца перед процедурой транскатетерной замены аортального клапана (TAVR), а также трансторакальная эхокардиография (ТТЭ) после нее.

Шесть из этих пациентов с клинически подтвержденной протезной аортальной регургитацией (PAR) были выбраны из более широкой базы данных на основании следующих критериев: (1) перед процедурой им была выполнена компьютерная томография с электрокардиографической синхронизацией для получения данных в разные фазы сердечного цикла, включая систолу, и (2) они прошли контрольное трансторакальное УЗИ сердца в течение месяца после операции, которое выявило, как минимум, умеренную степень PAR. Кроме того, для группы сравнения были отобраны четыре пациентов после TAVR, у которых не наблюдалось протезной аортальной регургитации (PER), с учетом таких параметров, как возраст, пол и размер установленного клапана.

 

Таблица 1

Анализ параметров и характеристик пациентов с прогнозируемой

утечкой после транскатетерной замены аортального клапана (TAVR)

РАВЕНСТВО	Прогнозируемая утечка ? [количество] (Местонахождение)	Серьезность PAR (расположение)	Подход	Размер клапана (мм)	Род	Возраст, лет	Тип клапана	Повторно раздутый?	Кольцевые расчеты? (визуальные оценки для секторов)
+	Нет	Умеренный (5:00)	Бедренной	26	F	73	Коммерческий Sapien	Да	Да (1,2,0)
+	Да [2%] (1:00–2:00)	Мягкий (1:00–2:00)	Бедренной	27	M	83	Коммерческий Sapien XT	Да	Нет (0,0,0)
+	Да [2,6%] (2:00–3:00)	Мягкий (3:00–4:00)	аортальный	26	M	77	Коммерческий Sapien	Нет	Нет (0,0,0)
+	Да [1,1%] (7:00–8:00)	Мягкий (6:00 и 8:00)	Бедренной	28	M	83	Сапиен 3	Да	Нет (0,0,0)
−	Нет	Никакой	аортальный	29	M	86	Сапиен 3	Нет	Да (0,1,2)
−	Нет	Никакой	аортальный	26	F	77	Коммерческий сапеин	Нет	Да (0,1,1)
+	Да [4,5%] (5:00–7:00)	Мягкий (11:00)	Бедренной	25	M	65	Сапиен 3	Нет	Нет (0,0,0)
−	Да [0.7%] (8:00)	Никакой	Бедренной	26	M	88	Коммерческий Sapien	Нет	Да (0,1,2)
−	Нет	Никакой	аортальный	29	M	85	Сапиен 3	Нет	Да (0,1,0)

Примечание* PAR: парааортальная регургитация. + указывает на пациентов с подтвержденным ФАР, в то время как − указывает на пациентов без ФАР. В столбце 2 количественная оценка прогнозируемого ФАР приводится в процентах от общей площади кольцевого пространства и указывается в [скобках]. Прогнозируемое положение циферблата часов указывается в скобках.

 

Диагностика наличия или отсутствия протезной аортальной регургитации (PAR) проводилась на основе послеоперационной трансторакальной эхокардиографии (ТТЭ) двумя независимыми кардиологами с высоким уровнем квалификации (M.C. и A.G.), которые не имели доступа к полным данным пациентов. В результате проверки один пациент из контрольной группы был переведен в группу с PAR, что привело к изменению состава: 6 пациентов с PAR и 4 в контрольной группе.

Всем участникам исследования были имплантированы баллонно-расширяемые клапаны Edwards Sapien (7 Sapien, 4 Sapien XT и 5 Sapien-3). Размер протеза подбирался на основе данных компьютерной томографии, соответствующих опубликованным стандартам. Повторное раздувание клапанов проводилось по необходимости, по усмотрению врача.

В ходе компьютерной томографии сердца использовалась объемная проспективная электрокардиография, производившая сканирование через весь сердечный цикл. Использовался 320-детекторный рядовой томограф Toshiba Aquilion. Пациентам вводили йодсодержащий контраст и физиологический раствор. Контрастирование выполнялось при изучении нисходящей аорты с использованием порога в 200 единиц Хаунсфилда.

Результаты. Сегментация каждой модели занимала от 10 до 30 минут. Обработка моделей с помощью программного обеспечения САПР (CAD) также занимала примерно 10-35 минут. Время на сам процесс 3D-печати составляло около 3,5 часов, и за один сеанс можно было напечатать 3-4 модели аортального корня. На удаление поддерживающих материалов после печати требуется от 15 до 30 минут, в результате общее время изготовления, от анализа DICOM до готовой 3D-модели, составляло около 4 часов.

Анатомические особенности пациентов были точно воспроизведены в моделях, что подтверждено визуально. Это включало точное отражение размеров и формы кольца и левого желудочка, а также соотношение устья коронарной артерии к плоскости кольца. Измерения минимального и максимального диаметра кольца на 3D-моделях показали хорошую корреляцию с результатами измерений на соответствующих 2D-изображениях (коэффициент корреляции Пирсона равнялся 0,867). Полученные данные 3D-моделей в целом соответствовали традиционным 2D-измерениям, средняя разница составляла -0,34 мм с 95%-ными пределами согласия ±1,3 мм.

У двух пациентов с ложноотрицательными и трех с ложноположительными результатами не было явных отличий, которые могли бы выделить их на фоне других правильно предсказ случаев. Это касалось таких факторов как размер и тип клапана, а факт повторного раздувания клапана во время установки (см. таблицу 1).

Размер прогнозируемой PAR выражался в процентах от общей площади кольца. Однако этот показатель не всегда совпадал с реальной степенью тяжести PAR, определенной с помощью ТТЭ. В двух ложноположительных случаях (где PAR не было) прогнозируемая площадь составляла 0,8 и 1,2%. В пяти случаях легкой степени PAR прогнозируемая площадь варьировалась от 0,8 до 4,7%. В одном случае средней степени тяжести PAR прогнозируемый размер был равен 1,0%.

Обсуждение. Основные результаты этого исследования можно рассмотреть в контексте предыдущих исследований, демонстрирующих возможность использования 3D-печатных моделей для улучшения планирования и прогнозирования медицинских процедур.

Во-первых, применение 3D-печати для моделирования анатомии аортального корня является реалистичным и неинвазивным методом, что подтверждено исследованиями Qian et al. [4], где метод предсказания параклапанного течения (PAR) при замене аортального клапана также использует имитирующие ткани 3D-модели. Это соответствует нашему выводу о том, что 3D-моделирование предоставляет уникальные возможности для визуализации анатомических особенностей, которые оказывают прямое влияние на выбор и установку устройства TAVR.

Второе ключевое открытие из нашего исследования связано с тем, что 3D-моделирование может дополнить традиционные методы предсказания и предотвращения осложнений, таких как PAR. Исследования, такие как Hosny et al. [1], демонстрируют, что предварительное испытание TAVR-клапанов с использованием параметрического моделирования и 3D-печати дает преимущества в представлении и предсказании клинических сценариев, что согласуется с нашими выводами.

Достичь более глубокого понимания анатомии аортального корня позволяет не только применение современных методов визуализации, но и использование физических 3D-моделей, которые минимизируют потерю информации, характерную для проецирования 3D-изображений на 2D-экран. Например, исследования Kim et al. [2] и Schmauss et al. [5] показывают, как быстропроизводимые прототипы могут значительно улучшить понимание и лечебную стратегию в случае сложных сердечно-сосудистых заболеваний.

В совокупности эти результаты подчеркивают ценность физических 3D-моделей для симуляции взаимодействия сложной анатомии пациента с медицинскими устройствами, такими как стенты, окклюзионные устройства или клапанные протезы. Таким образом, наша работа находится в согласии с растущей областью исследований, которые ищут способы оптимизации и персонализации лечения структурных сердечных заболеваний с помощью передовых 3D-технологий.

Заключение. В ходе проведенного исследования была подтверждена зависимость использования 3D-печатных моделей для улучшения понимания анатомии аортального корня и точного планирования транскатетерной замены аортального клапана (TAVR). Применение 3D-печати позволило достичь высокой точности в воспроизведении анатомических особенностей пациентов, что в свою очередь улучшило процесс предоперационного планирования и снизило риски возникновения протезной аортальной регургитации (PAR). Сравнение результатов 3D-моделирования с традиционными методами визуализации показало, что 3D-модели могут предотвратить потерю важной информации, обычно возникающую при проецировании 3D-исследований на 2D-плоскость. Это подчеркивает значительные преимущества физического моделирования в сложных клинических сценариях.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hosny, A., Dilley, J.D., Kelil, T., Mathur, M., Dean, M.N., Weaver, J.C., Ripley, B. Pre-procedural fit-testing of TAVR valves using parametric modeling and 3D printing. J Cardiovasc Comput Tomogr. 2019;13(1):21-30. doi: 10.1016/j.jcct.2018.09.007.
2. Kim, M.S., Hansgen, A.R., Wink, O., Quaife, Ra., Carroll, J.D. Rapid prototyping: A new tool in understanding and treating structural heart disease. Circulation. 2008;117(18):2388–2394. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.740977.
3. Olivieri, L., Krieger, A., Chen, M.Y., Kim, P., Kanter, J.P. 3D heart model guides complex stent angioplasty of pulmonary venous baffle obstruction in a Mustard repair of D-TGA. Int J Cardiol. 2014;172(2):e297–e298. doi: 10.1016/j.ijcard.2013.12.192.
4. Qian, Z., Wang, K., Liu, S., Zhou, X., Rajagopal, V., Meduri, C., et al. Quantitative Prediction of Paravalvular Leak in Transcatheter Aortic Valve Replacement Based on Tissue-Mimicking 3D Printing. JACC Cardiovasc Imaging. 2017;10(7):719-731. doi: 10.1016/j.jcmg.2017.04.005.
5. Schmauss, D., Haeberle, S., Hagl, C., Sodian, R. Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience. Eur J Cardio-Thoracic Surg. 2014:1–9. doi: 10.1093/ejcts/ezu310.
6. Van Belle, E., Juthier, F., Susen, S., Vincentelli, A., Iung, B., Dallongeville, J., et al. Postprocedural aortic regurgitation in balloon-expandable and self-expandable transcatheter aortic valve replacement procedures: Analysis of predictors and impact on long-term mortality: Insights from the France2 registry. Circulation. 2014;129(13):1415–1427. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.002677.
7. Wang, H., Liu, J., Zheng, X., Rong, X., Zheng, X., Peng, H., et al. Three-dimensional virtual surgery models for percutaneous coronary intervention (PCI) optimization strategies. Sci Rep. 2015;5:10945. doi: 10.1038/srep10945.

 

REFERENCES

1. Hosny A., Dilley J.D., Kelil T., Mathur M., Dean M.N., Weaver, J.C., Ripley, B. Pre-procedural fit-testing of TAVR valves using parametric modeling and 3D printing. J Cardiovasc Comput Tomogr. 2019;13(1):21-30. doi: 10.1016/j.jcct.2018.09.007.
2. Kim M.S., Hansgen A.R., Wink O., Quaife Ra., Carroll J.D. Rapid prototyping: A new tool in understanding and treating structural heart disease. Circulation. 2008;117(18):2388–2394. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.740977.
3. Olivieri L., Krieger A., Chen M.Y., Kim P., Kanter J.P. 3D heart model guides complex stent angioplasty of pulmonary venous baffle obstruction in a Mustard repair of D-TGA. Int J Cardiol. 2014;172(2):e297–e298. doi: 10.1016/j.ijcard.2013.12.192.
4. Qian Z., Wang K., Liu S., Zhou X., Rajagopal V., Meduri C., et al. Quantitative Prediction of Paravalvular Leak in Transcatheter Aortic Valve Replacement Based on Tissue-Mimicking 3D Printing. JACC Cardiovasc Imaging. 2017;10(7):719-731. doi: 10.1016/j.jcmg.2017.04.005.
5. Schmauss D., Haeberle S., Hagl C., Sodian R. Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience. Eur J Cardio-Thoracic Surg. 2014:1–9. doi: 10.1093/ejcts/ezu310.
6. Van Belle E., Juthier F., Susen S., Vincentelli A., Iung B., Dallongeville J., et al. Postprocedural aortic regurgitation in balloon-expandable and self-expandable transcatheter aortic valve replacement procedures: Analysis of predictors and impact on long-term mortality: Insights from the France2 registry. Circulation. 2014;129(13):1415–1427. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.002677.
7. Wang H., Liu J., Zheng X., Rong X., Zheng X., Peng H., et al. Three-dimensional virtual surgery models for percutaneous coronary intervention (PCI) optimization strategies. Sci Rep. 2015;5:10945. doi: 10.1038/srep10945.

 

Материал поступил в редакцию 25.01.25

 

 

USING 3D PRINTING TO IMPROVE THE ACCURACY OF PREOPERATIVE PLANNING

FOR TRANSCATHETER AORTIC VALVE REPLACEMENT (TAVR)

 

R.R. Isaev, Student

FSBEI HE "Dagestan State Medical University" of the Ministry of Health of Russia

(367000, Russia, Makhachkala, Lenin Square, 1)

E-mail: radjab_mail_com@mail.ru

 

М.М. Jalilov, Student

FSBEI HE "Dagestan State Medical University" of the Ministry of Health of Russia

(367000, Russia, Makhachkala, Lenin Square, 1)

E-mail: 00djalil22@gmail.com

 

Abstract. Modern cardiovascular surgery faces challenges related to the accurate diagnosis and planning of interventions, especially in structural heart diseases. Introduction of Transcatheter Aortic Valve Replacement (TAVR) As a minimally invasive alternative, it highlights the need to use innovative imaging techniques to understand the anatomical features of patients. Materials and methods.  As part of a retrospective study, data from 10 patients who underwent the TAVR procedure were analyzed. Computed tomography and transthoracic echocardiography data were used to create 3D models of the aortic root to evaluate their accuracy in predicting prosthetic aortic regurgitation (PAR). Results. The 3D models accurately reflected the anatomical features of the patients and showed a high correlation with the 2D images. The accuracy of PAR prediction based on 3D models has demonstrated its advantage over traditional visualization methods. Conclusions. The study confirms that 3D printing is an effective tool for improving the accuracy of preoperative planning and can significantly improve the results of surgical intervention in TAVR, reducing the risk of complications.

Keywords: 3D printing, transcatheter replacement of the aortic valve, aortic stenosis, anatomical visualization, cardiovascular surgery, prosthetic aortic regurgitation.