胸主動(dòng)脈瘤模型建立及一體式覆膜分支支架與輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的:針對(duì)臨近主動(dòng)脈弓上血管分支的胸主動(dòng)脈瘤臨床治療的難題，建立一種大型動(dòng)物胸主動(dòng)脈瘤模型，更好地理解胸主動(dòng)脈瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制。同時(shí)，針對(duì)分體式分支支架在胸主動(dòng)脈瘤治療過(guò)程中存在釋放與輸送步驟復(fù)雜、分體支架間易形成滲漏、支架移位等諸多問(wèn)題，研發(fā)更具實(shí)用性的一體化覆膜分支血管內(nèi)支架及輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單一手術(shù)入路完成主動(dòng)脈弓上血管分支的重建，更好的貼附于主動(dòng)脈壁，降低內(nèi)漏的發(fā)生率，同時(shí)增加支架的穩(wěn)固性，減少支架移位的風(fēng)險(xiǎn)，為臨近主動(dòng)脈弓上血管

2、分支的胸主動(dòng)脈瘤腔內(nèi)修復(fù)治療決策選擇及器械研發(fā)提供思路。
　　研究方法:第一部分:胸主動(dòng)脈瘤動(dòng)物模型的建立，采用了20頭4-6月齡雄性閹割后五指山小型豬，隨機(jī)分為四組，其中A組、B組和C組是實(shí)驗(yàn)組，A組(n=5)，B組(n=5)，C組(n=5)，D組作為對(duì)照組(n=5)，采用全身麻醉，應(yīng)用動(dòng)物專(zhuān)用喉鏡行豬氣管插管，呼吸機(jī)輔助通氣，側(cè)臥位開(kāi)胸顯露胸降主動(dòng)脈近端及左鎖骨下動(dòng)脈，游離出4cm胸降主動(dòng)脈段，在距離左鎖骨下動(dòng)脈0.5cm的胸

3、降主動(dòng)脈處設(shè)定為起始點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)組（ABC組）主動(dòng)脈壁環(huán)周注射彈力蛋白酶溶液，對(duì)照組(D組)主動(dòng)脈壁環(huán)周注射生理鹽水，注射的長(zhǎng)度為2.0cm。A組向主動(dòng)脈外膜下動(dòng)脈壁注射彈力蛋白酶劑量為50mg，B組向主動(dòng)脈外膜下動(dòng)脈壁注射彈力蛋白酶劑量為100mg，C組向主動(dòng)脈外膜下動(dòng)脈壁注射彈力蛋白酶劑量為200mg，D組應(yīng)用生理鹽水5ml作為對(duì)照。術(shù)后3周采用DSA造影隨訪觀察主動(dòng)脈擴(kuò)張情況，動(dòng)脈瘤形成情況。手術(shù)后3周，留取動(dòng)脈瘤形成最佳組與對(duì)照組實(shí)

4、驗(yàn)動(dòng)物主動(dòng)脈組織，行肉眼觀察、蘇木素-伊紅染色、彈性蛋白(EVG)染色、免疫組織化學(xué)染色、實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)和免疫印跡法檢測(cè)，比較兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物主動(dòng)脈壁組織的差異，探討胸主動(dòng)脈擴(kuò)張、動(dòng)脈瘤形成的機(jī)制。
　　第二部分:支架與輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，支架采用鎳鈦合金絲及聚酯纖維覆膜材料制作一體式胸主動(dòng)脈分支支架。該一體式胸主動(dòng)脈覆膜分支支架由鎳鈦金屬絲編制的一個(gè)中空的骨架結(jié)構(gòu)，其前端設(shè)計(jì)為裸支架，中部和后部為分支支架和主體支架，其上有一體化的

5、覆膜材料。一體式分支支架的分支可以設(shè)計(jì)出1-3個(gè)分支，主體支架與分支支架的角度設(shè)計(jì)并非直角，而是與主動(dòng)脈弓及主動(dòng)脈弓上血管分支一致的角度，裸支架上無(wú)覆膜材料，主體支架和分支支架上均由一體化的覆膜材料覆蓋。輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，輸送系統(tǒng)分為前端部分用于壓縮和裝載支架，中間部分用以控制主支架輸送桿和分支支架輸送桿的鎖定和解鎖，后端部分是輸送系統(tǒng)的控制裝置，包括主體支架輸送桿的末端和分支支架輸送桿的末端。前端部分用于裝載一體式覆膜分支支架，支架采

6、用捆綁的方式壓縮至輸送系統(tǒng)前端部分，中間部分有一個(gè)旋鈕式裝置，用于鎖定和分離分支輸送桿，后端部分用于操控輸送系統(tǒng)，后端部分的控制裝置包括分支輸送桿、導(dǎo)絲和捆綁線，每個(gè)分支輸送桿中均可走形一枚導(dǎo)絲，可指引輸送系統(tǒng)前端部分的方向，捆綁線可對(duì)支架進(jìn)行壓縮和釋放，主體支架和前端裸支架由捆綁線捆綁在主輸送桿上，分支支架由捆綁線捆綁在分支送桿上。輸送桿的末端側(cè)孔是捆綁線走形的通道。
　　第三部分:支架與輸送系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究中，應(yīng)用6頭4-6個(gè)月

7、齡的雄性閹割后的五指山小型豬作為研究對(duì)象，考慮到五指山小型豬因遺傳特性穩(wěn)定，使得個(gè)體差異降低，所以應(yīng)用CT掃描采集小型豬主動(dòng)脈的數(shù)據(jù)信息，將該數(shù)據(jù)信息應(yīng)用于3D打印軟件，分析出小型豬胸主動(dòng)脈的結(jié)構(gòu)，最后保留升主動(dòng)脈、主動(dòng)脈弓、主動(dòng)脈弓上血管分支及胸降主動(dòng)脈，利用3D打印技術(shù)制作出小型豬胸主動(dòng)脈模型，在DSA透視下于該胸主動(dòng)脈模型中進(jìn)行支架及輸送系統(tǒng)的裝載，輸送及釋放，評(píng)價(jià)支架及輸送系統(tǒng)的技術(shù)可行性。
　　結(jié)果:第一部分:胸主動(dòng)脈瘤

8、動(dòng)物模型的建立。20頭五指山小型豬均手術(shù)成功。術(shù)后3周隨訪期間，C組2頭五指山小型豬死亡，尸檢提示動(dòng)脈瘤破裂死亡，其余實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在隨訪期間未發(fā)生動(dòng)脈瘤破裂、腦梗死、截癱和嚴(yán)重的感染等并發(fā)癥。按照DSA造影下胸主動(dòng)脈管腔異常擴(kuò)張至正常管腔的1.5倍以上時(shí)，定義為胸主動(dòng)脈瘤形成。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)組中穩(wěn)定成瘤率，其中A組穩(wěn)定成瘤率20％，B組穩(wěn)定成瘤率100％，C組穩(wěn)定成瘤率60％，D組成瘤率0％。將B組重新設(shè)定為采集標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)組，D組重新設(shè)定為采集標(biāo)

9、本的對(duì)照組，收集兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物主動(dòng)脈的信息，進(jìn)行形態(tài)學(xué)、病理學(xué)、分子生物學(xué)的分析。術(shù)后3周主動(dòng)脈DSA造影顯示實(shí)驗(yàn)組動(dòng)脈瘤起始點(diǎn)至左鎖骨下動(dòng)脈平均距離是8.00±4.19mm。實(shí)驗(yàn)組術(shù)前術(shù)后主動(dòng)脈直徑分別為15.42±0.43mm和24.53±1.41mm，術(shù)前術(shù)后數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001);術(shù)前術(shù)后對(duì)照組主動(dòng)脈直徑分別為15.31±0.33mm和15.57±0.40mm，術(shù)前術(shù)后兩組數(shù)據(jù)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.

10、5211)。大體標(biāo)本顯示，實(shí)驗(yàn)組主動(dòng)脈擴(kuò)張?jiān)龃?，?dòng)脈瘤形成，動(dòng)脈壁變薄，動(dòng)脈瘤腔內(nèi)無(wú)附壁血栓形成。HE染色顯示實(shí)驗(yàn)組動(dòng)脈壁厚度明顯降低，實(shí)驗(yàn)組動(dòng)脈壁厚度:對(duì)照組動(dòng)脈壁厚度為832.74±39.37μm:1252.35±24.47μm，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0009)。EVG染色顯示實(shí)驗(yàn)組動(dòng)脈壁內(nèi)彈力纖維百分比明顯降低，實(shí)驗(yàn)組動(dòng)脈壁彈力纖維百分比:對(duì)照組動(dòng)脈壁彈力纖維百分比為26.67％±1.98％:40.83％±1.5

11、4％，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0012)。免疫組織化學(xué)染色方法是應(yīng)用特異性抗體來(lái)進(jìn)行目的指標(biāo)的檢測(cè)。在此部分測(cè)定了基質(zhì)金屬蛋白酶-2/9(MMP-2/9)、α-平滑肌細(xì)胞特異性抗體(α-SMA)和肌纖維蛋白重鏈抗體(Myh11)。實(shí)驗(yàn)組MMP-2較對(duì)照組增高，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001);實(shí)驗(yàn)組MMP-9較對(duì)照組增高，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001);實(shí)驗(yàn)組Myh11均較對(duì)照組增高

12、，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001);實(shí)驗(yàn)組α-SMA較對(duì)照組降低，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001)。RT-PCR檢測(cè)提示實(shí)驗(yàn)組在術(shù)后3周時(shí)MMP-2水平是對(duì)照組的3.27倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0009);實(shí)驗(yàn)組在術(shù)后3周時(shí)MMP-9水平是對(duì)照組的3.12倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0009)。蛋白電泳檢測(cè)分析提示實(shí)驗(yàn)組在術(shù)后3周時(shí)MMP-2水平是對(duì)照組的2.89倍

13、，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0001);實(shí)驗(yàn)組在術(shù)后3周時(shí)MMP-9水平是對(duì)照組的2.64倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0001)。
　　第二部分:一體式覆膜分支支架與輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。支架采用鎳鈦合金絲，Z形編制，支架的背部連接緊密，呈骨架結(jié)構(gòu)，支架腹側(cè)僅和覆膜材料相連，每一圈Z形鎳鈦合金絲均為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，每?jī)扇辖鸾z的連接均依靠無(wú)創(chuàng)血管縫合線連接;支架上覆膜材料為聚酯纖維。支架前段為裸支架部分，其余的主

14、體支架和分支支架均為一體化覆膜結(jié)構(gòu)。裸支架的前后端直徑不一致，其后端與主體支架前端直徑一致，裸支架前端直徑大于主體支架直徑。裸支架的設(shè)計(jì)可以起到錨定作用，使支架固定在特定的位置，防止發(fā)生位置的改變，而影響治療效果。根據(jù)病變情況不同，設(shè)計(jì)出了1，2，3分支支架。支架輸送器分為三部分，包括前端部分、中間部分和后端部分，前端部分用于裝載一體式覆膜分支支架，中間部分用于固定和解鎖輸送桿，后端部分用于控制輸送系統(tǒng)的方向、輸送和支架的解壓縮。根據(jù)支

15、架分支數(shù)量不同，輸送器的分支輸送桿設(shè)計(jì)為2，3，4分支輸送桿。將支架應(yīng)用捆綁方式，固定在每個(gè)分支輸送桿上，主體支架捆綁在主輸送桿上，分支支架捆綁在分支輸送桿上，壓縮至輸送系統(tǒng)中。每個(gè)輸送桿內(nèi)均可走形一枚導(dǎo)絲;每個(gè)分支輸送桿的側(cè)孔可以走形一枚捆綁線，用于支架的捆綁、壓縮和釋放。支架和輸送系統(tǒng)均達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。
　　第三部分:一體式覆膜分支支架與輸送系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。3D打印技術(shù)制作的胸主動(dòng)脈模型能夠高度模擬小型豬胸主動(dòng)脈的解剖學(xué)特點(diǎn)

16、，為一體式分支支架的設(shè)計(jì)及改進(jìn)提供幫助，節(jié)省了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所需的資金和損耗;一分支和二分支支架均能順利的壓縮于輸送系統(tǒng)內(nèi)，一分支支架和二分支支架均在該主動(dòng)脈模型中各進(jìn)行了10次體外實(shí)驗(yàn)，該分支支架均能成功的輸送和置入主動(dòng)脈模型內(nèi)，支架和輸送器操控的技術(shù)成功率為100％，一體式覆膜支架的位置及展開(kāi)良好，支架與主動(dòng)脈壁貼合良好，在釋放支架的過(guò)程中推送系統(tǒng)的操控性及安全性良好。
　　結(jié)論:1、采用彈力蛋白酶(100mg)于小型豬主動(dòng)脈

17、壁內(nèi)環(huán)周注射，可以誘發(fā)主動(dòng)脈擴(kuò)張，3周可觀察到穩(wěn)定的動(dòng)脈瘤形成。
　　2、胸主動(dòng)脈的厚度減低、彈力纖維百分比減少、平滑肌細(xì)胞數(shù)量減少及細(xì)胞外基質(zhì)中基質(zhì)金屬蛋白酶水解作用增強(qiáng)共同促使小型豬臨近主動(dòng)脈弓上血管分支的胸降主動(dòng)脈瘤的形成。
　　3、3D打印技術(shù)制作出的小型豬胸主動(dòng)脈模型，與小型豬胸主動(dòng)脈解剖學(xué)形態(tài)高度一致，便于一體式胸主動(dòng)脈分支支架及輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)。
　　4、本支架的設(shè)計(jì)符合胸主動(dòng)脈解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，與動(dòng)脈壁貼