胸主動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)計與實驗研究.pdf

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

2、分支的胸主動脈瘤腔內(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:胸主動脈瘤動物模型的建立，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組是實驗組，A組(n=5)，B組(n=5)，C組(n=5)，D組作為對照組(n=5)，采用全身麻醉，應(yīng)用動物專用喉鏡行豬氣管插管，呼吸機(jī)輔助通氣，側(cè)臥位開胸顯露胸降主動脈近端及左鎖骨下動脈，游離出4cm胸降主動脈段，在距離左鎖骨下動脈0.5cm的胸

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

4、驗動物主動脈組織，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、實時定量PCR檢測和免疫印跡法檢測，比較兩組實驗動物主動脈壁組織的差異，探討胸主動脈擴(kuò)張、動脈瘤形成的機(jī)制。
　　第二部分:支架與輸送系統(tǒng)的設(shè)計中，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脈分支支架。該一體式胸主動脈覆膜分支支架由鎳鈦金屬絲編制的一個中空的骨架結(jié)構(gòu)，其前端設(shè)計為裸支架，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)計出1-3個分支，主體支架與分支支架的角度設(shè)計并非直角，而是與主動脈弓及主動脈弓上血管分支一致的角度，裸支架上無覆膜材料，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)的實驗研究中，應(yīng)用6頭4-6個月

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

8、動物模型的建立。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，尸檢提示動脈瘤破裂死亡，其余實驗動物在隨訪期間未發(fā)生動脈瘤破裂、腦梗死、截癱和嚴(yán)重的感染等并發(fā)癥。按照DSA造影下胸主動脈管腔異常擴(kuò)張至正常管腔的1.5倍以上時，定義為胸主動脈瘤形成。統(tǒng)計實驗組中穩(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)本的實驗組，D組重新設(shè)定為采集標(biāo)

9、本的對照組，收集兩組實驗動物主動脈的信息，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周主動脈DSA造影顯示實驗組動脈瘤起始點至左鎖骨下動脈平均距離是8.00±4.19mm。實驗組術(shù)前術(shù)后主動脈直徑分別為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)計學(xué)意義(P＜0.0001);術(shù)前術(shù)后對照組主動脈直徑分別為15.31±0.33mm和15.57±0.40mm，術(shù)前術(shù)后兩組數(shù)據(jù)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.

10、5211)。大體標(biāo)本顯示，實驗組主動脈擴(kuò)張增粗，動脈瘤形成，動脈壁變薄，動脈瘤腔內(nèi)無附壁血栓形成。HE染色顯示實驗組動脈壁厚度明顯降低，實驗組動脈壁厚度:對照組動脈壁厚度為832.74±39.37μm:1252.35±24.47μm，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.0009)。EVG染色顯示實驗組動脈壁內(nèi)彈力纖維百分比明顯降低，實驗組動脈壁彈力纖維百分比:對照組動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)用特異性抗體來進(jìn)行目的指標(biāo)的檢測。在此部分測定了基質(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)。實驗組MMP-2較對照組增高，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.0001);實驗組MMP-9較對照組增高，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.0001);實驗組Myh11均較對照組增高

12、，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.0001);實驗組α-SMA較對照組降低，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.0001)。RT-PCR檢測提示實驗組在術(shù)后3周時MMP-2水平是對照組的3.27倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.0009);實驗組在術(shù)后3周時MMP-9水平是對照組的3.12倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.0009)。蛋白電泳檢測分析提示實驗組在術(shù)后3周時MMP-2水平是對照組的2.89倍

13、，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.0001);實驗組在術(shù)后3周時MMP-9水平是對照組的2.64倍，兩組數(shù)據(jù)比較差異具有統(tǒng)計學(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。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)，每兩圈合金絲的連接均依靠無創(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)計為2，3，4分支輸送桿。將支架應(yīng)用捆綁方式，固定在每個分支輸送桿上，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。每個輸送桿內(nèi)均可走形一枚導(dǎo)絲;每個分支輸送桿的側(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)計的要求。
　　第三部分:一體式覆膜分支支架與輸送系統(tǒng)的實驗研究。3D打印技術(shù)制作的胸主動脈模型能夠高度模擬小型豬胸主動脈的解剖學(xué)特點

16、，為一體式分支支架的設(shè)計及改進(jìn)提供幫助，節(jié)省了大量的動物實驗所需的資金和損耗;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脈模型中各進(jìn)行了10次體外實驗，該分支支架均能成功的輸送和置入主動脈模型內(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良好，支架與主動脈壁貼合良好，在釋放支架的過程中推送系統(tǒng)的操控性及安全性良好。
　　結(jié)論:1、采用彈力蛋白酶(100mg)于小型豬主動脈

17、壁內(nèi)環(huán)周注射，可以誘發(fā)主動脈擴(kuò)張，3周可觀察到穩(wěn)定的動脈瘤形成。
　　2、胸主動脈的厚度減低、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脈弓上血管分支的胸降主動脈瘤的形成。
　　3、3D打印技術(shù)制作出的小型豬胸主動脈模型，與小型豬胸主動脈解剖學(xué)形態(tài)高度一致，便于一體式胸主動脈分支支架及輸送系統(tǒng)的設(shè)計及改進(jìn)。
　　4、本支架的設(shè)計符合胸主動脈解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，與動脈壁貼