3D打印气管外支架在气管支气管软化症治疗中的应用

4D打印气管外支架能不能救治气管软化症？2018年1月，9岁患儿小玲因肺部喘鸣、反复感染就诊于唐都医院胸外科。

4D打印气管外支架能不能救治气管软化症？接下来，就带你了解一下吧！入院后经询问病情得知，患儿5年前诊断左主支气管软化症，并先后接受3次内镜下气管支架植入手术，但3枚硅酮支架均在术后咳嗽中排出体外。

反复的肺部感染使患儿和父母备受煎熬，多年的就医诊治也给家庭带来了巨大经济负担。

了解患儿病情后，胸外科医生们先给患儿完成了薄层胸部增强CT和MRI检查，发现患儿存在左肺动脉干和胸主动脉的成角畸形，两条动脉长期挤压左主支气管导致管壁发生软化性狭窄。

明确病因后，李小飞主任、黄立军副主任等高度重视患儿病情，考虑到患儿多次内科治疗效果不佳，于是先后讨论了多种外科手术方案，包括软化段气管切除术、气管成形术、主动脉悬吊术等，但都因手术复杂、风险大等原因放弃。

结合胸外科前期在4D打印气管外支架方面的工作，综合分析患者病情决定为患儿施行4D打印气管外支架悬吊手术。

确定治疗方案后，胸外科医疗团队立即联系我院3D打印研究中心曹铁生教授和西安交通大学贺健康教授，首先利用我院自主研发的3D打印机为患儿制作了1:1气管模型，充分评估病情特点。

然后利用4D 打印技术为患儿量身定做了聚己内酯（PCL）外支架。

2018年1月初，黄立军副主任为患儿施行了手术，术中在软化的气管外放置了PCL支架，挡开了来自左肺动脉干和胸主动脉的挤压，手术仅耗时1小时15分。

术后连续对患儿随访观察10个月，患儿塌陷的左主支气管已完全复张，PCL支架也逐渐降解吸收，患儿术后1月开始上学，回归了正常的生活。

该例手术是气管外支架治疗气管软化症的典型案例，相关论文近日已经被Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery (JTCVS)杂志接收发表。

JTCVS杂志是胸心血管外科领域排名第1的期刊，影响因子4.88，本文也是该团队第2篇发表在JTCVS的相关工作文章。

㊃2711㊃国际呼吸杂志2021年8月第41卷第15期I n t JR e s p i r,A u g u s t2021,V o l.41,N o.15㊃综述㊃气道支架在儿童气管支气管软化的应用及进展贾欣蓓1张欣2周钢3张雪溪1邱悦1张杰1王生才1秦汉1关夏莉3张利闯3邰隽41国家儿童医学中心首都医科大学附属北京儿童医院耳鼻咽喉头颈外科100045;2国家儿童医学中心首都医科大学附属北京儿童医院大数据和工程研究中心100045;3北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室100191;4首都儿科研究所附属儿童医院耳鼻咽喉科,北京100020通信作者:邰隽,E m a i l t r e n t t j@163c o mʌ摘要ɔ儿童气管支气管软化是临床比较罕见且棘手的儿童呼吸道疾病,植入气道支架则可有效地缓解病情进展㊂目前硅酮㊁金属材质的气道支架已经广泛地应用于成人气道狭窄疾病的治疗,并取得了良好的成效㊂近些年3D打印技术和组织工程学相结合,个性化设计的可降解支架也逐步进入人们视野,成为更有发展潜力的气道支架㊂但是儿童气道口径小,随着年龄逐渐增大,解剖和生理特性与成人不同,因此儿童气道支架的选择有着与成人不同的特点㊂目前国内学者对于在儿童体内植入气道支架经验认识也尚且不足㊂本综述就国内外应用较为广泛的治疗儿童气管支气管软化的支架优缺点和未来发展方向进行阐述㊂ʌ关键词ɔ气道支架;气管支气管软化;儿童;3D打印;生物可降解基金项目:国家自然科学基金(81970900)D O I103760c m a j c n131368-20200714-00607A p p l i c a t i o na n d p r o g r e s s o f a i r w a y s t e n t s i n c h i l d r e n t r a c h e o b r o n c h o m a l a c i aJ i aX i n b e i1Z h a n g X i n2Z h o uG a n g3Z h a n g X u e x i1Q i uY u e1Z h a n g J i e1W a n g S h e n g c a i1Q i n H a n1G u a nX i a l i3Z h a n g L i c h u a n g3T a i J u n41D e p a r t m e n t o f O t o l a r y n g o l o g y-H e a da n d N e c kS u r g e r y B e i j i n g C h i l d r e n'sH o s p i t a l C a p i t a lM e d i c a lU n i v e r s i t y N a t i o n a l C e n t e r f o rC h i l d r e n'sH e a l t h B e i j i n g100045C h i n a2B i g D a t a a n dE n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r B e i j i n g C h i l d r e n'sH o s p i t a l C a p i t a lM e d i c a lU n i v e r s i t y N a t i o n a lC e n t e r f o rC h i l d r e n'sH e a l t h B e i j i n g100045C h i n a3S c h o o l o f B i o l o g i c a lS c i e n c ea n d M e d i c a lE n g i n e e r i n g B e i h a n g U n i v e r s i t y K e y L a b o r a t o r y f o r B i o m e c h a n i c s a n d M e c h a n o b i o l o g y o fM i n i s t r y o f E d u c a t i o n B e i j i n g100191C h i n a4D e p a r t m e n t o f O t o r h i n o l a r y n g o l o g y C h i l d r e n'sH o s p i t a l C a p i t a l I n s t i t u t e o f P e d i a t r i c s B e i j i n g100020C h i n aC o r r e s p o n d i n g a u t h o r T a i J u n E m a i l t r e n t t j@163c o mʌA b s t r a c tɔT r a c h e o b r o n c h o m a l a c i ai sac l i n i c a l l y r a r ea n d d i f f i c u l tc h i l d h o o dr e s p i r a t o r yd i se a s e a n dt h ei m p l a n t a t i o no fa na i r w a y s t e n tc a nef f e c t i v e l y a l l e v i a t et h e p r og r e s s i o no fth ed i se a s e A t p r e s e n t a i r w a y s t e n t sm a d e of s i l i c o n e a n dm e t a l h a v e b e e nw i d e l y a n d s u c c e s s f u l l y u s e di n t h e t r e a t m e n t o f a i r w a y s t e n o s i s i na d u l t s I nr e c e n t y e a r s w i t ht h ec o m b i n a t i o no f3D p r i n t i n gt e c h n o l o g y a n dt i s s u ee n g i n e e r i n g c u s t o m i z e dd e s i g n e d b i o d e g r a d a b l es t e n t sh a v e g r a d u a l l yg o ta t t e n t i o na n db ec o m e p o t e n t i a l a i r w a y s t e n t s H o w e v e r t h ed i a me t e r of a i r w a y c a l i b e r o f c h i l d r e n i ss m a l l a n d g r a d u a l l y i n c r e a s e sw i t ht h ea g e a n dt h ea n a t o m i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fc h i ld re na r e d if f e r e n t f r o mt h o s e o f a d u l t s T h e r e f o r e t h ea p p l i c a t i o ns t a n d a r do f c h i l d r e n'sa i r w a ys t e n th a s d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c s c o m p a r e d w i t h a d u l t s A t p r e s e n t d o m e s t i c s c i e n t i s t s h a v ei n s u f f i c i e n t e x p e r i e n c e a n dk n o w l e d g e o f i m p l a n t i n g a i r w a y s t e n t s i n c h i l d r e n T h i s r e v i e wd e s c r i b e st h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h es t e n t su s e dt ot r e a t p e d i a t r i ct r a c h e o b r o n c h o m a l a c i aa n dp r o f i l e s t h e d i r e c t i o no f t h e f u t u r e d e v e l o p m e n tʌK e y w o r d sɔ A i r w a y s t e n t T r a c h e o b r o n c h o m a l a c i a C h i l d r e n3D-p r i n t e d B i o d e g r a d a b l eCopyright©博看网. All Rights Reserved.F u n d p r o g r a m N a t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a81970900 D O I103760c m a j c n131368-20200714-00607气管软化是指气管管腔顺应性过度增加从而更易于坍塌的一种病理现象,通常是由于气管膜部纵行弹性纤维减少或萎缩,或缺乏应有的软骨支撑或者支撑力减弱从而导致管腔柔软㊂当软化段累及主支气管时就称为气管支气管软化(t r a c h e o b r o n c h o m a l a c i a,T B M)[1]㊂对于儿童的T B M,常将其分为原发性(先天性)和继发性(获得性)㊂原发性T B M发病原因为先天性的发育异常,如气管食管瘘㊁食道闭锁㊁支气管肺发育不良㊁早产㊁软骨发育不良等;继发性T B M多是由于受到心血管㊁肿瘤和囊肿等压迫,长时间气管插管,气管切开等造成㊂临床表现不具有特异性,取决于软化段的位置㊁长度㊁严重程度等㊂轻中度的患儿伴有犬吠样咳嗽㊁喘鸣㊁运动后易于疲劳㊁长期反复呼吸道感染,随着生长发育气道直径增大可逐渐缓解;病情严重者常发生气道阻塞㊁紫绀㊁呼吸急促,甚至呼吸暂停和心跳骤停,常需要机械通气治疗甚至外科手术治疗[2-3]㊂目前常用的手术方法,如切除软化段㊁主动脉固定术㊁前路或者后路气管固定术等,存在很多并发症和较高的死亡风险㊂随着内镜介入技术的发展,内镜下放置气道支架成为了很有前景的手术替代方法,植入后可立即缓解呼吸困难,为一些不适宜手术和气管切开的患儿提供了新的选择㊂1气道支架的发展史气道支架的应用为治疗儿童T B M提供了新的思路,近几十年经历了跨越式的发展㊂M o n t g o m e r y于1965年推出了硅酮T型支架用于治疗良性和恶性气道狭窄[4]㊂1987年D u m o n设计出外表面有圆柱形小凸的硅酮支架,减少支架在气管内的移动[5]㊂用于儿童T B M的历史可以追溯到20世纪70年代末㊂V i n o g r a d等[6]使用涂有硅橡胶的聚丙烯支架,放置气道外固定气道用于治疗儿童T B M㊂1995年F i l l e r等[7]介绍了将不锈钢材质的球囊扩张式金属支架 P a l m a z支架用于儿童的宝贵经验㊂1997年日本学者[8]使用镍钛热形状记忆合金设计了线圈状的气道支架用于治疗T B M患儿㊂直到2014年硅酮支架在我国获批后广泛应用于临床㊂虽然不同类型的支架都有不同的尺寸可以选择,但是由于人体气道结构非常复杂,难以使支架尺寸适合每一例患者㊂近年来,随着3D打印技术和组织工程学相结合,越来越多定制的支架应用于儿童T B M㊂2013年密歇根大学团队[9]首次报道基于3D打印技术个性化设计材料为聚己内酯(p o l y c a p r o l a c t o n e,P C L)气管外支架,成功治疗了重度气管软化的患儿,具有里程碑式的意义㊂2017年M o r r i s o n等[10]3D打印出材质为聚醚酮酮不可吸收外气道支架,为治疗大龄儿童成人表型的气道软化提供了治疗经验㊂2019年我国学者[11]报告了应用P C L外气道支架治疗儿童支气管软化的病例㊂3D打印技术可以为不同年龄段的儿童提供适配尺寸的支架,适应儿童气道的生长发育,可吸收材料的支架还可在一段时间后在体内无毒降解,在儿科领域应用前景广阔㊂但是目前国内应用气道支架缓解儿童T B M经验不足,3D打印个性化气道支架的技术尚处于探索阶段,仍需要总结更多的临床经验㊂2气道支架的分类根据放置位置,可分为气道内支架和气道外支架;根据材料不同,可分为金属支架㊁非金属支架㊁混合型支架和生物可降解支架;根据支架的形状,又可分为T型㊁Y 型㊁L型㊁直筒型㊁沙漏型以及3D打印个性化支架等㊂下面就不同材质的支架在儿童T B M治疗中的优缺点加以介绍㊂3气道内支架31非金属支架硅酮支架是使用最为广泛的一种非金属支架,根据支架的形状可以分为M o n t g o m e r y T型支架㊁Y 型管状支架㊁直型支架等[12]㊂根据国内外文献报道[13-14],与金属支架相比,硅酮支架生物相容性更好,但是更易移位,在支架两端形成肉芽组织,干扰气道的黏膜纤毛系统,造成黏液阻塞㊂硅酮支架的管壁厚㊁尺寸较大,常应用于成人的良性气道狭窄的治疗,不太适用于管腔直径较小的分支支气管和婴幼儿的气道㊂近年,欧洲学者[15]报道了3D打印个性化的Y型硅酮支架应用于成人严重T B M的病例㊂这种Y型支架具有更好的稳定性,植入后需要定期清除患者气道内黏液㊂法国的一项多中心病例研究[16]显示,将D u m o n支架用于治疗儿童T B M取得良好的效果,临床有效率为43%㊂出现的并发症包括移位㊁肉芽组织形成㊁支气管感染㊁黏液阻塞㊂需关注的是,硬性支气管镜放置支架不适合于婴幼儿T B M治疗,放置D u m o n支架可导致黏液阻塞致死的可能性,并且支架稳定性较差㊂我国于2014年引入硅酮支架,主要应用于成人中心性气道狭窄的治疗㊂李晓等[17]报道了将其应用于成人T B M治疗的经验,鲜有将其用于儿童T B M的病例报告㊂也有学者认为D u m o n支架的固定是依靠支架圆柱状突起和气管壁之间的摩擦力,并不适合用于T B M[18]㊂由于儿童的气管具有口径小㊁易造成黏液阻塞等生理解剖特性,将其应用于儿童仍然需要未来更多的改良和探索㊂P o l y f l e x支架是一种内部涂有硅酮的多聚酯网自膨式支架,具有很好的耐受性,管腔壁薄,口径较大,自身具有可扩张性,可以适应弯曲不平的气道的平面[19]㊂但是高移位率限制了其广泛应用,在12个月的动物实验中其迁移率达到了100%[20]㊂国内外有很多将其用于食管疾病的报道,关于其在儿童T B M方面的报道则非常罕见,仅有的病例报道临床治疗效果并不理想[21]㊂32金属支架金属支架最初设计作为血管支架应用于心血管系统,根据这一经验设计改进后应用于气道㊂相比于硅酮支架,植入金属支架则不需要硬性支架管镜,支架管壁更薄㊂㊃3711㊃国际呼吸杂志2021年8月第41卷第15期I n t JR e s p i r,A u g u s t2021,V o l.41,N o.15Copyright©博看网. All Rights Reserved.金属支架按照是否覆膜可以分为裸金属支架㊁半覆膜金属支架和全覆膜式金属支架㊂植入未覆膜式的金属支架很少会发生位移,但是肉芽组织长入网眼或者上皮化后取出非常困难,不推荐将其长期植入体内,仅在预后较差的晚期病例中考虑使用[22-23]㊂儿童的气道口径随着生长发育不断增大,后期则需要将支架取出㊂为了克服现有支架的局限性,国外的学者[24-28]设计了一种镍钛材质的螺旋形支架,这种结构的支架不干扰黏液清除,不易形成肉芽组织,可抵抗支架在气道内移动且易于取出,能准确放入内径较小的儿童气道,在动物实验中表现出很好的耐受性㊂目前的研究表明螺旋形支架可能是缓解儿童T B M的理想型支架,但仍然没有大规模的动物实验和临床试验评估其安全性和长期性能㊂覆膜式金属支架可以防止肉芽组织从金属网眼向内生长,减少了二次阻塞管腔的风险,不会上皮化,也易移除㊂华西医院[29]对成人因良性气道狭窄植入金属支架的长期随访研究显示,覆膜支架比未覆膜支架更易发生咽痛和胸痛㊁肉芽组织㊁痰潴留㊁复发性狭窄㊂按照扩张方式可分为金属自膨式和球囊扩张式金属支架㊂不同于金属自膨式支架,球囊扩张式支架随着时间推移可以不断调整囊大小,使支架不断适应儿童气管的大小,一定程度上协同儿童气道管腔的扩大生长㊂下面主要就儿童常用的金属支架进行介绍㊂321金属自膨式金属支架 U l t r a f l e x支架是一种镍钛热形状记忆合金自膨式金属支架,在低温时可任意变形,温度升高至人体体温时可立即恢复原来设计的形状[18]㊂相比于其他金属支架,这种镍钛合金支架更加柔软,弹性更好,扩张后不会增加对气道壁的压力㊂S i e g e l等[30]对7例植入镍钛金属支架的儿童进行随访研究(中位随访时间5年),并发症包括支架移位(23%)㊁再狭窄(29%)㊁水肿(29%)和肉芽肿(57%),71%的患者最终实现了拔管㊂S i e g e l等[30]的经验为镍钛金属支架的植入提供了宝贵的建议,他们认为支架植入后会导致许多严重并发症,因此这应该作为最后选择的治疗方案㊂G i a n t u r c oZ型支架是一种不锈钢的 之 字形支架,通常2个支架结合在一起,通过侧边的小倒刺固定于气管㊂动物实验[20]显示G i a n t u r c o支架不易移位,气管通畅性良好,支气管开口不易阻塞,但长期放置会导致气道严重的炎症反应,支架锚定位置有明显溃疡,气道壁穿孔风险高㊂国外曾报道过G i a n t u r c oZ支架导致的严重的致命性并发症,包括支架在气管内移位㊁断裂,气管壁穿孔,复发性气胸,刺破左锁骨下动脉,从而导致致命性大出血,最终死亡[31]㊂因其严重的并发症,目前使用较少㊂322球囊扩张式金属支架 P a l m a z支架是不锈钢质地的典型的球囊扩张式网状金属支架,最初应用于心血管疾病的治疗㊂支架外观为网状的设计,放置时可越过旁边分支支气管口且不会导致支气管开口阻塞,有助于黏液清除,适用于支气管甚至小气道的阻塞的治疗,这种支架有适合儿童气道较小的尺寸,在儿童患者中应用较为广泛㊂P a l m a z支架的特点是可塑性好,弹性差,因此在咳嗽后容易变形㊂支架扩张后不能再次调整位置,但是相比自膨式支架较易取出[7,32]㊂据报道,球囊扩张式金属支架有很多并发症,包括肉芽组织形成㊁气道再狭窄㊁出血㊁支架移位㊁断裂㊂对于青紫型患儿植入扩张式支架应当谨慎,曾报道过左主气管植入P a l m a z支架后支架移位侵蚀支气管动脉导致大出血的病例㊂5例植入P a l m a z支架的婴儿长期随访(中位随访时间为16年)的研究显示,3例患儿植入支架后再生了肉芽组织,2例患儿出现了气道再狭窄,1例患儿发生了支架位移和断裂,中位球囊扩张次数14次,截至文章发表,所有5例患儿存活并且状态良好[33-35]㊂在特殊情况下则需要移除支架,为了解决移除困难的问题,曾有学者[36]设计使支架充气后离气道黏膜足够近但不会贴合过紧,避免长期放置的并发症,但同时支架移位的可能性也会增高㊂33生物可降解支架目前内镜下植入硅酮支架和金属支架在临床得到了广泛应用,但对于只需要短期植入支架的患者,仍需承担二次手术和麻醉的风险㊂生物可降解支架可在一定时间内自然降解,可以一定程度上避免这种风险㊂可降解金属材料镁合金支架㊁聚二恶烷酮等是目前国内外研究较多的材料㊂国内一项体外实验证明了可降解的镁㊁锌材质的金属支架具有良好的细胞黏附和增殖能力㊁良好的腐蚀速率和生物相容性[37]㊂兔气管狭窄模型的实验证明镁合金支架在植入30d后出现断裂和降解,与镍钛合金支架相比,其径向支撑力稍强,肉芽组织和痰潴留发生率较低,但因其不具备自膨性,受到气管压迫后很难再膨胀,仍然需要继续探索和改良可降解的镁合金支架的性能[38]㊂聚二恶烷酮则是一种可降解的半晶状聚合物,具有良好的生物相容性和安全性,耐受性好,在动物实验中表现出良好的生物可降解性,并且能很好地支撑气管壁,生物力学强度可维持6~7周,14~15周可以完全降解㊂国外有一些报道将聚二恶烷酮支架应用于儿童T B M取得了良好的效果,可以替代硅酮支架和金属支架用于儿童T B M的治疗㊂然而其降解过程中产生的碎片可能附着在气管黏膜导致气管再次阻塞,甚至造成死亡㊂并且需要反复多次介入治疗[39-43]㊂近年来,随着对生物可降解材料深入探索和研究,国外有学者尝试制作聚L-丙交酯-聚己内酯的气道内复合支架用于药物洗脱㊂D u v v u r i等[44-45]通过体外实验证明雷帕霉素洗脱的聚L-丙交酯-聚己内酯复合支架有抑制纤维细胞增殖和胶原增殖的能力,并且动物实验证明了其减少气管纤维化的有效性和安全性㊂但目前还未开展临床试验,未来可以进一步探究其在临床治疗方面的作用㊂气管支气管内放置可吸收材料的支架仍有很多风险,如气管内支架易于位移㊁降解过程产生的碎片造成二次阻塞等,若气管硬度没有足够改善前就降解则需多次植入支架㊂外气道支架的应用则可以避免这些风险,不仅能适应气道的生长,并且能够抵抗外部血管的压迫㊂4气道外支架目前报道过的用于治疗T B M外气道支架材质的聚合物有P C L㊁聚左旋乳酸(p o l y-L-l a c t i c a c i d,P L L A)㊁聚醚㊃4711㊃国际呼吸杂志2021年8月第41卷第15期I n t JR e s p i r,A u g u s t2021,V o l.41,N o.15Copyright©博看网. All Rights Reserved.酮酮㊁聚四氟乙烯[10,46-49]㊂其中P L L A和P C L是很有前景的用于外气道支架的高分子材料㊂张恒等[47]介绍了可吸收P L L A U 型微骨板外固定术,植入P L L A微骨板同期手术矫正心血管畸形,治疗心血管畸形合并支气管软化患儿㊂术后平均随访时间(65ʃ62)个月,患儿发育良好,狭窄段均缓解,获得满意的短期效果㊂P L L A是一种高分子材料,可塑性好,易加工成型,在体内3~5年可被完全吸收,最终降解成为二氧化碳和水㊂其在治疗儿童T B M中的远期疗效仍需要多中心㊁大规模的临床研究㊂P C L有很多突出的优点,如良好的生物兼容性,无毒降解性,熔点低易于操作,可负载其他的细胞,降解过程符合儿童T B M的自然病程[50]㊂近些年使用3D打印技术个性化设计出的P C L生物可降解外气道支架则为T B M患儿提供了新的选择㊂密歇根大学团队[9,51]设计出材料为P C L 的开口型圆柱体外气道支架,这种开口的设计可以满足儿童气道生长的需求,随着气道口径的增大而不断扩大;并且P C L具有生物可降解性,随着时间变化缓慢降解,在被吸收前可在体内维持支撑强度2~3年㊂因其形状和材料相对分子质量随着时间不断变化,称之为 4D生物材料 ㊂L e s等[46]报道了15例危重度T B M患儿植入个性化P C L外气道支架,3例(20%)患儿植入支架后死亡,其中2例死亡原因和支架植入无关,1例支架移位侵袭食管,死亡原因可能与支架植入相关㊂幸存患者都获得了很好的临床效果,没有患儿需要二次放置支架或者取出支架㊂国内病例报告非常罕见,2019年有国内学者[11]报告了1例因重度左侧支气管软化植入P C L外气道支架的9岁女孩病例,患儿术后支气管黏膜水肿而导致阻塞加重,但是术后1个月因血管压迫解除,阻塞段好转㊂术后9个月支架逐渐裂解㊂目前来看,P C L支架放置在气管外面,不会干扰黏膜纤毛系统,表现出了更少的并发症,可以根据每个孩子情况个性化设计,并且能够适应不断生长发育的气管,为治疗儿童危重症T B M提供了新的思路㊂5存在的问题及展望从20世纪的硅酮㊁金属支架到如今备受关注的生物可降解气道支架,仍未找到完全适配于儿童T B M的 最佳 支架,儿科领域气道支架植入仍然面对许多挑战㊂3D打印技术与组织工程学的结合可以个性化设计气道支架,避免了支架尺寸不适配于婴幼儿气道而产生的并发症㊂但所需设备㊁材料㊁专业技术人员费用高,增加了患者家庭经济负担,限制了其在国内的广泛应用㊂近年来生物可吸收的P C L外气道支架明显表现出更少的并发症,为儿童危重症T B M带来了新的曙光㊂但是关于其是否侵袭周围组织,长期放置后组织耐受性如何,是否增加感染风险等一些问题还没有长期和大量的临床研究,仍然需要更多的经验来确定植入P C L的适应证和禁忌证㊂基于可降解生物材料支架的良好特性,未来可以重点关注对可降解生物材料进行深度改性,负载生长因子对受损软骨进行修复,开发免疫抑制药物洗脱支架抑制纤维组织和肉芽组织增生㊂新型生物可吸收气道支架仍然有待研发㊂利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突参考文献1 F r a g aJ C J e n n i n g s RW K i m P C P e d i a t r i ct r a c h e o m a l a c i aJ S e m i n P e d i a t rS u r g2016253156-164D O I101053j s e m p e d s u r g2016020082 W a l l i s C A l e x o p o u l o u E A n tón-P a c h e c o J L e t a l E R Ss t a t e m e n t o nt r a c h e o m a l a c i aa n db r o n c h o m a l a c i a i nc h i l d r e nJ E u r R e s p i rJ20195431900382D O I1011831399300300382-20193 K a m r a n A J e n n i n g s RW T r a c h e o m a l a c i a a n dt r a c h e o b r o n c h o m a l a c i a i n p e d i a t r i c s a n o v e r v i e w o fe v a l u a t i o n m e d i c a lm a n a g e m e n t a n ds u r g i c a l t r e a t m e n t JF r o n t P e d i a t r20197512D O I103389f p e d2019005124 W a h i d iMM E r n s tA T h em o n t g o m e r y T-t u b e t r a c h e a l s t e n tJ C l i nC h e s t M e d2003243437-443D O I101016s0272-52310300042-x5 D u m o nJ F A d e d i c a t e dt r a c h e o b r o n c h i a ls t e n t J C h e s t1990972328-332D O I101378c h e s t9723286 V i n o g r a d I F i l l e r RM B a h o r i c A L o n g-t e r m f u n c t i o n a lr e s u l t so f p r o s t h e t i ca i r w a y s p l i n t i n g i nt r a c h e o m a l a c i aa n db r o nc h o m a l a c i a J JP ed i a t rS u r g198722138-41D O I101016s0022-34688780011-87 F i l l e rR M F o r t e V F r a g aJ C e ta l T h eu s eo fe x p a n d a b l em e t a l l i ca i r w a y s t e n t sf o rt r a c h e o b r o n c h i a lo b s t r u c t i o ni nc h i ld re n J JP e d i a t r S u r g199********-1056D O I1010160022-34689590340-28 T s u g a w aC N i s h i j i m aE M u r a j iT e ta l A s h a p e m e m o r ya i r w a y s t e n t f o r t r a c h e ob r o nc h o m a l a c i a i n c h i ld re n a ne x p e r i m e n t a l a n dc l i n i c a l s t u d y J JP e d i a t rS u r g199732150-53D O I101016s0022-34689790092-09 Z o p fD A H o l l i s t e r S J N e l s o nM E e t a l B i o r e s o r b a b l e a i r w a ys p l i n t c r e a t e dw i t ha t h r e e-d i m e n s i o n a l p r i n t e r J N E n g l JM e d 2013 36821 2043-2045D O I 10 1056N E J M c120631910M o r r i s o nR J S e n g u p t aS F l a n a n g a nC L e t a l T r e a t m e n to f s e v e r ea c q u i r e dt r a c h e o m a l a c i a w i t h a p a t i e n t-s p e c i f i c3D-p r i n t e d p e r m a n e n tt r a c h e a ls p l i n t J J AMA O t o l a r y n g o lH e a d N e c k S u r g20171435523-525D O I101001j a m a o t o2016393211W a n g L L i u W H eJ e ta l T r e a t m e n to fb r o n c h o m a l a c i a u s i n g t h r e e-d i m e n s i o n a l p r i n t e d p o l y c a p r o l a c t o n e s c a f f o l d i n ap e d i a t r i c p a t i e n t J JT h o r a cC a r d i o v a s c S u r g2*******e287-e290D O I101016j j t c v s20181109512钟旭飘王锋汤宁等Y型硅酮气道支架的临床研究现状J中国医疗设备2019346157-159164D O I103969j i s s n1674-1633201906043Z h o n g X P W a n g F T a n g N e t a l R e s e a r c hs t a t u so fY-t y p e s i l i c o n e a i r w a y s t e n t J Z h o n g g u oY i L i a oS h eB e i2019346157-159164D O I103969j i s s n1674-163320190604313 A n tón-P a c h e c o J L C a b e z a líD T e j e d o rR e ta l T h er o l eo f㊃5711㊃国际呼吸杂志2021年8月第41卷第15期I n t JR e s p i r,A u g u s t2021,V o l.41,N o.15Copyright©博看网. 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All Rights Reserved.s e v e r e t r a c h e o b r o n c h o m a l a c i a t e n-y e a re x p e r i e n c e J I n tJ P e d i a t rO t o r h i n o l a r y n g o l20168357-62D O I101016ji j p o r l20160102237 L i Y Y a n J Z h o u W e t a l I n v i t r o d e g r a d a t i o n a n db i oc o m p a t i b i l i t y e v a l u a t i o n o ft y p i c a lb i ode g r a d a b l e m e t a l sM g Z n F e f o r t h ea p p l i c a t i o no f t r a c h e o b r o n c h i a l s t e n o s i sJ B i o a c t M a t e r20194114-119D O I101016jb i o ac t m a t20190100138李宗明刘耿张全会等可降解镁合金气管支架在兔气管狭窄模型中初步应用J介入放射学杂志2018274353-356D O I103969j i s s n1008-794X 201804014L i Z M L i u G Z h a n g Q H e t a l T h e a p p l i c a t i o n o fb i o d e g r a d a b l e m a g n e s i u m a l l o y t r ac h e a ls t e n ti n t r e a t i n gt r a c h e o s t e n o s i s p r e l i m i n a r y s t u d y i nr a b b i t t r a c h e a l s t e n o s i s m o d e l J J i eR uF a n g S h eX u eZ aZ h i2018274353-356D O I103969j i s s n1008-794X 20180401439 A n tón-P a c h e c o J L L u n aC G a r cíaE e t a l I n i t i a l e x p e r i e n c ew i t han e wb i o d e g r a d a b l e a i r w a y s t e n t i nc h i l d r e n i s t h i s t h e s t e n tw e w e r e w a i t i n g f o r J P e d i a t rP u l m o n o l2016516607-612D O I101002p p u l2334040 S z t a nóB K i s sG Már a iK e t a l B i o d e g r a d a b l e a i r w a y s t e n t si n i n f a n t s-p o t e n t i a l l i f e-t h r e a t e n i n gp i t f a l l s J I n tJP e d i a t rO t o r h i n o l a r y n g o l20169186-89D O I101016j i j p o r l20161001341 Z a jᶏcA K r y s t a M K i s z k a A e ta l B i o d e g r a d a b l ea i r w a ys t e n t s n o v e l t r e a t m e n t o f a i r w a y o b s t r u c t i o n i nc h i l d r e n JA d vC l i n E x p M e d2019287961-965D O I1017219a c e m9439142 C h o iJ S S e o k J E o m M R e t a l E n d o s c o p i c a l l y a p p l i e db i o d e g r a d a b l es t e n t i na p e d i a t r ic t r a c h e o m a l a c i a m ode l JC l i nE x p O t o r h i n o l a r y n g o l2020D O I1021053c e o20200162743阮征王晋章晓淼等聚二恶烷酮气管支架的动物实验研究J同济大学学报医学版201738627-32D O I1016118j1008-0392201706006R u a n Z W a n g J Z h a n g X M e t a l F e a s i b i l i t y a n db i o d e g r a d a b i l i t y o f p o l y d i o x a n o n et r ac h e a ls t e n ti n r a b b i t sJ T o n g j iD aX u eX u eB a o Y iX u eB a n201738627-32D O I1016118j1008-039220170600644 D u v v u r i M M o t z K M u r p h y M e t a l E n g i n e e r i n g a ni mm u n o m o d u l a t o r y d r u g-e l u t i n g s t e n t t o t r e a tl a r y n g o t r a c h e a l s t e n o s i s J B i o m a t e rS c i2019751863-1874D O I101039c8b m01623b45 D u v v u r i M M o t z K T s a i HW e t a l D e s i g n o f ab i oc o m p a t i b l ed r u g-e l u t i n g t r a c h e a l s t e n t i n m i c e w i t hl a r y n g o t r a c h e a l s t e n o s i s J J V i s E x p202015510379160483D O I1037916048346 L e sA S O h y eR G F i l b r u n A G e t a l3D-p r i n t e d e x t e r n a l l y-i m p l a n t e d b i o r e s o r b a b l e a i r w a y s p l i n t s f o r s e v e r et r a c h e o b r o n c h o m a l a c i a J L a r y n g o s c o p e201912981763-1771D O I101002l a r y2786347张恒张本青段雷雷等应用可吸收聚左旋乳酸微骨板外固定术治疗先天性心脏病合并支气管软化-单中心经验总结J中国循环杂志202035178-81D O I103969j i s s n1000-3614202001013Z h a n g H Z h a n g B Q D u a nL L e ta l E x t e r n a l f i x a t i o n w i t ha b s o r b a b l e p o l y-L-l a c t i c a c i d m i c r o p l a t e t o t r e a tb r o nc h o m a l a c i a c o m b i n e dw i t hc o n g e n i t a lh e a r td i se a s e JZ h o n g g u oX u n H u a nZ aZ h i202035178-81D O I103969j i s s n1000-361420200101348 A n d oM N a g a s eY H a s e g a w a H e ta l E x t e r n a l s t e n t i n g ar e l i a b l et e c h n i q u e t o r e l i e v e a i r w a y o b s t r u c t i o n i n s m a l lc h i ld re n J JT h o r a cC a r d i o v a s cS u r g201715351167-1177D O I101016j j t c v s20161204149 S a k a m o t oT N a g a s eY T a k i g u c h iM e t a l As u c c e s s f u l c a s eo f e x t e r n a l s t e n t i n g f o rb r o n c h o m a l a c i a l a s t i n g o v e r20y e a r sJ A n n T h o r a cS u r g2*******e103-e104D O I101016j a t h o r a c s u r20181205550 C h a n D S F n a i s N I b r a h i m I e t a l E x p l o r i n gp o l y c a p r o l a c t o n e i nt r a c h e a l s u r g e r y as c o p i n g r e v i e w o f i n-v i v o s t u d i e s J I n t J P e d i a t rO t o r h i n o l a r y n g o l201912338-42D O I101016j i j p o r l20190403951M o r r i s o nR J H o l l i s t e rS J N i e d n e r M F e ta l M i t i g a t i o no f t r a c h e o b r o n c h o m a l a c i aw i t h3D-p r i n t e d p e r s o n a l i z e d m e d i c a ld e v i c e si n p e d i a t r i c p a t i e n t s J S c i T r a n s l M e d20157285285r a64D O I101126s c i t r a n s l m e d3010825收稿日期2020-07-14㊃7711㊃国际呼吸杂志2021年8月第41卷第15期I n t JR e s p i r,A u g u s t2021,V o l.41,N o.15Copyright©博看网. 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浅谈3D打印技术的应用与意义3D打印技术的出现，颠覆传统加工业的生产制造模式，以其降低成本、涉及领域广和简化加工流程等优点，被誉为第三次工业革命的标志。

以往难以加工的材料，通过特殊工艺进行层层构建叠加，形成空间复杂的产品，大大缩短加工时间，满足各种不同产品的加工需要。

目前3D打印技术处于刚刚起步阶段，随着技术飞速发展，将来应用于包括产品设计、科学研究、建筑、医疗、制造业、航天、珠宝首饰、个性化饰品等高端技术领域，将极大促进科技进步，体现出3D打印技术的价值意义。

标签：3D打印技术制造应用意义一、3D打印技术简介3D打印技术最早出现在20世纪80年代，由查尔斯.赫尔发明将数字资源打印成三维立体模型的技术，并开发了第一台商用3D打印机。

短短的30多年，3D打印技术得到迅猛发展，配套的打印材料、打印设备和应用软件，都不断完善丰富，各个行业与3D打印技术形成的产业链，依靠3D打印技术带来的便利，也产生巨大效益。

近年掀起的3D打印热，更是推动3D打印技术的不断发展。

（一）什么是3D打印3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。

如图1，2所示，3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

（二）3D打印技术和传统制造工艺的区别与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。

将制造技术按原理分类，我们可以列出以下表格：因此，我可以把3D打印也称为“增材制造”，在有些文章里也称为“添加制造”。

二、3D打印技术的应用与意义3D打印技术作为最新最先进的生产制造模式，采用计算机处理模型蓝本并控制3D打印设备自动化精确加工，利用不同原理打印各类规格材料，实现空间结构高度复杂的立体产品加工，基于多方面的优势，此技术广泛应用于各个领域，充分体现了“没有做不到，只有想不到”的创新理念和意义。

3D打印如何救了宝宝的命
导读：一项最新研究报道称，三名小男孩成为世界上首批应用
3D打印医疗装置获得新生的幸运儿。

这三名宝宝都患有同一种叫做气管支气管软化的疾病，严重威胁生命健康。

这种疾病会引起气管周期性塌陷，不能进
一项最新研究报道称，三名小男孩成为世界上首批应用3D打印医疗装置获得新生的幸运儿。

这三名宝宝都患有同一种叫做气管支气管软化的疾病，严重威胁生命健康。

这种疾病会引起气管周期性塌陷，不能进行正常呼吸，并且一直以来都没有治疗方法，病人的生存时间都较短。

来自密歇根大学C.S.Mott儿童医院的研究人员利用3D打印技术制造了一种3D打印气管夹板能够帮助病人保持气道畅通，恢复正常呼吸进而挽救病人生命，而这一技术的首批获益者就是三名患有气管支气管软化的小男孩。

随后研究人员对病人进行了密切随访，对植入病人体内的这种3D打印气管夹板的工作情况进行了追踪观察。

近日，这一研究结果发表在国际学术期刊sciencetranslationalmedicine上。

这项最近发表的研究结果表明，在气管支气管软化早期利用3D 打印气管夹板进行治疗可以避免传统治疗方法造成的并发症，并且根据目前的追踪结果，植入病人体内的3D打印气管夹板没有引起任何并发症。

同时，应用该技术还可以使病人脱离呼吸机，并且不再需要镇静剂，麻醉剂等药物的作用，并且对全身多个器官系统的机能都有改善作用。

“我们很高兴地看到，到目前为止我们的病人都还健康地活着。

很明显，3D打印医疗装置具有巨大潜力，但我们仍然需要更多的数据来证明3D打印医疗装置在临床实践中的应用性。

”一位研究人员说道。

- 170 -①三峡大学第一临床医学院（宜昌市中心人民医院）放射科　湖北　宜昌　443003通信作者：鲁际气管支气管软化症的诊断研究进展何倩颖①　鲁际① 【摘要】　气管支气管软化症（tracheobronchomalacia，TBM）是由于气管缺少应有的软骨硬度导致的气管管腔呼气时过度塌陷的一种病理现象。

其临床表现为不同程度的咳嗽、咳痰、呼吸困难，甚至窒息死亡。

目前，国内外普遍认为TBM 的诊断金标准是纤维支气管镜检，呼气时气道管腔面积减少>50%则判断为阳性。

TBM 缺乏特异的临床表现，临床往往因误诊、漏诊而延误治疗。

故本文就TBM 的诊断进展予以综述，旨在提高该疾病的早期诊治。

【关键词】　气管支气管软化症　X 线计算机体层成像　磁共振成像　支气管镜 Progress in Diagnosis of Tracheobronchomalacia/HE Qianying, LU Ji. //Medical Innovation of China, 2024, 21(08): 170-174 [Abstract]　Tracheobronchomalacia (TBM) is a pathological phenomenon of excessive collapse of the trachea during exhalation due to the lack of cartilage hardness and support of the trachea. Its clinical manifestations are different degrees of cough, sputum, dyspnea, and even death from asphyxia. At present, it is widely believed that the gold standard for the diagnosis of TBM is fiberbronchoscopy, and the reduction of airway lumen area by more than 50% during expiratory breath is considered positive. The lack of specific clinical manifestations of TBM often leads to delayed treatment due to misdiagnosis and missed diagnosis. Therefore, this article reviews the diagnosis progress of TBM in order to improve the early diagnosis and treatment of TBM. [Key words]　Tracheobronchomalacia　CT　Magnetic resonance imaging　Bronchoscopy First-author's address: Department of Radiology, the First College of Clinical Medical Science, China Three Gorges University, Yichang 443003, China doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.08.038 气管支气管软化症（tracheobronchomalacia，TBM）是由于先天或后天因素造成气管软骨完整性破坏，导致气道塌陷性增加，进而气管支气管管腔缩小和气道分泌物增多[1]。

数字光处理3D打印丝素蛋白水凝胶用于气管组织工程由于肿瘤、创伤和先天性疾病引起的气管狭窄或气管软化严重影响患者生活质量。

通过球囊扩张及支架植入虽可暂时缓解症状，但易出现二次狭窄及其他并发症。

手术切除是治疗气管恶性肿瘤及气管狭窄的最有效方式。

但较长病灶手术切除后吻合口张力过大，常难以愈合。

因此，选择合适的气管替代材料，缓解吻合口张力，对于治疗气管长段缺损极为关键。

组织工程是实现组织再生修复的最有效方式。

近几年来，3D打印技术迅速发展，仅依据三维数据就可以快速制造出所需组织器官结构，堪称组织再生领域“工业革命”。

数字光处理（Digital Light Processing, DLP）3D打印技术使用较高分辨率的数字光处理器来固化液态聚合物，通过对液态聚合物层层固化，可快速高效地实现仿生组织构建，因此收到广泛青睐。

近期，来自韩国翰林大学医学院Chan Hum Park教授团队基于DLP 3D打印技术，以丝素蛋白-甲基丙烯酸缩水甘油酯（Silk-GMA）为材料，成功构建出具备一定力学特性的人工气管，并首次进行体内移植实验，取得理想的效果。

研究者用含有光引发剂的无血清培养基溶解冻干后的Silk-GMA海绵，再分别混合软骨细胞或NIH3T3细胞制成生物墨水，通过DLP 3D 打印机完成气管软骨组织打印。

经无菌PBS洗涤后，置于含血清的培养液中体外培养（Fig. 1）。

Fig. 1 Diagram of DLP 3D bioprinting procedure using Silk-GMA with chondrocytes.通过PKH染色（细胞膜染色）及Masson 三色染色分析发现Silk-GMA水凝胶体系中，上层及下层细胞数目无显著差异（Fig. 2）。

Fig. 2 Analysis of cell distribution and changing cell dose depend on cultivation period in the Silk-GMA hydrogel after DLP 3D printing was performed with NIH 3T3, mouse fibroblast cell line.细胞增殖实验结果提示细胞在Silk-GMA水凝胶体系中培养14天均能稳定增殖，且随着时间延长增殖速率逐渐增加（Fig. 3A）。

基于3D打印技术的生物医学植介入体在呼吸系统疾病治疗中的应用引言：呼吸系统疾病是当今世界上常见的健康问题之一，给患者的生活和健康造成了严重的影响。

传统的治疗方法利用手术或药物治疗，但是在某些病症中效果不佳。

近年来，随着3D打印技术的迅速发展，基于3D打印技术的生物医学植介入体被广泛研究和应用于呼吸系统疾病的治疗中。

本文将探讨3D打印技术在生物医学植介入体方面的应用、其在呼吸系统疾病治疗中的优势以及未来的发展方向。

1. 3D打印技术在生物医学植介入体中的应用生物医学植介入体是利用生物材料制造的，用来辅助或替代受损组织或器官的器械。

3D打印技术的出现革新了生物医学植介入体的制造过程。

传统的制造方法通常需要复杂的模具制造和手工加工，而3D打印技术可以通过计算机控制直接将设计好的模型打印出来，避免了传统制造中的许多瓶颈。

在生物医学植介入体的制造中，常用的打印材料包括生物陶瓷、生物可降解材料和生物金属等。

通过3D打印技术，可以将这些材料按照需要的形状、大小和结构进行打印，为患者提供定制化的治疗方案。

2. 3D打印技术在呼吸系统疾病治疗中的优势呼吸系统疾病的治疗通常需要对患者的气道或肺部进行干预。

传统的治疗方法包括手术切除、器官移植等，但是这些方法存在一定的风险和困难。

而基于3D打印技术的生物医学植介入体可以提供更加个性化和精准的治疗方案，具有以下优势：2.1 定制化设计：3D打印技术可以根据患者的具体情况进行设计和制造，为患者提供个性化的治疗方案。

例如，在气道疾病治疗中，可以根据患者的气道形态和大小，打印出合适的支气管支架以帮助维持气道的通畅。

2.2 快速制造：利用3D打印技术，生物医学植介入体可以在相对较短的时间内制造完成。

这对于一些疾病的急需治疗提供了便利，减少了等待时间，有助于提高治疗的效果。

2.3 高精度和复杂结构：3D打印技术可以实现非常高的精度和复杂结构的制造，这对于某些需要精细操作的治疗过程非常重要。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202120300076.1(22)申请日 2021.02.02(73)专利权人 中国人民解放军空军军医大学地址 710032 陕西省西安市新城区长乐西路169号专利权人 西安交通大学(72)发明人 赵晋波　贺健康　郑开福　刘文豪　孟子捷　马楠　王磊　刘宇健　唐希阳　李小飞　(74)专利代理机构 西安维赛恩专利代理事务所(普通合伙) 61257代理人 李明全(51)Int.Cl.A61F 2/90(2013.01)A61L 27/18(2006.01)A61L 27/58(2006.01)B33Y 80/00(2015.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种3D打印可降解的仿生气管外支架(57)摘要本实用新型公开了一种3D打印可降解的仿生气管外支架，包括C形扁环支架，支架由多条第一夹板和多条第二夹板相互交叉构成，各第一夹板和第二夹板交叉后形成的多个孔隙为受力孔，支架的内切圆圆心与C形两个自由端的连线之间的夹角为开角，开角为：90°‑120°，支架的长轴与开角的中分线相互垂直，支架用于套设在软化或者过渡塌陷的气管外围，第一夹板和第二夹板用于缝线环绕其将气管与支架固定在一起；本实用新型通过调整拓扑结构使力学性能与原生气管基本相近，具有一定的弹性，气管外支架的强度与原生气管相近可减少与周围组织摩擦带来的并发症；另外具有弹性的气管外支架可随气道内压力变化发生一定程度的形变，有助于气道分泌物的排出。

权利要求书1页 说明书7页 附图1页CN 215778933 U 2022.02.11C N 215778933U1.一种3D打印可降解的仿生气管外支架，其特征在于，包括C形扁环支架(1)，所述支架(1)由多条第一夹板(2)和多条第二夹板(3)相互交叉构成，各所述第一夹板(2)和第二夹板(3)交叉后形成的多个孔隙为受力孔(4)，所述支架(1)的内切圆圆心与C形两个自由端的连线之间的夹角为开角(5)，所述开角(5)为：90°‑120°，所述支架(1)的长轴与开角(5)的中分线相互垂直，所述支架(1)用于套设在软化或者过渡塌陷的气管外围，所述第一夹板(2)和第二夹板(3)用于缝线环绕其将气管与支架(1)固定在一起。