個性化3D打印心臟模型在兒童復(fù)雜性先天性心臟病術(shù)前規(guī)劃中的應(yīng)用價值

來源：浙大學(xué)術(shù)期刊

作者：徐佳俊，舒強(qiáng)等

影像學(xué)技術(shù)為兒童先天性心臟病診斷提供了可靠的依據(jù)，但是多數(shù)圖像局限于二維圖像形式，并且顯示于二維屏幕。

近年來，3D打印技術(shù)在先天性心臟病診治中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，3D打印技術(shù)以三維實體模型呈現(xiàn)心臟解剖結(jié)構(gòu)，將影像學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為實體物質(zhì)圖像。

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院舒強(qiáng)教授團(tuán)隊在World Journal of Pediatrics（WJP，世界兒科雜志）上發(fā)表題為“Patient-specific three-dimensional printed heart models benefit preoperative planning for complex congenital heart disease” 的研究論文，通過3D打印技術(shù)在兒童復(fù)雜性先天性心臟病術(shù)前規(guī)劃中的應(yīng)用，探討其臨床應(yīng)用價值。

先天性心臟病（CHD）是目前最常見的新生兒出生缺陷，患病率高達(dá)10 / 1000。兒童尤其是新生兒心臟大小明顯小于成人，解剖結(jié)構(gòu)更不易觀察和探查，因此復(fù)雜性CHD術(shù)前規(guī)劃至關(guān)重要并且具有一定的挑戰(zhàn)性。

該研究團(tuán)隊在2017年5月至2018年1月期間，招募了15例復(fù)雜性CHD患兒應(yīng)用個性化3D打印心臟模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃。研究者獲取患兒術(shù)前CT圖像數(shù)據(jù)，以DICOM格式導(dǎo)出，將DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 19.0和3-Matic 11.0軟件進(jìn)行三維建模和圖像后處理，以STL格式保存數(shù)據(jù)，導(dǎo)入3D打印機(jī)打印出個性化心臟實體模型（Fig.1）。打印方法為光固化立體成型，打印材料為光敏樹脂。醫(yī)生團(tuán)隊根據(jù)患兒個性化心臟模型，病史以及影像學(xué)資料等進(jìn)行綜合評估，制定個性化診療方案，對具有外科手術(shù)指征的患兒進(jìn)行手術(shù)治療。

Fig.1 個體化心臟模型的3D打印過程

研究應(yīng)用3D打印技術(shù)成功建立15例復(fù)雜性CHD患兒的個性化心臟模型，并對根據(jù)病史、影像學(xué)資料、3D心臟模型等綜合評估與單獨應(yīng)用CT評估進(jìn)行比較。1. 單獨應(yīng)用CT評估：13例患兒術(shù)前規(guī)劃與實際選擇方案一致，其余2例不一致；2. 結(jié)合3D心臟模型綜合評估：15例患兒術(shù)前規(guī)劃與實際方案均一致。

其中12例CHD患兒具備手術(shù)指征并最終實施手術(shù)治療，1例具有手術(shù)指征的診斷為升主動脈和主動脈弓發(fā)育不良、左心發(fā)育不良、動脈導(dǎo)管未閉、室間隔缺損、房間隔缺損和肺動脈高壓的患兒因家長放棄治療未進(jìn)行手術(shù)治療，其余2例因輕度病變，無明顯臨床癥狀暫無手術(shù)指征。

所有行手術(shù)治療的患兒手術(shù)方案與術(shù)前規(guī)劃保持一致，術(shù)中探查證實患兒心臟解剖與3D打印模型一致（Fig. 2-5）。其中1例診斷為主動脈弓離斷（A型）伴完全性大動脈轉(zhuǎn)位的患兒術(shù)后第5天死于低心排血量綜合征，其余11例手術(shù)患兒均未出現(xiàn)術(shù)后并發(fā)癥，順利出院。

Fig.2 a 完全性肺靜脈異位引流（心上型）；b 完全性肺靜脈異位引流（心內(nèi)型）；c 完全性肺靜脈異位引流（心下型）；d 部分性肺靜脈異位引流。Ao，主動脈；ASD，房間隔缺損；CoA，主動脈縮窄；CS，冠狀靜脈竇；IVC，下腔靜脈；LINV，左無名靜脈；PV，肺靜脈；RA，右心房；RPV，右肺靜脈；SVC，上腔靜脈；VV，垂直靜脈。

Fig.3 主動脈弓離斷（A型）合并完全性大動脈轉(zhuǎn)位，a,b分別為前后面觀。升主動脈發(fā)自右心室，在左鎖骨下動脈后中斷，肺動脈發(fā)自左心室，向下延伸為降主動脈。AAo 升主動脈，DAo，降主動脈；LPA，左肺動脈；LV，左心室；PA，肺動脈；RPA，右肺動脈；RV，右心室。

Fig.4 法洛四聯(lián)癥，房間隔缺損心臟模型。a 心內(nèi)結(jié)構(gòu)，前面觀，b 上面觀。圖中可見主動脈騎跨伴室間隔缺損，肺動脈狹窄，房間隔缺損。右心室流出道狹窄，肺動脈直徑小于升主動脈，肺動脈發(fā)育不良。ASD，房間隔缺損；LPA，左肺動脈；PA，肺動脈；RPA，右肺動脈；RV，右心室；VSD，室間隔缺損。

Fig.5 升主動脈及主動脈弓發(fā)育不良、動脈導(dǎo)管未閉、室間隔缺損、房間隔缺損、肺動脈高壓。a，正面觀，b 右面觀。Ao，主動脈；PA，肺動脈；PDA，動脈導(dǎo)管未閉。

以往研究證實3D心臟模型在心臟外科手術(shù)或介入計劃中的應(yīng)用得到了積極的肯定。3D心臟模型在一定程度上可能并不能降低圍手術(shù)期并發(fā)癥的發(fā)生率，但它可以提供一些常規(guī)二維圖像可能忽略的信息，減少意外事件的發(fā)生，使術(shù)前規(guī)劃更接近手術(shù)過程。

該研究發(fā)現(xiàn)，3D打印心臟模型可幫助實施復(fù)雜性先天性心臟病患兒術(shù)前規(guī)劃，輔助個性化診療，有效提高兒童復(fù)雜性先天性心臟病診療水平。


文章來源：Xu J J, Luo Y J, Wang J H, et al. Patient-specific three-dimensional printed heart models benefit preoperative planning for complex congenital heart disease[J]. World Journal of Pediatrics, 2019: 1-9.

責(zé)任編輯：楊莉麗 曾建林