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3D打印在心脏病诊疗中的应用

发布时间:2018-12-12 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印在心脏病诊疗中的应用作者:未知   【摘 要】近年来3D打印技能的发展相当迅速,相关学者认为3D打印是制造业领域发展新趋势,也将成为第三次工业革命的关键技能,有些国家将3D打印技能作为战略规划。无论是临床还是基础研讨,3D打印技能都已成为不可或缺的医学技能。在血汗管疾病领域,尤其是心脏病的临床诊断、治疗方面,这一技能具有相当重要的应用价值。本文对3D打印技能在心脏病诊疗中的应用进行研讨。
  【关键词】3D打印技能 心脏病 诊疗
  3D打印(three-dimensional printing ,3DP)也称为“快速成型技能”,伴随计算机与电子信息技能的普及和推广,计算机辅助设计和计算机辅助制造在各个领域广泛应用,3D打印技能也得到了空前的发展。3D打印技能在一起初不过应用在汽车、飞机以及计算机等产品的开发设计和制造中,然而随着该技能日益成熟,应用范围也越来越广,在医学领域同样起到相当重要的作用。
  1 3D的历史及发展现状
  3D打印观念起源于19世纪的美国,其原身是一种照相雕塑以及地貌成型的技能,在上个世纪80年代时已经具有雏形。至今,3D打印技能的工艺方法多达数十种,当前应用的较多的有:熔融沉积制造、光固化立体印刷、选择性激光烧结以及三维喷印等,打印的材料更为广泛,有树脂类、石蜡、陶瓷、金属甚至复合材料,甚至在生产过程中能够根据自身的需要作出材料优化选择。英国著名期刊《经济学人》在2012年的头版文章中曾指出,3D打印技能正在一步步的推动着世界第三次工业革命的实现,这一技能的发展将会给制造行业的不同领域带来难以估量的收益。
  2 3D制造人体器官模型
  在上世纪90年代,有科学家使用CT技能扫描的人体数据制造出了人体的颅骨模型,并且展现颅骨内部的详细构造。在此之后,随着CT、MRI技能、计算机技能以及三维图形软件的不时更新发展,3D打印技能在医学领域中的应用也逐步增多,到如今,通过该技能可以精确的打印出人体的器官模型。
  Subburai等研讨者们利用3D打印技能成功制造成人耳模型;Koch等人利用3D打印技能制作出人类的皮肤组织,甚至Zein等学者打印出半透明的人体肝脏模型,大小与人体内的肝脏大小相当接近,还可以对肝脏中的不同结构进行染色,清晰的显示出其内部构造。对于肝脏移植手术有着很好的教导意义,提高手术的成功率。此外,3D打印技能当前在神经科、骨外科、血管外科中以及呼吸系统疾病的治疗中也有广泛应用,尤其是在结构性心脏病的诊疗过程中具有很好的教导价值。随着医疗水平的发展和3D打印技能的成熟其作用还将进一步显现。
  3 3D打印在心脏病诊疗中的优势
  先天性心脏病(以下简称先心病)是在胎儿时期心脏血管发育出现异常而导致的血汗管畸形,是常见的小儿先天性畸形。虽然当前的医学手段能够通过介入治疗与心外科治疗,患者的治愈率也较高,然而统计数据显示复杂性先心病的发病率趋势正在不时上升,先心病的防治事务局势仍然相当严峻。以往,通过解剖尸体获取心脏进行临床研讨是明白先心病的重要方法,使用石蜡或者树脂等材料制作模型明白病症。然而由于需要在尸检标本长进行,费用高昂,且容易导致标本的损坏,具有很大的短板。
  更为重要的是固定剂的使用让心腔塌陷或者出现变形,难以鉴别出结构之间的空间关系。超声影像学的发展很好地改善了这一场合,通过三维重建的方式在计算机中展示血汗管的三维结构,教导外科手术以及介入治疗的进行,然而仍然不能提供完整解剖信息。尤其是在面对复杂性先心病时,医生很可能只得到片面的结论,影响到复杂先心病的诊疗方案选择。
  通过计算机软件的处理,根据MRI以及超声心动图所提供的二维码数据,使用3D打印技能可以打印出各种物理模型。使用Z Printer450可以生成彩色模型,对心脏结构使用不同的颜色区分,突显出异常结构,甚至可以制作出透明3D模型,与真实的人体组织相当接近。医生可以通过3D模型直观地分析心脏结构,提高其对复杂先心病结构的诊断和治疗水平,并能够在术前进行模拟操作以及器械的选择,提高诊断和治疗的精准度。
  4 3D打印技能在结构性心脏病诊疗中的应用实例
  4.1 复杂心脏病
  当前,在3D打印技能帮助下可以帮助正确诊疗的复杂先天性心脏病患者数量也越来越多。Riesenkampff等学者使用CT技能和MRI技能对11例患有复杂先心病的患者实施扫描,获取到他们的二维心脏扫描数据,然后使用计算机软件进行三维重建的事务,随后使用3D打印技能将患者的心脏模型打印出来,从而获得心脏内外结构空间关系相当精确的信息。每一位患者打印出来的模型都有所不同,医生能够根据各自的情况在手术前制定个性化的治疗方案。
  最终,Riesenkampff等决定对5例复杂先心病患者实施双心室修复术,对3例患者行姑息手术,另外3例患者因为不能实施手术最后放弃。在手术中将利用3D打印技能制作的模型与患者的实际心脏进行对比,发现两者之间的相似度相当高,表明了3D打印技能制作模型对于复杂先心病的结构解剖以及帮助选择优质的手术方式具有重要意义。
  4.2 室间隔缺损
  对于室间隔缺损的相关研讨也有,Kim等人对一例患有先心病的30岁患者进行研讨,经过食管超声心动图的检测发现,患者的室间隔中部存在一定的缺损现象。随后研讨者根据患者的仪器扫描数据将心脏模型打印出来,清晰的展示出室间隔缺损情况以及周边组织与解剖结构的空间位置关系。依据患者的心脏模型,医生在手术前使用规格为12mm的Amplatzer封堵器实施模拟封堵,在模拟的过程中发现该步骤对主动脉瓣、二尖瓣以及三尖瓣等均不会造成影响,同时在模型中使用不同型号的导管进行实验,最后确定使用JR-4导管经过患者右侧颈内静脉实施穿刺,建立动静脉轨道并且经过轨道送入鞘管,放置12mm的 Amplatzer肌部室缺封堵器,手术获得成功。   4.3 多发房间隔缺损伴房间隔膨凸瘤
  Kim等人使用TEE发现一例50岁的女性患者存在多发房间隔缺损、房间隔膨凸瘤变成且伴随着大量的左向右分流,通过导管超声仪的检测进一步证实上述诊断,使用CTA检测发现房间隔中部膨凸瘤的面积约27mm×24mm。进一步使用3D打印技能将患者的心脏模型打印出来,可以相当清晰的检查患者右心房的的房间隔膨凸瘤的情况,卵圆孔没有闭合以及多发房间隔缺损的形态、数量、大小及其空间结构的文位置关系。在手术之前,医生进行封堵模拟实验,发现可以将周边的多发房间隔缺损覆盖,同时与三尖瓣之间存在一定的距离,使用JR-4导管容易穿过中央部房间隔缺损局部,最后按照预定下来的方案成功在患者心脏置入1枚35mm的Amplatzer Cribriform封堵器。
  4.4 肺动脉闭锁
  肺动脉闭锁是较为常见的复杂先天性脏病之一,多伴有室间隔缺损状况。通过实施矫正手术建立右心室与肺动脉之间的通道可以有效的治疗。常常术前需要掌握患者主要体肺动脉侧支循环血管的状况以及其和主动脉、原始肺动脉之间的空间结构位置关系,3D打印技能对于解决这一问题具有相当大的优势。为了验证3D打印技能在处理肺动脉闭锁中的有效性,Ngan等人使用3D打印技能制作患者的心脏模型,辅助实施肺动脉闭锁手术后的主要体肺动脉侧支循环血管情况以及血汗管造影和手术结果进行对比分析,最后发现其正确率高达96%和93%,表明3D打印技能制作的心脏模型显示出的主要体肺动脉侧支循环血管情况的精确度相当高,对于患者实施肺动脉不锁手术具有很重要的教导意义和实用价值。
  5 结语
  总而言之,3D打印技能的应用相当广泛,当前在心脏病诊疗中的应用也越来越多,对于教导医生对复杂先天性心脏病患者手术方式的选择具有重要意义。就目前来说,报道的使用3D技能对先天性心脏病实施治疗的病例仅仅不过少数,相对缺乏大规模的临床统计与研讨。除此之外,使用3D打印技能所得到的血汗管模型的正确性和有效性主要受到CTA以及MRI等仪器采集到的图形数据的精确性和有效性的影响。所以,在实际的操作过程中,医生应当尽量将扫描范围覆盖到患者心脏的全部病灶,对于可能造成图像伪影的各种因素应当特别引起注意。最终,3D打印技能很有可能成为传统医学诊断中的影像学和实际解剖之间的桥梁,对于患有先天性心脏病的患者,外科医生能够使用3D打印的物理模型进行术前分析以及模型实验操作,选择最优的手术方式和器械,对手术成功率进行评估,最后提高心脏病的总体治疗水平。
  参考文献:
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