3D打印技术在心血管疾病中的应用和进展 - 心血管外科杂志(电子版)杂志社投稿

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3D打印技术在心血管疾病中的应用和进展

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心血管疾病包括心脏血管与脑血管的全部疾病类型，指高血压、高血脂、动脉粥样硬化等疾病导致的心脏、大脑、全身组织的出血性或缺血性疾病的总称，在全球死亡病因中位列首位[1]。根据全球疾病负担（Gl obal Bur den of Disease）最新数据显示，2016年全球心血管疾病死亡达1 764.7万人，超过了肿瘤与慢性呼吸系统疾病死亡人数之和[2]，对人类的健康构成严重威胁。因此，对心血管疾病的早期发现和治疗至关重要，研究新的诊断和治疗方法被临床迫切需要。

1 3D打印技术的概述

3D打印技术（thr ee-dimensional print ing）最早起源于19世纪末，又被称为快速打印（r apid pr int ing）技术或叠加制造（addict ive manuf actur ing，AM）技术，该技术利用电脑3D成像软件，对所获取的二维断层扫描数据进行整理以获得三维重建图像，再生成标准曲面细分语言（Standar d Tessel l ation Language，STL）文件，打印出3D模型，获得立体形态后再进行分层打印、叠加成型（见图1）[3]。3D打印模型的制作过程一般包括模型获取、3D打印及打印后处理3个

阶段。现阶段常用于医学领域的打印方式主要有直接3D打印（direct 3D printing）、选择性激光烧结（selective lasersintering，SLS）、熔融沉积成型（fused deposition modeling，FDM）、光固化快速成型（stereo lithography）、生物材料打印（biomaterial printing）和喷墨成型（inkjet printing）[4]。3D打印以其精密、便捷、个性化的优势现已在骨科、口腔颌面外科、血管外科等多个医疗领域获得广泛应用[5]。

2 3D打印技术在心血管疾病中的应用

2.1 打印心血管模型现阶段，对心血管疾病的诊断和术前规划主要依赖CTA、MRI等影像学技术，但影像学诊断较依赖于医生的个人医疗素质，且其结果为二维图像，不利于医患沟通。基于影像检查技术的3D打印模型可使检查结果更加直观，且能更加具体地显示出心血管系统的正常解剖结构及细微病变，使临床医生能够从不同的角度观察病变，准确地进行诊断和治疗[6]。个性化3D打印模型可协助临床医生选择最佳的手术策略，预测手术中各种可能出现的问题。同时，利用3D打印模型可以改善介入和手术方案，有助于减少辐射暴露，提高手术效率、保障患者安全[7]。主动脉区血管分支较多，解剖结构复杂，普通影像学检查不利于探索主动脉疾病与这些复杂结构的真实关系，3D打印可精确显示主动脉夹层、动脉瘤同主动脉之间的关系，能够直接可视化和评估主动脉疾病的解剖学特征。2017年，Daniel Ho等[8]利用3D打印技术为2例主动脉弓动脉瘤患者制备3D打印模型，成功复制主动脉结构及病变的解剖细节，包括真腔与假腔的大小和形状。Anwar等指出[9]，3D打印心脏模型主要有两种形式：血池模型和空心模型。血池模型指心腔和血管内血池的三维实体显示，是通过分割血池信号而创建，该模型通常来自增强对比CT或MRI。这种模型提供了大血管，心外血管以及周围结构如气管和食管很好的可视化，但缺点是对心内解剖结构认识有限；空心模型指通过在血池信号周围利用网格来表示心肌和血管壁，然后数字化去除血池信号来显示心内腔以得到一个空腔模型，该模型可详细显示心内解剖结构（见图2）。

图1 3D打印的制作过程注：A为计算机断层成像；B为三维重建；C为STL文件；D为3D打印出的模型

图2 3D打印心脏模型的两种形式注：A血池模型；B空腔模型

在心血管外科手术及介入手术前，利用3D打印技术制作的模型可将影像学结果转换成为模拟的真实血管条件，从而更有利于医生进行术前评估并制定手术方案。先天性心脏病患者畸形心脏的各个组成部分之间结构复杂，使得外科手术规划难度较大[10]，目前最新的技术之一就是利用3D打印技术进行术前规划[11]。2018年Moor e等[12]利用3D打印技术为患有左锁骨下动脉远端主动脉弓中断（interrupted aortic arch，IAA）合并动脉导管未闭（patent ductus arteriosus，PDA）的7日大新生儿建立血管3D模型，明确了术者可以将升主动脉与间隙吻合，将降主动脉缝至近弓端并延伸至左锁骨下弓，顺利完成了手术并证明3D打印术前规划的可行性。

心脏移植是婴幼儿单心室修复失败的最终治疗方法，但畸形的心脏和血管的实际解剖有时是不可预测的，为了提高手术成功率，Sodian等[13]基于128层CT成像和磁共振血管造影成像，利用3D打印技术制造出立体解剖模型以评估术前和术中2例单心室修复失败的患者，获得较直观的解剖学信息并成功完成手术。3D打印模型的使用有助于心血管外科在心脏移植时选择手术方案，将多种数据源进行融合成像并获得的3D打印模型，可能在未来推动个性化心脏的发展[14]。

文章来源：《心血管外科杂志(电子版)》网址: http://www.xxgwkzz.cn/qikandaodu/2020/1030/479.html