个性化3D打印心脏模型在儿童复杂性先天性心脏病术前规划中的应用价值

3D打印快讯
2019
12/02
10:48
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来源:浙大学术期刊

作者:徐佳俊,舒强等

影像学技术为儿童先天性心脏病诊断提供了可靠的依据,但是多数图像局限于二维图像形式,并且显示于二维屏幕。

近年来,3D打印技术在先天性心脏病诊治中的应用受到广泛关注,3D打印技术以三维实体模型呈现心脏解剖结构,将影像学图像转化为实体物质图像。

浙江大学医学院附属儿童医院舒强教授团队在World Journal of Pediatrics(WJP,世界儿科杂志)上发表题为“Patient-specific three-dimensional printed heart models benefit preoperative planning for complex congenital heart disease” 的研究论文,通过3D打印技术在儿童复杂性先天性心脏病术前规划中的应用,探讨其临床应用价值。

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先天性心脏病(CHD)是目前最常见的新生儿出生缺陷,患病率高达10 / 1000。儿童尤其是新生儿心脏大小明显小于成人,解剖结构更不易观察和探查,因此复杂性CHD术前规划至关重要并且具有一定的挑战性。

该研究团队在2017年5月至2018年1月期间,招募了15例复杂性CHD患儿应用个性化3D打印心脏模型进行术前规划。研究者获取患儿术前CT图像数据,以DICOM格式导出,将DICOM数据导入Mimics 19.0和3-Matic 11.0软件进行三维建模和图像后处理,以STL格式保存数据,导入3D打印机打印出个性化心脏实体模型(Fig.1)。打印方法为光固化立体成型,打印材料为光敏树脂。医生团队根据患儿个性化心脏模型,病史以及影像学资料等进行综合评估,制定个性化诊疗方案,对具有外科手术指征的患儿进行手术治疗。

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Fig.1 个体化心脏模型的3D打印过程


研究应用3D打印技术成功建立15例复杂性CHD患儿的个性化心脏模型,并对根据病史、影像学资料、3D心脏模型等综合评估与单独应用CT评估进行比较。1. 单独应用CT评估:13例患儿术前规划与实际选择方案一致,其余2例不一致;2. 结合3D心脏模型综合评估:15例患儿术前规划与实际方案均一致。

其中12例CHD患儿具备手术指征并最终实施手术治疗,1例具有手术指征的诊断为升主动脉和主动脉弓发育不良、左心发育不良、动脉导管未闭、室间隔缺损、房间隔缺损和肺动脉高压的患儿因家长放弃治疗未进行手术治疗,其余2例因轻度病变,无明显临床症状暂无手术指征。

所有行手术治疗的患儿手术方案与术前规划保持一致,术中探查证实患儿心脏解剖与3D打印模型一致(Fig. 2-5)。其中1例诊断为主动脉弓离断(A型)伴完全性大动脉转位的患儿术后第5天死于低心排血量综合征,其余11例手术患儿均未出现术后并发症,顺利出院。
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Fig.2 a 完全性肺静脉异位引流(心上型);b 完全性肺静脉异位引流(心内型);c 完全性肺静脉异位引流(心下型);d 部分性肺静脉异位引流。Ao,主动脉;ASD,房间隔缺损;CoA,主动脉缩窄;CS,冠状静脉窦;IVC,下腔静脉;LINV,左无名静脉;PV,肺静脉;RA,右心房;RPV,右肺静脉;SVC,上腔静脉;VV,垂直静脉。

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Fig.3 主动脉弓离断(A型)合并完全性大动脉转位,a,b分别为前后面观。升主动脉发自右心室,在左锁骨下动脉后中断,肺动脉发自左心室,向下延伸为降主动脉。AAo 升主动脉,DAo,降主动脉;LPA,左肺动脉;LV,左心室;PA,肺动脉;RPA,右肺动脉;RV,右心室。

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Fig.4 法洛四联症,房间隔缺损心脏模型。a 心内结构,前面观,b 上面观。图中可见主动脉骑跨伴室间隔缺损,肺动脉狭窄,房间隔缺损。右心室流出道狭窄,肺动脉直径小于升主动脉,肺动脉发育不良。ASD,房间隔缺损;LPA,左肺动脉;PA,肺动脉;RPA,右肺动脉;RV,右心室;VSD,室间隔缺损。

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Fig.5 升主动脉及主动脉弓发育不良、动脉导管未闭、室间隔缺损、房间隔缺损、肺动脉高压。a,正面观,b 右面观。Ao,主动脉;PA,肺动脉;PDA,动脉导管未闭。

以往研究证实3D心脏模型在心脏外科手术或介入计划中的应用得到了积极的肯定。3D心脏模型在一定程度上可能并不能降低围手术期并发症的发生率,但它可以提供一些常规二维图像可能忽略的信息,减少意外事件的发生,使术前规划更接近手术过程。

该研究发现,3D打印心脏模型可帮助实施复杂性先天性心脏病患儿术前规划,辅助个性化诊疗,有效提高儿童复杂性先天性心脏病诊疗水平。


文章来源: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.

责任编辑:杨莉丽 曾建林



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