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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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