3D打印在先天性心臟病治療中的應用現狀及展望

韓宇、高傳玉、鄭宏、彭幫田、程兆云綜述，范太兵審校

3D打印在先天性心臟病治療中的應用現狀及展望

韓宇、高傳玉、鄭宏、彭幫田、程兆云綜述，范太兵審校

國外，3D打印技術在先天性心臟病（先心病）的診治方面已取得了良好效果。我國先心病的診斷主要依賴于超聲心動圖、計算機斷層攝影術及心血管造影等檢查，缺乏直觀和立體實物效果。3D打印技術在先心病尤其復雜先心病的診治方面有獨特優勢，3D打印模型既可以明確診斷又可以供術前模擬操作，但國內尚處于嘗試階段，其應用前景廣闊。

3D打印；先天性心臟病；心臟模型

3D（3-dimensiona）打印是借助于精密機械、材料科學及信息技術等多學科發展而來的尖端技術，又稱作“增材制造”技術或“快速成型”技術，利用電腦創建的三維設計圖將材料進行分層“打印”疊加，最后整體成形。目前，3D打印在醫療領域主要應用于：置入性假體制作、組織工程支架、手術策劃、組織器官培養、給藥系統以及輔助用具制作方面[1]。關于3D打印技術在先天性心臟病（先心病）中的應用，雖然國外早有研究，但國內尚處于嘗試階段；國內雖有綜述報道[2]，但主要是國外的應用現狀，缺少國內資料。本文就3D打印技術在先心病中的國內外應用現狀作一綜述。

1 3D打印在簡單先天性心臟病中的應用

簡單先心病主要包括：房間隔缺損、室間隔缺損和動脈導管未閉。這些簡單先心病通過常規外科手術可完全治愈，但存在開胸、體外循環、全身麻醉以及可能的輸血因素，患者及家屬不易接受。近年來，我國先心病介入治療得到了快速發展，絕大多數動脈導管未閉均可行介入治療，在有條件的醫院，介入治療基本取代外科手術。繼發孔型房間隔缺損只要邊緣條件好且直徑≤36 mm，其介入治療的成功率可達97%以上[3]。對于簡單先心病，經皮介入封堵術越來越成為患者的優先選擇。

在為簡單先心病患者行經皮介入封堵術時，術者主要依據術前超聲心動圖和術中造影估測缺損大小，從而選擇封堵器；但對于多發、形狀不規則和邊緣欠佳的房間隔缺損以及膜部瘤形成且存在多個破口的室間隔缺損，選擇合適的封堵器常存在困難，即使結合術前超聲心動圖、計算機斷層攝影術（CT）、磁共振成像（MRI）和術中造影結果，術中更換封堵器的情況時有發生，這不但是醫療資源的浪費，也為患者和術者帶來了不必要的麻煩。3D打印技術是傳統醫學影像學與解剖學之間的橋梁，可通過計算機軟件，根據CT或MRI的二維圖像數據，打印出真實的心臟模型，精確重現缺損部位、形態及其與瓣膜和周邊組織的關系，允許醫生直接在1：1打印出來的實物模型上，制定手術方案且可以進行術前封堵模擬，這對節約醫療資源、降低手術風險、提高手術效率等都具有重要意義。國內阜外心血管病醫院鄭宏教授做了嘗試性工作，已有3D打印技術輔助下經導管封堵主動脈竇瘤破裂的報道[4]；鄭宏團隊在3D打印技術輔助下經皮房間隔缺損封堵方面也取得了喜人成績，一次封堵成功率得到明顯提高，尤其在多發孔型房間隔缺損和以往被視為禁忌證的下腔型房間隔缺損封堵（圖1、圖2）方面取得了突破性進展；術前通過在3D打印的實物模型上模擬試驗，應用動脈導管未閉封堵器實現下腔型房間隔缺損經皮封堵術，短期隨訪效果肯定，國內外尚未見報道，但這也僅是個案，還需更多病例和更長時間隨訪來加以驗證。

圖1 下腔型房間隔缺損3D打印模型上模擬封堵

圖2 房間隔缺損封堵成功后正位X線胸片

2 3D打印在復雜先天性心臟病中的應用

復雜先心病主要包括：法洛四聯癥、肺靜脈異位引流、單心室、右心室雙出口、肺動脈閉鎖、大動脈轉位等。各種復雜先心病的心腔、瓣膜、靜脈及動脈的連接與交通各不相同，如果再合并心臟轉位，即使結合超聲心動圖及心臟CT也難以構建真實的心臟形態，常存在漏診和誤診的情況[5]。

復雜先心病常見于新生兒及嬰幼兒，為進一步明確診斷，需多角度重復心腔及血管造影，對比劑用量大、X線照射時間長，對患兒的生長發育不利。即使完成心血管造影檢查，一些復雜先心病也只能靠術者去想象其立體結構，甚至不能明確診斷，往往須術中探查后再決定手術方式，開胸探查后無法手術的情況也時有發生。3D打印技術有效地解決了個性化治療這一難題[6]。3D打印技術可根據心臟CT結果快速構建個體化數字人體心血管系統模型，國內可在幾天內完成模型打印，因初步開展，模型質量欠佳，即使從美國打印，半月內即可完成。3D模型可清晰顯示復雜先心病的三維立體結構，如果不需要血液動力學評估，僅需了解心血管結構關系，甚至可替代心血管造影檢查，避免心血管造影中對比劑和X線的潛在傷害，術者可結合3D模型對該患者進行術前模擬和溝通，避免不必要的開胸探查，節省資源和時間，也大大減輕術者的工作負擔和提高患者滿意度，對于年輕醫生的快速成長和指導醫學教學等方面都大有益處。

國外，3D打印技術在救治復雜先心病中的臨床應用價值已有報道[7]，國內尚未見文獻報道。應用3D打印技術在復雜先心病診治方面，阜外心血管病醫院鄭宏教授也做了開創性嘗試工作，通過3D技術打印出一個近上腔靜脈的房間隔缺損合并部分性心上型肺靜脈異位引流及永存左上腔靜脈心臟模型，并在模型上置入自制腔靜脈支架完成肺靜脈異位引流功能上矯治，但因倫理問題沒能應用在患者體內，即使這樣，也足以讓我們看到3D打印技術在復雜先心病診治中應用的曙光。

3 展望

先心病是指胚胎發育時期因心臟和大血管形成障礙，對心血管結構及功能產生的實際或潛在影響的一組先天畸形，是我國的首位出生缺陷疾病[8]。我國每年新增先心病約15萬例。目前我國先心病的發病率約為4‰～8‰，其中約60%不到1歲死亡[9]。國外3D打印技術在醫療診治中顯示了很大的應用前景，包括齒科手術模[10]、先天無舌整形術[11]、顱骨重建整形術[12]、個性化人工耳的模具[13]、復雜脊柱修復術[14]及髖關節重建[15]等方面。在先心病如房間隔缺損、室間隔缺損及復雜先心病方面，3D打印技術也取得了良好的效果[16,17]。

我國先心病患病人數多，但3D打印技術在先心病中的應用尚處于起步階段。3D打印心臟模型直觀、形象，能夠實現與實物間1：l的復制，為術者全方位展示病變視角及其與周邊組織的關系，指導具體器材的選擇及手術的路徑設計。隨著打印材料的研發，未來有望打印出具有一定柔軟性且可切割的心臟模型，術者可直接在模型上進行手術演練，從而預測手術難度及手術效果。費用問題也是限制3D打印技術在先心病診療中普遍應用的原因之一，目前打印一個心臟模型約4 000元，相信隨著國產打印模型的普遍開展，費用會進一步降低。

另外，經導管主動脈瓣置入術和經皮肺動脈瓣置入術在我國尚處于臨床試驗階段，其成功的關鍵在于精準測量實物的各個數據及選擇合適的瓣膜支架。國外有置入的帶瓣肺動脈支架偏大壓迫冠狀動脈致死的病例發生，但也有3D打印技術輔助下經皮肺動脈帶瓣支架置入取得良好效果的報道[18]。更可喜的是，有作者認為，3D打印技術在醫學領域的應用可加速人造人體器官的進展，有望解決器官來源問題[19,20]。

綜上，3D打印技術在簡單先心病的介入治療以及復雜先心病乃至所有結構性心臟病的診療和器官移植等方面均具有很好的應用價值和廣闊的應用前景。

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2015-03-22）

（編輯：朱柳媛）

450000 河南省鄭州市，鄭州大學人民醫院 兒童心臟中心（韓宇、高傳玉、彭幫田、程兆云、范太兵）；阜外心血管病醫院（鄭宏）

韓宇 主治醫師 博士 主要從事結構性心臟病的診治工作 Email: hanyuicu2010@163.com 通訊作者：范太兵 Email:fantaibing@163.com

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A

1000-3614（2015）08-0810-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.08.023