【摘 要】近年来3D打印技术的发展非常迅速，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术，有些国家将3D打印技术作为战略规划。无论是临床还是基础研究，3D打印技术都已成为不可或缺的医学技术。在心血管疾病领域，尤其是心脏病的临床诊断、治疗方面，这一技术具有非常重要的应用价值。本文对3D打印技术在心脏病诊疗中的应用进行研究。
【关键词】3D打印技术 心脏病 诊疗
3D打印（three-dimensional printing ，3DP）也称为“快速成型技术”，伴随计算机与电子信息技术的普及和推广，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打印技术也得到了空前的发展。3D打印技术在一开始只是应用在汽车、飞机以及计算机等产品的开发设计和制造中，但是随着该技术日益成熟，应用范围也越来越广，在医学领域同样起到非常重要的作用。
1 3D的历史及发展现状
3D打印概念起源于19世纪的美国，其原身是一种照相雕塑以及地貌成型的技术，在上个世纪80年代时已经具有雏形。至今，3D打印技术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，甚至在生产过程中可以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打印技术正在一步步的推动着世界第三次工业革命的实现，这一技术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技术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技术、计算机技术以及三维图形软件的不断更新发展，3D打印技术在医学领域中的应用也逐渐增多，到现在，通过该技术能够精确的打印出人体的器官模型。
Subburai等研究者们利用3D打印技术成功制造成人耳模型；Koch等人利用3D打印技术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非常接近，还能够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指导意义，提高手术的成功率。此外，3D打印技术当前在神经科、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指导价值。随着医疗水平的发展和3D打印技术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心血管畸形，是常见的小儿先天性畸形。虽然当前的医学手段可以通过介入治疗与心外科治疗，患者的治愈率也较高，但是统计数据显示复杂性先心病的发病率趋势正在不断上升，先心病的防治工作形势仍然非常严峻。以往，通过解剖尸体获取心脏进行临床研究是了解先心病的重要方法，使用石蜡或者树脂等材料制作模型了解病症。但是由于需要在尸检标本上进行，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，难以辨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局面，通过三维重建的方式在计算机中展示心血管的三维结构，指导外科手术以及介入治疗的进行，但是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打印技术能够打印出各种物理模型。使用Z Printer450能够生成彩色模型，对心脏结构使用不同的颜色区分，凸显出异常结构，甚至能够制作出透明3D模型，与真实的人体组织非常接近。医生能够通过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，并可以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打印技术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打印技术帮助下能够帮助准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技术和MRI技术对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工作，随后使用3D打印技术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非常精确的信息。每一位患者打印出来的模型都有所不同，医生可以根据各自的情况在手术前制定个性化的治疗方案。
最后，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终放弃。在手术中将利用3D打印技术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非常高，证明了3D打印技术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究也有，Kim等人对一例患有先心病的30岁患者进行研究，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。随后研究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，最终确定使用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、房间隔膨凸瘤形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打印技术将患者的心脏模型打印出来，能够非常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，发现能够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部分，最终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能够有效的治疗。通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打印技术对于解决这一问题具有非常大的优势。为了验证3D打印技术在处理肺动脉闭锁中的有效性，Ngan等人使用3D打印技术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心血管造影和手术结果进行对比分析，最终发现其准确率高达96%和93%，证明3D打印技术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非常高，对于患者实施肺动脉不锁手术具有很重要的指导意义和实用价值。
5 结语
总而言之，3D打印技术的应用非常广泛，当前在心脏病诊疗中的应用也越来越多，对于指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技术对先天性心脏病实施治疗的病例仅仅只是少数，相对缺乏大规模的临床统计与研究。除此之外，使用3D打印技术所得到的心血管模型的准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。最后，3D打印技术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，外科医生可以使用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，最终提高心脏病的整体治疗水平。
参考文献：
[1]李一飞，方婕，胡心宇 等.Cochrane协作网在先天性心脏病诊疗决策中的应用[J].医学与哲学，2011，32（18）：42-44.
[2]唐红.超声心动图在先天性心脏病多学科交叉诊疗模式中的应用[J].实用医院临床杂志，2012，09（5）：3-4.
[3]唐红.超声心动图在先天性心脏病多学科交叉诊疗模式中的应用[C].//2012中国·北京超声医学学术大会论文集.2012：97-98.
[4]赵振燕，吴永健.2013欧洲心脏病学会（ESC）糖尿病、糖尿病前期及心血管疾病诊疗指南概述[J].中国循环杂志，2013，28（8）：572-575.
？？
？？
？？
？？
相关热词搜索： 诊疗 心脏病 打印
