張洋洋，王忠民，2

1 河南大學人民醫(yī)院河南省人民醫(yī)院心內(nèi)科，鄭州 450000；2 阜外華中心血管病醫(yī)院冠心病三病區(qū)河南省人民醫(yī)院心臟中心

3D 打印技術，又被稱作快速原型技術，快速成型技術，增材制造技術［1］。經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，3D 打印技術取得了巨大進步。3D 模型制作的過程大致可以分成圖像的獲取、圖像的分離、打印等步驟。結合CT 和MRI 對整個心臟宏觀成像的能力、超聲對快速移動的結構（例如心臟瓣膜）成像能力，將源圖像分為3D 空間中已知坐標的多個簡單幾何元素，然后進行組合從而生成3D 打印模型［2］。3D 打印技術已應用于各行各業(yè)［3-4］。在醫(yī)療領域，如口腔頜面外科、神經(jīng)外科及骨科的人造物植入中的應用廣泛［5-7］。國外學者對3D 打印技術在心血管領域應用中進行的研究較多，國內(nèi)尚處于起步階段。結構性心臟病（SHD）最早由美國Martin Leon 教授在2001年首次提出［8］。2009年趙世華等［9］首次在我國公開發(fā)表的文獻中闡述了SHD 的概念，即先天性或獲得性心臟結構異常的統(tǒng)稱，主要包括先天性心臟病、心肌病和心臟瓣膜病。了解其解剖結構的改變是治愈SHD 的關鍵。隨著計算機、影像技術的不斷進步及新生材料的開發(fā)，3D 打印技術已顯示出其在SHD 領域的巨大潛力，且近年取得不少研究成果。鑒于之前鮮有相關論述，我們就近年來3D 打印技術在心臟瓣膜病及先天性心臟病手術指導中的應用進展進行以下綜述。

1 3D 打印技術在心臟瓣膜病手術指導及術后并發(fā)癥預防中的應用

3D 打印技術可以利用相關影像學資料進行心臟瓣膜解剖結構1∶1 重建，從而使醫(yī)生充分了解心臟瓣膜病結構的改變，制定切實可行的治療方案。由于人口老齡化，主動脈瓣狹窄已成為西方國家最常見的心臟瓣膜疾病的手術或經(jīng)導管干預的疾病。我國已進入老齡化社會，未來針對主動脈瓣狹窄治療的需求量也將增大。主動脈瓣狹窄多由風濕性和退行性變引起，過去的經(jīng)典術式是在體外循環(huán)下進行主動脈瓣置換［10-11］。體質衰弱、高齡患者無法耐受體外循環(huán)和外科手術。經(jīng)導管主動脈瓣置換（TAVI）開啟了微創(chuàng)治療主動脈瓣狹窄的時代，已被證明是一種安全有效的治療方法。最近，TAVI被證明在手術風險較低的患者中不劣于手術，為有嚴重癥狀的主動脈瓣狹窄患者提供了新的治療方案［12］。TAVI 術前主動脈CT 三維圖像是計劃進行TAVI 的重要組成部分，盡管經(jīng)食道超聲和心臟磁共振可以用作TAVI 術前的成像，但多層CT 不僅可以精確進行環(huán)形測量，而且可以確保在真正的雙斜短軸上測量主動脈瓣環(huán)直徑，已成為所有術前主動脈瓣和主動脈測量的首選成像方式［13］。對于TAVI手術，需要測量主動脈瓣面積、最小和最大直徑的測量以及左右冠脈口相對于環(huán)形平面的高度、竇管交界處的尺寸、Valsalva 竇和左心室流出道的大小。當這些測量值與患者的病情結合，介入醫(yī)師可以就此決定該患者是否可以行TAVI 以及置入瓣膜的大小和類型［14］。最近研究表明，與心臟CT測量和術中瓣膜尺寸相比，3D 打印的主動脈根模型可以準確地描繪主動脈環(huán)的大小［15］；術者可以根據(jù)3D打印模型測試瓣膜大小是否合適，從而減少并發(fā)癥的發(fā)生以及縮短手術時間。

3D打印的模型不僅可以指導TAVI手術，同時可以預防TAVI手術并發(fā)癥。TAVI手術常見并發(fā)癥包括瓣周漏、冠狀動脈阻塞以及永久起搏器植入等。瓣周漏是人工瓣膜植入術的并發(fā)癥之一，發(fā)生率為5%～17%［16］。通過3D 打印模型進行術前模擬及規(guī)劃，可避免瓣周漏的發(fā)生［17］。影響瓣周漏的因素主要包括瓣膜的鈣化程度、瓣口的形狀、瓣膜放置的深度以及瓣膜的大小。RIPLEY 等［15］實施了使用3D打印的主動脈根部模型，將TAVI 瓣膜放入其中，若位于主動脈瓣另一側的數(shù)碼相機接收到光線則證實瓣膜置換術后瓣周漏的發(fā)生，但其研究存在假陽性和無法定性的問題。為了更好定性和模擬瓣膜在體內(nèi)真實情況，THORBURN 等［17］在3D 打印TAVI 置換模型一側施加壓力和注水，若在瓣膜另一側獲得任何殘余水代表瓣周漏的發(fā)生，他們將術前在3D 打印TVAI置換模型測量的滲漏量與術后超聲測量值進行比較，證實3D打印模型確實能預測并發(fā)癥的發(fā)生。

在3D 打印最早用于指導TAVI 評估中，SCHMAUSS 等［18］用3D 打印了1 例疑似因缺血事件導致死亡的患者主動脈瓣復合體，通過重建手術過程，他們提出假設：對于順應性差伴極度鈣化的Valsalva 竇患者，在TAVI 手術中需要將瓣膜放置在更深的位置以防止出現(xiàn)冠脈阻塞。為了避免植入瓣膜影響冠脈血流，SO 等［19］通過3D 打印模型模擬了易發(fā)生冠脈阻塞高危解剖的患者TAVI手術過程，通過將瓣膜放入打印模型中，再次進行CT平掃成像來評估移位的瓣膜與冠脈的位置關系，最終成功避免了冠脈閉塞。雖然僅僅是個案報道，但仍然給未來TAVI介入中遇到的并發(fā)癥問題提出了寶貴經(jīng)驗。

隨著介入技術的不斷發(fā)展以及病例的不斷增加，類似于TAVI 的技術將成為治療SHD 的熱點。術者通過3D打印模型獲取的病變模型，進行手術模擬以及選擇合適器械，從而減少手術時間以及術后并發(fā)癥，提高了手術質量的同時可改善患者預后，提高患者生活質量。

2 3D打印技術在先天性心臟病治療中的應用

先天性心臟病是常見的出生缺陷疾病，其治療在很大程度上依賴于解剖學，這使得詳細的心臟成像成為準確檢測和CHD 術前規(guī)劃的必要條件。3D打印技術在需要精確可視化解剖結構的醫(yī)學領域具有獨特價值，近年3D打印技術主要應用在房間隔缺損（ASD）介入治療的指導、法洛四聯(lián)癥（TOF）及復雜性先天性心臟病手術的指導中。

2.1 3D 打印技術在ASD 治療中的應用 ASD 是常見的先天性心臟缺陷。臨床實踐發(fā)現(xiàn)，對于缺損較大、殘余邊緣不良合并房間隔膨出瘤以及多發(fā)孔型ASD 介入治療仍是難題，主要與常規(guī)影像無法充分辨識解剖結構，造成術中需更換封堵器、封堵器移位、脫落等有關。針對以上問題，國內(nèi)專家進行了多個相關研究。邱旭等［20］利用3D 打印模型在超聲引導下對多發(fā)孔性ASD 患者進行介入封堵，不僅可以確定封堵位置，而且減少了射線的使用。楊帆等［21］對ASD 介入封堵研究與潘祥斌團隊不同的是：他們對模型反復觀察研究，解決了諸如上腔型合并部分肺動脈異位等多種特殊類型ASD 的介入封堵。3D打印同時也存在諸如由于成像問題導致模型誤差較大、使用材料偏硬導致ASD 周圍組織結構在放置封堵器后不會發(fā)生應力性改變從而影響術者對模擬結果的判定等問題。

2.2 3D 打印技術在TOF 治療中的應用 TOF 是一種在臨床上較為常見的復雜性、發(fā)紺性心臟畸形病變［22-23］，基本病理是由于肺動脈狹窄、室間隔缺損、右心室肥厚以及主動脈騎跨造成，主要源于右心室圓錐部或者是漏斗部的發(fā)育不良［24-26］，此類患者病死率極高，最高至90%［27］。3D 打印技術可以有效克服二維超聲的平面限制，立體地觀察病變結構，更好地制定手術方式及入路，反復對手術進行模擬，有效提高手術成功率。AVERKIN 通過3D 打印模型充分了解TOF 合并肺動脈瓣缺如患兒的心臟解剖結構，成功為1 例患兒實施了手術，術后顯示患兒各項心臟機能均恢復正常［28］。

2.3 3D 打印技術在復雜性先天性心臟病治療中的應用 單純病變先天性心臟病的手術決策通常相對簡單。當涉及到更復雜的病變，例如右室雙出口伴有混雜的病變，由于這些先天性心臟病解剖結構存在許多變異，僅憑2D診斷成像容易忽視重要解剖結構。HAN 等［29］對通過尋找3D 打印技術在復雜性先天性心臟病患者的手術計劃中有用的證據(jù)，發(fā)現(xiàn)3D模型受益組的手術時間有縮短的趨勢。另外，外科治療是左心室流出道梗阻（LVOTO）和藥物難以控制患者的有效方法和金標準［30］。然而，由于心臟結構的異質性和復雜性，難以正確選擇和制定手術計劃，給臨床治療帶來巨大困難。 HAMATANI等［31］通過3D 打印技術構建了LVOTO 模型，通過比較3D 打印模型和手術中的發(fā)現(xiàn)，證實3D打印模型可以重現(xiàn)復雜的心臟解剖結構，使術者在術前了解復雜3D心臟結構和空間位置關系。

3 3D打印技術臨床應用的局限性

雖然3D打印技術的研究一直是熱門，但在醫(yī)學領域中仍然存在一些無法克服的問題，因此我們應該認真評估3D 打印技術，并正視其局限性，找到克服這些問題的方法。在3D 打印模型進入臨床實踐之前，國家醫(yī)療監(jiān)管機構應加快制定質量標準，嚴格控制相關產(chǎn)品的質量安全問題。另外，3D 打印模型在模擬手術過程、可視化復雜病變時，有時需要構建具有特定切面的模型，甚至多次構建同一模型的不同切面，這種情況下脫離了其作為整體模型的原始目的，另外增加了制備時間和成本［32］。

綜上所述，3D打印技術在SHD的臨床應用中發(fā)揮出其獨特優(yōu)勢，可用于指導TAVI 術、復雜性先天性心臟病手術等，可預防諸如瓣周漏、置入瓣膜影響冠脈血流、封堵器過大而脫落等并發(fā)癥的發(fā)生；通過構建器官相關模型，醫(yī)生可以了解器官相關解剖結構、模擬手術過程、制定手術策略，解決了一些醫(yī)學難題的同時提高疾病治愈率，大大縮短手術時間和減輕患者痛苦，為個體化醫(yī)療鋪平道路。盡管3D打印技術在SHD 的治療中得到了廣泛認可，但亦存在諸多亟需解決的問題。第一，3D 打印的心臟結構的準確性必須在廣泛的源成像模式、打印方法和心血管建模中進行驗證。第二，為了模擬更符合生理狀態(tài)下的心臟元素（例如血管壁、室壁、瓣膜），研究人員應加快生物醫(yī)學材料的研究，早日實現(xiàn)植入式3D打印心臟的目標。第三，構建3D打印模型所需數(shù)據(jù)的后期處理需要大量時間，花在后處理上的時間會影響使用該模型的成本效益，并降低其在緊急情況下的有效性。