三维重建与3D打印技术在法洛四联症诊疗中的应用

摘要

三维重建与3D打印技术早期主要用于新产品的开发及某些简单材料的批量生产等，而其应用于医学领域源于上世纪90年代，有研究人员利用CT制作出能显示完整头盖骨内部解剖结构的模型，代表了医学3D打印时代的开始。而后随着经济的发展与科学技术的不断创新，三维重建与3D打印在医疗器械、体外医学器官模型及人体组织器官的替代等方面有了进一步的应用，3D模型的临床应用更因为临床医师提供了莫大的帮助而深受医务工作者的喜爱。 目的： 依据患儿术前CT数据打印出法洛四联症（tetralogy of fallot，TOF）患儿等比例病理模型，探讨三维重建与3D打印技术在小儿法洛四联症诊疗中的应用价值。为临床法洛四联症疾病的诊疗提供新的视角。 方法： 选取2016年1月至2017年7月郑州市第七人民医院收治的经心脏超声检查确诊的法洛四联症患儿20例，男12例，女8例，年龄1岁2个月~3岁6月，平均年龄为2岁4个月，体重在7~12kg之间，平均体重约为9.5±2.6kg。术前患儿均有气促、紫绀史及杵状指等症状。20例患儿中合并房间隔缺损者5例。 20例法洛四联症患儿入院后均行常规检查，心脏彩色超声检查室间隔缺损位置及大小、主动脉骑跨程度、有无合并畸形、有无侧支循环、冠状动脉畸形等情况，对完善以上检查者行增强256CT心脏影像学检查。设备由郑州市第七人民医院提供，型号为荷兰Philips Brilliance iCT，层厚0.45mm，获得256CT连续断层平扫医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine,DICOM)图像数据，之后将得到的DICOM图像数据导入Mimics19.0软件（比利时Materialise公司医用），对图像进行优化处理，以减少因256CT、呼吸运动及心脏跳动等因素产生的阴影、斑点。而后依据256CT成像原理确定心脏造影剂、心肌、脂肪的阈值范围，并标示。通过医用Mimics软件的再利用区域生长和动态区域生长算法对目标区域进行分割，经Mimics软件编辑蒙面，用编辑指令进行分割，在保留正常结构同异常部位的同时分离内部造影剂，最终得到与20例患儿心脏及病变一致的数据模型，最后在三维重建数据模型基础上利用美国3DP Unlimited X1000工业打印机打印出1∶1的3D实体模型。 20例患儿均在全身麻醉、低温及体外循环等过程下暴露心脏，观察心脏外部结构并同三维实体模型对比；在显露心脏内部结构后，测量室间隔缺损大小，记录数据，完成手术。收集20例患儿术前关于主动脉骑跨程度、有无冠脉畸形、侧枝循环情况及室间隔缺损大小的超声报告，并与三维实体模型和术中真实情况对比。 结果： 20例患儿均获得了理想的三维实体模型，重建模型与术中所见心脏病变和大小一致，其中3例与术前彩超诊断不符，为右室双出口；1例合并冠状动脉畸形、2例显示侧支循环术前彩超均未提示；3D打印组室间隔缺损直径[（10.98±1.56）mm]，术前彩超组室间隔缺损直径为[（9.28±1.66）mm]，术中组室间隔缺损直径为[（11.24±1.45）mm]，3D打印组与心脏彩超组比较，P＜0.05，与术中观察组比较，P＞0.05；且形态上对其他血管畸形显示更准确。20例患儿均按术前通过三维实体模型采取的手术方式与手术预演顺利完成手术，术后复查未出现右室流出道狭窄改变、瓣膜关闭不全、补片残余分流等并发症。 结论： 1.三维重建与3D打印技术可以打印出病变器官的三维实体模型，包含心腔内部结构、房室壁厚度及各个血管的解剖位置与结构关系，可以提供直观的、精确的数据和结构信息，便于术前沟通及医学教学等； 2.三维重建与3D打印技术对法洛四联症等复杂心血管疾病诊疗明显优于心脏彩超，有助于规划手术方式，降低手术时间及误诊率、提高手术成功率。

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