3D打印心脏模型在右室双出口术前评估及手术方案制定中的应用价值

赵力运，范太兵，李 斌，周司杰，胡曼曼

郑州大学人民医院(河南省人民医院)心血管外科 郑州 450003

右室双出口(double outlet right ventricle， DORV)是一种复杂型先天性心脏病，其解剖结构变异性大，血流动力学复杂，外科学治疗方案仍有争议。对心脏、血管结构、血流动力学等的精确认识对DORV的诊疗有很大作用。超声心动图简便、无创、重复性强，对心腔、室壁、瓣膜疾病诊断的准确性高[1]；CT对冠状动脉起源、走形异常，心房与动静脉血管连接关系，主动脉弓降部异常等能做出准确的诊断，可提高复杂型先天性心脏病的诊断率[2-3]；MRI能很好地显示心脏容积[4]。综合影像学资料对DORV的诊治有指导意义，但对于伴有房室瓣骑跨及室间隔缺损(ventricular septal defect, VSD)远离型DORV，二维影像学资料及其三维虚拟成像不能提供重要的空间结构信息。3D打印技术以数字模型文件为基础，制作的人体模型能够提供精准的解剖信息，在医学领域，最早应用于颌面外科[5]、神经外科[6]等，近年来有报道3D打印技术在先天性心脏病诊断治疗中的应用[7]。本研究旨在探讨基于双源CT数据制作的DORV心脏模型用于术前评估、指导手术方案制定等的价值。

1 资料与方法

1.1资料纳入2016年3～12月收治的DORV患者12例，其中男3例、女9例。患者临床资料、解剖资料及手术方式等见表1。

表1 患者临床资料、解剖资料及手术方式等

1.2 3D模型的建模方法所有患者均采用CT血管造影(CT angiography， CTA)(Dual Source CT，Siemens)获取图像。小于5岁不能合作的患儿镇静状态下行双期扫描，年长患儿、能主动配合的患者在平静呼吸下行一期扫描。对比剂经四肢外周静脉使用自动注射装置缓慢注射，14～16 s后进行扫描，管电压80～120 kV，管电流根据患者体重、身高进行调整。影像学资料经三维重建，去除肺组织、骨骼等分割出心脏及周围血管结构，使用医学影像软件及相关工具进行后处理，最终以STL文件输入到3D打印机制作心脏模型。每个患者均签署知情同意书。

1.3 3D打印心脏模型评分方法比较3D打印心脏模型与影像学资料、术中探查解剖结构的符合性，比较内容包括主动脉与肺动脉的关系、主动脉瓣与肺动脉瓣的关系、VSD的大小及位置、补片的大小、补片至左室流出道的距离等。心脏病学医师通过比较3D打印心脏模型与超声、CT等影像学资料对模型评分，评分范围0～1分：1分表示模型与影像学资料符合性高且能够从模型中获取额外的信息，0.5分表示模型与影像学资料符合性高，0分表示模型与影像学资料不符。手术医师将3D打印心脏模型与术中探查结果比较后评分，评分范围0～2分：0分代表模型与术中探查结果差异大，1分代表模型与术中探查符合程度高、精确度高，2分代表模型与术中探查符合程度高且根据模型拟定的内隧道位置与实际手术一致。

2 结果

术中探查结果显示12例中9例大动脉位置关系异常，病例1、5、7、8、9、12大动脉并列走形，病例1、5、8、9、12主动脉位于右侧，病例7主动脉位于左侧；病例4大动脉为前后位走形，主动脉位于前方；病例3主动脉位于右前斜位；病例2主动脉位于左前斜位。病例6、11合并主动脉下VSD，病例 5合并双动脉下VSD，余合并膜周部或流入部VSD。病例4、6合并重度肺动脉狭窄及分支狭窄。病例12合并主动脉瓣下隔膜。

12例DORV患者均制作3D打印心脏模型，并经心脏病学医师及手术医师评分，进行手术方案指导。其中7例行双心室矫治术，另5例行姑息性手术：1例合并完全性房室间隔缺损伴共同房室瓣反流，1例肺动脉发育差，另外3例模型显示不能建立安全的内隧道进行单心室矫治。典型病例的心脏模型见图1。其中5例双心室矫治患者心脏模型的心脏病学医师评分及手术医师评分见表2、3。

A：心脏模型前面观，主动脉、肺动脉均起源自解剖右心室且并列走形，主动脉位于右侧，肺动脉位于左侧，右上腔静脉回流至右心房；B：冠状切面前面观，VSD远离两条大动脉；AO：主动脉；PA：肺动脉；RV：右心室；LV：左心室；RSVC：右上腔静脉；LSVC：左上腔静脉图1 典型病例的心脏模型

表2 5例双心室矫治患者心脏模型的心脏病学医师评分

表3 5例双心室矫治患者心脏模型的手术医师评分

3 讨论

传统二维影像学资料对于手术方式的制定有重要作用[8-9]，术者往往需根据传统影像学资料及经验评估患者心脏空间解剖信息。3D打印心脏模型可以显示复杂的潜在异常，可以提高、改善诊断水准、制定手术方案。3D打印心脏模型能够将影像学资料可视化，再现患者的解剖变化，有助于制定个体化手术方案。3D打印心脏模型也可用于瓣膜置换、导管介入等。此外，3D打印心脏模型能直观显示异常部位，为教学工作、医患沟通提供便利。

复杂型先天性心脏病患儿姑息手术远期处理困难，对于DORV多提倡双心室矫治，手术方式需根据解剖及生理学特点制定。随着影像学的发展，三维超声技术可评估左心室至主动脉通道的可行性[10]，然而外科医师与心脏病学医师对此仍有分歧。借助3D打印心脏模型可评估内隧道补片的大小及形状、内隧道的走形、是否扩大VSD建立内隧道、建立内隧道是否影响三尖瓣功能等。

3D打印心脏模型有助于DORV术前评估、手术方案的制定。外科医师与心脏病学医师对5名双心室矫治患者实际心内结构与模型结构符合度的评估结果显示模型与心脏实体解剖结构有较好的相似度，3D打印心脏模型能够消除不同专业医师对心脏解剖结构的主观描述，用于术前评估，有利于影像学医师、心脏病学医师、外科医师间的沟通。

但3D打印技术也有其局限性。为确保图像精确度，采用心电门控CT扫描会增加患者辐射量。目前有报道[11-12]使用超声心动图获取影像学资料制作3D打印心脏模型并用于手术方案的制定。此外，3D打印心脏模型对VSD大小、三尖瓣瓣叶、腱索显示较差。本研究采用聚乳酸、树脂等材料制作模型，成本低，但材料弹性差，与心脏组织有一定差别。各学科医师对3D打印心脏模型的评分带有一定的主观性，高评分并不能代表模型与术中探查心脏解剖完全一致。

总之，该研究表明，3D打印心脏模型能够清楚显示心脏内外结构信息，提高对心脏空间结构的认识，同时能促进多学科交流。对基于患者影像学资料的3D打印心脏模型进行学习、术前评估，有助于DORV患者手术方案的制定，对治疗DORV有重要指导价值。

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