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医学节日|世界心脏日,看看心血管医学3D打印技术的临床应用
时间:2022-09-30 08:42 来源: 供稿人:赛纳数字医疗 阅读量:2445

      心血管病是全球最常见的非传染性疾病,每年造成近1860万人死亡,占全球死亡人数的1/3。心血管病防治是全人类共同面临的社会问题。为向公众宣传心脏健康知识,世界心脏联盟于1999年设立世界心脏日,2022年9月29日是第23个世界心脏日,今年的主题是“万众一心”,意在倡导公众更主动、更用心地关注、传播和实践心脏健康理念。

心血管医学3D打印技术

 《中国心血管健康与疾病报告2021》显示,我国心血管病的发病率和致死率仍高居榜首,我国居民第一位死亡原因,具有高患病率、高致残率、高复发率和高死亡率等特点,心血管病人数达到3.3亿,每5例死亡中就有2例死于心血管病。报告指出,我国正面临人口老龄化和代谢危险因素持续流行的双重压力,心血管病负担仍将持续增加。

      国务院《关于实施健康中国行动的意见》将心脑血管疾病防治行动列为15项专项行动之一。《中国心血管健康与疾病报告2021》推算,我国心血管病现患人数高达3.3亿,其中脑卒中1300万,冠心病1,139万,高血压2.45亿,心血管病防控形势仍然严峻。

心血管医学3D打印技术

      今年的世界心脏日倡导心血管病全生命周期的健康管理,提高公众的心血管健康意识。我们每个人都是自身健康第一人,应重视心血管病一级预防,养成健康的生活方式,全面控制心血管病危险因素,从源头上预防心血管病发生;强化心血管病二级预防,科学规范诊疗心血管病,从进程上延缓心血管病发展。

3D打印在心血管病临床诊疗中的应用


      2017年10月11日,广东省人民医院、广东省心血管病研究所和珠海赛纳成立国内首个心血管医学3D打印医研企联合实验室。该实验室成立旨在推动心血管医学3D打印技术的临床应用、科学研究和国产化3D打印设备与材料的研发。近期目标是借助3D打印解剖模型帮助术前诊断 、术中“导航”和术后评估及借助模型和建模进行心血管血流动力学科学研究和临床应用,中期目标是个体化定制打印人体内可植入的生物或非生物移植物,远期目标是通过结合细胞培育技术制造可供移植的“人造心脏”。


心血管医学3D打印技术


      3D打印技术在心血管领域的应用范围广,不仅在复杂先天性心脏病,而且在瓣膜类疾病、大血管疾病、心脏移植、心律失常等方面均有应用。到目前为止不少欧美国家医学教育机构已将结构性心脏病3D打印模型应用于临床教学,并取得显著效果。


      我国目前约670万结构性心脏病患者需手术治疗,该病病变部位个体差异大,治疗方案复杂多变,手术难度大。术前3D打印出1:1实体模型,供外科医生模拟操作,精确定位手术关键步骤,制定最佳手术方案,可极大提高手术有效性及安全性,亦可训练不同医生对同一疾病外科操作的同质化。


      省医心研所是我国名列前茅的心血管病防治中心亦是国内目前唯一一个世界卫生组织心血管病研究和培训合作中心。该院院长庄建教授所带领的先天性心脏病团队从2004年开始在国内领先建立广东省先天性心脏病防治网,多年来一直在先天性心脏病防治上开展前沿探索,于2015开展全国首例胎儿心脏外科手术,于2016年9月开展全国首例胎儿心脏病宫内介入治疗手术,填补我国多项空白。借助3D模型,在肺动脉闭锁、完全性大动脉转位、右心室双出口、主动脉缩窄或离断、血管环、冠状动脉异常、永存动脉干等多个极其复杂的先天性心脏病病种上实施了手术,手术时间均大大缩短,手术效果良好


心血管医学3D打印技术


      影像学专家黄美萍主任指出,CT重建得再好不过是“跃然纸上”,这对于复杂先天性心脏病而言不够直观,所以我们从影像学的专业角度并结合临床需要首先将CT原始数据重建成一个完整的心血管模型,然后再将手术的关键部位主动脉及侧支血管单独提取出来再建一个以突出该解剖结构的血管模型,之后使用3D打印设备按1:1的比例将这2个模型打印了出来,这样可以帮助外科医生对该病整体与局部病变结构的全面理解。上述实体模型不仅能够真实地再现心血管畸形,而且可触摸、可切割,这对于明确诊断、制定手术方案、模拟手术、手术导航能提供关键指引。


      其中,珠海赛纳数字医疗技术有限公司承担了彩色先心病手术规划模型打印的技术支持任务,赛纳数字医疗是中国唯一掌握直喷式彩色多材料3D打印技术的厂商。借助其自主研发的WJP直喷式彩色多材料3D技术与材料,可以实现全彩色、软硬复合、透明体等多种应用效果的医学模型的精准打印,赢得了业内众多行业专家、临床医生的一致认可和好评。心血管医学3D打印模型

医疗3D打印真的可以救心救人


      回顾2017年9月21日,中华医学会胸心外科分会主任委员、广东省人民医院院长庄建教授正在进行一台不同于以往的复杂先天性心脏病手术。


     “第五肋间侧开胸,好的,这是第一条侧枝血管,第二条呢?”庄建教授抬起头,助手递来一个根据患儿心脏CT扫描影像制作的3D打印心脏模型,调整方位(模型的视野方向和术中的体位视野方向一致)后赫然和手术台上所见一模一样。“嗯,很清楚,模型上第二条血管在第一条上方1厘米处,我们来找找。。。没错,就在这里”,分离,控制,一系列动作干净利索。


      当时,患儿林某某被诊断为肺动脉闭锁Ⅳ型伴随室间隔缺损,简单来说就是没有肺动脉主干,患者能活下来是靠主动脉发出的大侧支血管为肺供血,但是患者的心功能非常差,对手术的要求也非常高。


心血管医学3D打印技术


      根据二维CT影像,医生对患者侧枝血管位置、大小、走形等把握较为抽象,难以精准判断侧枝血管的具体情况,因此对于肺动脉闭锁这样的重大手术,省医这样的医院主刀一般是庄建院长(在先心病手术方面的个人综合能力全世界排名前三)、陈寄梅所长、岑坚正主任、温树生主任。


      在手术过程中,病人无法进行自身的血液循环,所以需要对患者进行体外循环,而体外循环时间越长,术后并发症发生率和总体的风险就越高,手术存在诸多并发症包括但不限于呼吸功能损害 、脑损害等,因此对于心脏手术,时间就是生命。为了在术前更好地认识患者心脏脉管情况、缩短术中时间,广东省人民医院庄建院长团队与赛纳合作,利用患儿心脏CT扫描影像结合赛纳的3D打印技术1:1还原侧枝血管、心房心室、气管等组织的真实结构。


心血管医学3D重建


      庄建院长团队根据赛纳3D打印机打印的模型进行术前的诊断、制定手术方案、模拟手术及手术进行导航:最后决定采用根治手术,从正中开胸手术入路,利用支气管的空间位置作为标记点,在这几个精巧模型的指引下,庄建院长和岑坚正主任快速准确的寻找到了所有侧枝,顺利的重建了整个肺动脉树,按照既定方案完成了整台手术。


      在没有3D打印模型之前,即便对于经验丰富的医生而言,游离侧枝血管也要3个小时左右,更有甚者,由于血管的走形太复杂,无法确认其中的侧枝血管时,基于患者承受手术的体质极限及体外循环的时间,只能选择放弃寻找游离其中的某条血管(比方说有4条侧枝血管,只找出了其中的3条),而提供了3D模型之后,团队在游离侧枝血管这部分只花了0.5个小时左右,游离时间大大缩短。术后,林某某迅速度过了危险期,各项指标都令人满意。


心血管医学3D打印模型


      3D打印技术介入先天性心脏病手术对患者及医院都是一个双赢的局面,最直接的优点有:

  1. 缩短手术时间,降低因为体外循环导致的并发症风险。

  2. 患者治疗的成本的降低,因为打印了3D模型增加的费用小于因为没有模型导致的时间成本和并发症发生的治疗药物成本。

  3. 提高医院手术室的利用率,单位时间内能够做更多台手术。




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