程楊 胡志偉 董念國

先天性心臟病是所有先天性疾病中最常見的種類之一，28%的先天性疾病包含先天性心臟病。大約每1 000個新生兒中就有8例患有先天性心臟病[1]。先天性心臟病手術的技術要求非常高，尤其是復雜的先天性心臟病，因為其病理解剖變化復雜，部分病例十分罕見，并且心臟較小、血管較細、組織脆弱。研究表明，先天性心臟病手術后的死亡率和復發(fā)率受手術醫(yī)生技術熟練程度以及醫(yī)生個人和機構手術量的影響[2]。目前，心外科醫(yī)生面臨的不僅是復雜的先天性心臟病未知的病理結構，并且隨著介入技術的不斷發(fā)展，一些病理解剖較簡單的先天性心臟病均可在外科介入手術下完成。這讓心外科醫(yī)師在術中不斷提升手術技能的成長路線變成了過去式。有限的動手機會及變化莫測的病理結構使得相對較長的學習曲線更是雪上加霜。隨著3D打印技術的出現(xiàn)，上述問題的解決看見了曙光。

3D打印是一種用于將數(shù)字對象轉換成物理模型的技術。它通過在特定數(shù)字設計的基礎上，連續(xù)的逐層沉積材料來構建任意幾何形狀的結構。第一個3D打印技術是由查爾斯·赫爾在1986年提出[3]，現(xiàn)在這項技術在各個領域的應用蓬勃發(fā)展。3D打印的早期發(fā)展階段便應用于醫(yī)學領域，主要是在頜面外科[4-6]。2000年報道了基于超聲成像的二尖瓣立體光刻打印技術的應用[7]，但是，對于心臟外科而言，近幾年3D打印技術才開始引起人們的關注，并不斷進行嘗試應用[8-13]?；谏鲜霰尘?，在3D打印模型上進行模擬手術訓練，提高手術操作熟練程度及術前手術規(guī)劃，提前制定手術方案成為了可能。

一、模擬手術操作訓練

對于心外科醫(yī)師，尤其是年輕的心外科醫(yī)師而言，手術經(jīng)驗的缺乏以及手術技巧的不成熟，是完成先天性心臟病手術，降低術后死亡率，減少術后復發(fā)率重大阻礙。面對介入技術的突飛猛進，在術中完成手術技能培訓已不再可能。專家學者們一直在尋求在不損害病人安全的情況下發(fā)展外科醫(yī)生的手術技能。對于心外科醫(yī)師的培養(yǎng)始終是一個較難解決的問題[14-15]。先天性心臟病特異性的3D打印模型卻可以幫助年輕醫(yī)生快速成長。在2015年的美國胸外科年會上，首次開辦了在3D打印模型上進行先天性心臟病模擬手術操作訓練的課程，隨后在韓國首爾和加拿大多倫多的年會上依次舉行此類課程。3次課程均通過問卷調(diào)查的形式收集參與人員的試驗后觀點，結果表明，該課程有助于提高他們的外科技能，并贊同在住院醫(yī)師的培訓計劃中納入該課程[16]。至此，使用3D打印模型針對心外科醫(yī)師進行模擬手術操作訓練，提高外科手術能力的研究在全世界席卷開來。Hussein等[17]研究表明，以大動脈轉位為基礎建立了3D打印模型，對30位年輕醫(yī)生進行模擬手術訓練并錄像，然后針對錄像中的操作，包括手術的流暢性、手術技術的知識儲備以及對組織的保留進行評分，同時記錄手術時長。該研究結果顯示，80%的外科醫(yī)生均比第1次操作有所改善。與第1次操作相比，第2次操作的平均總分提高了17分。所有的外科醫(yī)生在第2次操作時明顯更快，與第1次相比，第2次的平均時間縮短了22分19秒。由此可見，使用3D打印心臟模型培訓后的手術操作的精確性與熟練度均明顯改善。

3D打印技術的出現(xiàn)，為開展先天性心臟病外科醫(yī)師的手術技能培訓提供了革命性的技術支持，安全而高效的培訓課程推動了外科醫(yī)師的成長速度，縮短了成長周期。

二、術前規(guī)劃

隨著現(xiàn)代醫(yī)學影像技術、外科治療和介入治療的發(fā)展，先天性心臟病的死亡率在過去幾十年中大幅下降[18]，但由于心臟解剖畸形的復雜性和多變性，充分理解先天性心臟病，特別是復雜型先天性心臟病兒童的心臟和大血管的解剖形態(tài)仍具有挑戰(zhàn)性。復雜型先天性心臟病可合并多種心血管病變，每個確診為復雜型先天性心臟病的兒童都有其獨特的解剖特點。在進行手術之前，對每個兒童心臟解剖的全面和直觀理解對于手術成功率和預后至關重要。傳統(tǒng)的成像方法如CT、MRI、超聲心動圖和數(shù)字血管造影可以為先天性心臟病的診斷提供幫助，但在一定程度上它們?nèi)匀痪窒抻诙S顯示。心外科醫(yī)師仍然需要基于他們的經(jīng)驗及空間想象能力以理解復雜的心臟血管解剖結構。

3D打印對于復雜型先天性心臟病的術前規(guī)劃至關重要。3D打印模型的精確性和有形性使心外科醫(yī)師能夠理解每個病人的獨特解剖結構，結束了只有術中才能真實地探查復雜的心血管解剖結構的時代，實現(xiàn)了術前就能根據(jù)病人的特定解剖病變個體化地制定相應手術方案，提高了手術的安全性和修復的成功率。

目前國內(nèi)外均有針對兒童復雜的先天性心臟病，使用3D打印模型成功進行個體化建模并進行術前規(guī)劃[19-20]。其中在Xu等[19]的研究中，共有15例診斷為復雜型先天性心臟病的病人參與了使用3D打印模型進行術前規(guī)劃的臨床試驗中，其中包括了主動脈弓離斷、右位主動脈弓、主動脈縮窄、完全型肺靜脈畸形引流等各種類型的復雜型先天性心臟病。所有的3D模型數(shù)據(jù)均來源于術前的CT結果。結果顯示，同CT結果相比(13例病人的CT結果同術中探查的病理解剖吻合，余2例不符合)，所有的3D打印模型均和術中所探查的心血管畸形吻合。術后有1例患兒因低心排血量綜合征死亡，余患兒均順利出院。參與診治的所有心外科醫(yī)師認為，同傳統(tǒng)診療模式相比，個體化的3D打印模型的加入，能夠準確地復制結構畸形，有利于術前計劃，并有助于確認或改變他們以前的計劃。

3D打印模型的出現(xiàn)，“簡化”了復雜型先天性心臟病的診治過程，盡可能避免了因術前診斷不完善而造成的術中探查及修復過程中的“意外”畸形，保證了術中修復的成功率。但是目前該研究數(shù)量有限，3D打印模型的應用是否有效降低手術時間、縮短主動脈阻斷時間、減少術后并發(fā)癥、提高術后生存率尚未可知。但目前的研究報告已證實3D打印模型有益于復雜型先天性心臟病的預后。

三、未來發(fā)展

受限于材料問題，心臟瓣膜組織結構并不能很好的利用3D打印模型展現(xiàn)出來。對于兒童的先天性心臟病而言，瓣膜疾病由于其體積小，組織脆弱，病變復雜等特性，對于外科醫(yī)生來說，仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。同瓣膜置換術相比，瓣膜修復術具有更好的術后效果，但是成功的瓣膜修復需要外科醫(yī)師豐富的外科經(jīng)驗。因此，如何利用3D打印技術呈現(xiàn)兒童瓣膜疾病的變化，并將其應用于臨床外科的診治過程中，是一個值得探討的問題。其次，考慮到費用及技術等客觀原因，目前尚未將3D打印技術廣泛推出，仍有大部分心外科醫(yī)師及先天性心臟病患兒不能享受3D打印技術帶來的幫助。伴隨著技術的進步和材料的多元化，3D打印技術終會作為一種常規(guī)技術廣泛而深入地應用于每一種先天性心臟病的診療之中。

四、我院臨床應用體會

隨著3D打印技術在心外科臨床應用的不斷成熟及豐碩成果，我科近年來也不斷嘗試將3D打印技術應用于先天性心臟病的臨床外科診治過程之中，并初步取得理想成果。我們已在部分接診的大動脈轉位、主動脈雙弓及冠狀動脈起源異常等結構復雜的先天性心臟病患兒中使用該技術。其中3D打印技術的源數(shù)據(jù)均來源于患兒的術前CTA檢查結果。使用3D打印技術提前獲取患兒的個體化心臟解剖模型，指引我們的手術方向，充分縮短了術中探查異常結構所花費的時間，同時有效地提高了探查的準確性，避免了因術前診斷及術中探查的不完善而造成的術后效果不佳的可能性。同時，我們也不斷向國際看齊，積極推動將3D打印技術更普遍應用于提高我科年輕醫(yī)生的手術操作能力之中，讓3D打印技術成為成功診治先天性心臟病患兒的一把利劍。

五、總結

3D打印技術問世至今，已在醫(yī)學領域取得廣泛的應用，尤其對心臟外科而言，提供了無數(shù)的可能。先天性心臟病3D打印模型的出現(xiàn)，困擾多年的年輕醫(yī)師外科技能的培訓難題的解決看見了曙光，同時心外科醫(yī)師可以在術前就真實地感受復雜型先天性心臟病的心血管畸形，為術中修復做好充足的準備。