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高效精准 手术前打印心脏“练手”

2017-10-12 08:02 来源:大洋网

省医心血管病研究所打印的心血管模型

省医心血管病研究所打印的心血管模型

大洋网讯 到底是“肺动脉闭锁”还是“永存动脉干”?面对2岁先天性心脏病患儿,连医生都没法断言,最后是3D打印心脏血管模型确定是闭锁问题。随后,术中也是靠3D模型指引,将4条“捣乱”的侧支血管找到,最关键的分离步骤用时从3小时减到30分钟。

3D打印技术成功应用于心脏手术!记者获悉,截至发稿时,广东省人民医院心血管病研究所已经为28例患者打印了心血管模型,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3D模型辅助手术,效果卓著。

经过数月埋头探索,10月11日,省医心研所心血管医学3D打印联合实验室正式成立,这也是我国首家此类实验室,在心血管病诊治应用领域具有重大意义。

高效!

找4条侧血管本要两三个钟

3D模型辅助下只用30分钟

9月中旬,2岁患儿芋头(化名)由家人带到省医心研所求医,有经验的医生一看就知道患者是先心儿——脸色青白、嘴唇发紫,呼吸又促又乱。

一检查,芋头果然有室间隔缺损,不过,在另一项病变上,医生们的诊断意见却出现分歧,根据影像检查,一派说应该是“肺动脉闭锁”,另一派却认为可能是“永存动脉干”。最后,还是据患儿心脏CT扫描影像制作的3D心脏模型确诊是肺动脉闭锁,医生通过模型看到,芋头的右心室没有肺动脉连接,而是一口气连了4条细细的侧分支血管,正是这种异常的代偿性供血,导致芋头心肺功能异常。

芋头所患的“IV型肺动脉闭锁合并室间隔缺损”是非常复杂的先心病,需要开胸手术,最关键一步就是将4条侧血管找到,“非常难,哪怕像庄建院长这样的胸心外科著名专家,找齐找准也要两三个小时。”省医心导管室主任黄美萍指出,因为一旦开了胸,蜘蛛网一般的细小血管,显形困难。

幸好有了3D心脏模型。9月21日,省医心外科手术室,芋头的手术在进行,中华医学会胸心外科分会主任委员、省医院长庄建亲自主刀。“第五肋间侧开胸,好的,这是第一条侧支血管,第二条呢?”庄建教授抬起头,助手递上芋头的3D心脏模型,调一下方位,赫然与手术台上的“现实心脏”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、融合,一系列动作干净利索。

原先要用两三个小时找血管,现在,庄建和省医先心儿医疗团队主任岑坚正仅用了30分钟,最难的部分耗时减少了5/6。随后通过人工血管,手术团队顺利重建了整个肺动脉树,按照既定方案完成了整台手术。

对于心脏手术而言,时间就是生命,体外循环的时间越短,术后并发症发生率和总体的风险就越低。术后芋头迅速度过了危险期,各项指标都令人满意。

精准!

为28例患者打印心血管模型

模型与“真心”相似度超90%

在开胸大“动心”手术中,有3D打印技术相助的幸运儿不止芋头一个。

9月25日上午,庄建、岑坚正为患有“完全性大动脉转位,室间隔缺损,房间隔缺损,肺动脉狭窄”的复杂先天性心脏病的大雄(化名)实施手术治疗。

大雄从一出生就和别人不一样——浑身黑紫,口唇发乌,1岁的大雄只有健康孩子6个月那么大。术前方案制定周全,3D模型“导航”,5小时的手术紧凑流畅,术后大雄脸色红润,顺利度过了危险期,正在进一步康复中。

截至发稿时,省医心研所已经为28例患者打印了1:1心血管模型。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。

记者看到了这28个心脏模型,有的小如青枣,有的竟大如西瓜,“最大的心脏是一名严重心衰患者的,长期折磨下,心脏严重病变扩张。”黄美萍说,1:1打印的心脏模型有两种,一种材质是硬的,留存作病案教学;另一种是软质的,已经用于术前诊断、方案规划、手术模拟及术中导航。

据了解,3D心脏模型与真的心脏的相似度、精准度,从最初的四五成,已经提升至90%以上。

揭秘!

二维影像极其考验医生空间感

3D模型有助方案制定术前练手

3D打印技术已经不是陌生技术,甚至成功应用于打印牙齿、骨骼,但心脏藏在体内,怎么能打印出来?

“当然不是凭空打印的,它集合了所有的影像学检查数据。”庄建教授说。他介绍,心脏CT、MRI、心脏彩超等,都是患者术前需要做的检查,从理论上说,它们的准确度是100%的,误差在于解读它们的人、机器设定、软件。之前更让医生头疼的是,经典的影像学检查不仅不够真实,而且非常考验医生的空间方位感,真正动起手术,只能凭脑海中的CT影像去寻找这些错综复杂的血管。(比如CT,它实际上是断层的图像,即使有了CT三维重建,所得到的影像还是在二维的屏幕上来看。)

而3D打印,就是将原先只能“跃然纸上”的影像数据,结合心脏病治疗的需求,将这些原始数据进行整合、重建出3D完整心血管模型;也可将拟手术的关键部位,比如主动脉、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2个模型打印出来。

3D模型一出,外科医生就不用对着二维图像“想象”,而是看到、摸到心脏整体、局部病变结构了,非常利于明确诊断、制定手术方案。

更妙的是,因为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,术前就可进行体外模拟手术,在标本上先做一遍,甚至可以将多种手术方案一一模拟“练手”,手术时不仅术式已经熟悉,模型还能承担“导航”指引功能。

此外,3D模型还是术前与患者、家属沟通的好帮手,非常直观地展示病情、手术方案等,“28例患者家属看到3D的‘心’,都是既新鲜,又感叹‘神奇极了’!”黄美萍说。

全国首家:

心血管3D打印实验室落户广州

昨日,广东省人民医院、广东省心血管病研究所和珠海赛纳打印科技股份有限公司成立国内首个心血管医学3D打印医研企联合实验室。

“我国目前约有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。”庄建认为,联合实验室可望大力推动3D打印在心血管病诊治中的应用。

据介绍,实验室的成立,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,重点领域不仅在复杂先天性心脏病,还有瓣膜类疾病、大血管疾病、心脏移植、心律失常等方面。

实验室的近期目标是借助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”。

最终梦想:

打印人造心脏移植

“让人真的能用上”

“现在启动了3D打印模型第一步,多种材料打印,已经实现术前精准诊断、辅助确定手术方案和术中导航。”庄建说。而正在探索的是在模型上进行血流动力学模拟,预计在2年内可应用于术前方案筛选、术后评估等方面,可极大提高手术有效性及安全性。

最让人关注的无疑是终极梦想——打印生物性人造心脏移植。对此,庄建说,个体化打印出瓣膜、支架、纺织物等非生物性结构,或是一段血管等含细胞组织的生物结构,其实并不难,现在的影像资料整合能做到,问题在于“要让人体真的能用上”。而生物性人造心脏,更需要取出细胞,在3D模型上“养殖”,成功后植入人体,这要求模型材料是可吸收材料,而材料进步则需要临床需求倒逼。

“其实,我们的‘野心’在于建一个庞大的3D心脏模型库。”庄建说,医学生教育需要大量没有破坏过结构的标本,因此,从28例起步,省医正在筹建心脏病所有亚型模型库,以后不仅是医学生、医生,甚至病人都有亲近“真心”的机会。

文/广报记者何雪华 通讯员郝黎、张丹娜、靳婷

图/广报记者乔军伟 

[ 编辑: 罗力业 ]
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