時間：2023-01-09 11:58 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次

導語：回望2022年，傳播性較強的新冠奧密克戎變異毒株造成我國多地疫情的反復，疊加國內疫情防控政策趨嚴，為心血管領域學術交流與技術發展帶來不少制約因素，不過我國心血管人依舊本著人民的心血管健康保駕護航的醫者精神，攻堅克難，完成了一個個驕人成績。不僅如此，在國內外眾多專家學者同仁的合力推動下，世界心血管領域也有著巨大發展，各類新技術、新理念、新研究成果依舊如雨后春筍，層出不窮。

2022是特殊而不平凡的一年，疫情防控政策不斷調整優化，3D打印技術在結構性心臟病領域的應用也取得了諸多進展：

首先，醫學影像技術的發展使得心血管成像的速度、質量、分辨率及精度都得到很大程度提升，尤其是CTA、心臟磁共振（CMR）、三維超聲圖像等多模態影像技術融合，充分發揮出多種影像學技術和方法的長處，使得心血管影像學數據源具有充分保障；

其次，心血管3D打印技術的方法學和材料學也獲得了長足發展，多彩多材料混合打印已成為結構性心臟病領域3D打印領域的常規技術，超聲及DSA下透視可見材料的發展及應用，對于3D打印技術指導結構性心臟病介入治療起到了至關重要的作用，連續液界制造（CLIP）等光固化革命性技術給心血管3D打印的臨床應用打開更廣闊的空間，新的復合水凝膠材料學給未來發展帶來更多可能；

再次，3D打印技術在結構性心臟病領域應用范圍越來越廣闊，已涉及到經導管主動脈瓣置換術（TAVR）、經導管二尖瓣置換術（TMVR）、經導管二尖瓣緣對緣修復術（TEER）、經導管三尖瓣置換術（TTVR）、經導管肺動脈瓣置換術（TPVR），水凝膠治療心衰、肥厚性心肌病射頻消融、左心耳封堵等幾乎全部的結構性心臟病診療新技術；

從次，3D打印技術在結構性心臟病領域于我國開始逐步推廣及普及，據不完全統計，目前國內已有300+以上醫院開展了3D打印技術指導結構性心臟病的應用，同時，我國的心血管醫療器械企業（馬克醫療、健世科技等），已聯合將3D打印指導結構性心臟病治療的方法和理念，推廣至美國Henry Ford醫院，加拿大St.Paul醫院，法國波爾多里爾大學附屬醫院，德國美因茨心臟中心等10余個國際知名中心；

最后，結構性心臟病領域3D打印技術的學術科研成績斐然，2022年已有數十篇結構性心臟病領域3D打印技術SCI文章獲得發表，由西京醫院及阜外醫院聯合主編的《經導管主動脈瓣置換術中的3D打印技術》《經導管二尖瓣介入治療術中的3D打印技術》等多部專著成功出版，順利召開2022“國際心血管3D打印技術高峰論壇”，濃縮了來自海內外10個國家地區上百位頂尖專家在心血管3D打印領域深刻思想和前沿進展，同時，關于心血管3D打印的團體標準起草也列入日程。

目前，3D打印技術指導結構性心臟病診療的理念逐步深入人心，已為上千例患者提供個性化的精準數字化治療方案，使心血管疾病治療的概念、策略、技術不斷更新，還會不斷將我國結構性心臟病的診治水平提升到新的高度。

1. 心血管3D打印技術的醫學影像技術發展
應用高質量的醫學圖像數字化建模，可實現個性化且精準的心血管3D模型。

目前，隨著影像技術的發展，可用于3D建模的臨床影像數據主要包括CTA、心臟磁共振（CMR）、三維超聲圖像。

其中CTA影像因為采集時間短、范圍廣、圖像質量佳等特點，成為了最常用于心血管建模的醫學影像，新一代以CT-CardioGraphe 為代表的心血管專用型CT的面世及安裝，在一個心跳周期內就能快速完成心臟動態圖像的采集，能夠在使患者受到的輻射量大為減少的同時，為心血管3D打印提供高質量的4D原始CT數據。

CMR圖像的應用類似于CTA，尤其對于心腔、心肌的分割優勢更為顯著，但由于圖像采集過程中耗時太久，并對患者有諸多限制，應用較少。

此外，心臟超聲圖像近年來也逐漸應用于3D建模打印，圖像采集過程中不會產生輻射，并能清晰顯示心臟瓣膜，對于顯示局部復雜的動態結構具有一定優勢，其局限性在于不良的聲窗及探頭位置、采集角度的變化將導致圖像重復性不穩定。

如今，3D打印建模軟件已能夠實現CTA、心臟磁共振（CMR）及三維超聲圖像等多模態影像融合技術，這種方式可集合不同影像的優勢并彌補不足，達到精準展示模型細節的目的。

2. 心血管3D打印技術的材料發展
目前可用于心血管3D打印技術有多種，較為常見的有：熔融沉積成型(Fused deposition modeling, FDM)、光固化成型（Stereo lithography appearance，SLA）、選擇性激光燒結(Selective laser sintering，SLS）、材料噴射成型（Material jetting，MJ）等。
近年來以MJ技術為代表的多材料3D打印技術的進步，實現了軟硬材料混合打印的技術目標，極大地促進了柔性材料3D打印的應用。隨著結構性心臟病微創治療技術發展，對3D打印技術的應用提出了新的要求，如柔性，多彩，透明等，或者為展示瓣葉或模擬脈動流環境，要求模型可耐受較高溫度及水溶液等環境且形狀持續穩定，此外，為模擬手術真實操作環境，DSA透視及超聲下可見的心血管3D打印材料也取得了飛速進展（圖1）。

此外，近年來誕生的一項新的光固化革命性技術，連續液界制造技術，也就是CLIP技術（Continuous Liquid Interface Production），不僅大大加快了固化過程，相較于傳統光固化技術提升了數十倍效率，同時也能打印出更精細的特征（小于20微米），而且可以使用彈性材料，以及某些生物材料，在未來CLIP技術將會給心血管3D打印的臨床應用打開更廣闊的空間。

2022年，西安交通大學唐敬達教授團隊研發的復合水凝膠材料，可保障高拉伸性和良好的抗疲勞性，利用光固化技術打印了具有心臟瓣膜形態的模型，并在體外模擬實驗中表現出了在流體環境下持續單向流動的功能。

目前，在結構性心臟病領域3D打印技術應用過程中，應根據實際需求，綜合考慮打印機和材料成本、周期、精度、色彩、柔性等條件，選擇最適宜的3D打印技術。

3.  3D打印引導結構性心臟病介入治療的應用
（1）3D打印指導經導管主動脈瓣置換術
經導管主動脈瓣置換術（TAVR）可有效治療主動脈瓣狹窄或關閉不全，近年來在我國獲得蓬勃發展，2022年有近8000例的臨床應用。TAVR手術全程采用DSA及超聲等影像技術引導操作，術前利用患者個性化的3D打印模型，可直接觀察主動脈瓣病變結構及毗鄰結構（圖2）。各種主動脈瓣疾病的解剖學差異巨大，主動脈瓣環、左室流出道、竇管交界、升主動脈尺寸各不相同，瓣葉的長度、厚度、鈣化分布、瓣口狹窄等也千姿百態，因此需要TAVR團隊認真分析每一例患者的具體解剖病理學特點，制定個性化手術策略。

面對解剖結構復雜患者，基于醫學影像難以判斷多種異常結構對手術風險的影響，術前可按照原始比例打印出類似于心臟組織材料的患者模型模擬球囊或介入瓣膜植入（圖3），直觀確定術后發生的擠壓形變和相應的并發癥，如瓣周漏、冠脈阻塞、瓣環破裂等。

西京醫院馬燕燕等回顧性納入2018~2021 年在國內28 家心臟中心行TAVR 的868 例患者臨床資料，研究結果表明心血管3D 打印對TAVR 的輔助指導作用顯著，可縮短TAVR 手術時間，減少中度瓣周漏等并發癥，助力TAVR 個性化方案的制訂及精準實施，有著廣闊的應用前景。


同時，應用3D打印的TAVR模擬器，可以培訓年輕術者，訓練TAVR技術中導絲跨瓣、球囊預擴張、瓣膜釋放、球囊后擴張等關鍵核心步驟，同時有專業導師進行指導和對手術效果進行評價，通過加強訓練可提升培訓效果，快速度過學習曲線（圖4）。
西京醫院翟蒙恩等的研究表明采用3D打印心血管模型體外模擬手術過程的教學方式，對于提高學員手術掌握程度和學習效率方面有重要作用。


此外，應用3D打印技術，對于開發測試新型TAVR介入器械也有重要的幫助。
如開發新的治療主動脈瓣關閉不全的帶定位件的器械，以及測試國產球囊擴張式瓣膜性能，都可以應用3D打印主動脈根部模型或3D打印模擬器模擬TAVR手術，于導管室內X線透視下真實體驗經心尖入路植入Ken-Valve（寧波健世）的調節定位件入竇及完全釋放過程，以及經股動脈入路植入PrizValve（紐脈醫療）顯影點定位及釋放位置確定等核心步驟，協助不斷優化新型器材的設計開發（圖5）。


（2）3D打印指導經導管二尖瓣置換術

經導管二尖瓣置換術（TMVR）是指將人工瓣膜在體外壓縮,裝載至輸送系統,然后沿血管路徑或經心尖途徑送達二尖瓣瓣環處，以替代病變二尖瓣的一種介入手術。具有不需再次開胸，明顯減小手術創傷，降低手術風險等特點。近年來也取得了一定的突破。
按照自體二尖瓣的病變情況，TMVR技術被分為四個大類 （圖6）：

① “瓣中瓣”（Valve in valve）技術，針對既往外科二尖瓣生物瓣衰敗的患者；
② “環中瓣”（Valve in ring）技術，針對既往外科瓣膜成形術植入人工二尖瓣瓣環的患者；
③ 原位鈣化瓣環植入（Valve in MAC），針對自身二尖瓣瓣環有嚴重鈣化或關閉不全的患者；
④ 原位瓣膜植入（Valve in native valve），針對無鈣化的重度關閉不全的患者。
目前國內西京醫院、中山醫院、阜外醫院、華西醫院等多家心血管中心已將3D打印技術與多種類型的TMVR技術相結合，開展多種3D打印指導的精準經導管二尖瓣置換術：評估新左室流出道面積，篩選適應癥；輔助介入瓣膜更好地定位在二尖瓣瓣環，減少瓣周漏；有效地幫助術者選定精確房間隔穿刺點，精準選擇瓣膜類型及型號，優化同軸性（圖6-9）。

（3）3D打印指導經導管二尖瓣修復術

經導管二尖瓣緣對緣修復術（TEER）相對于TMVR較為成熟，目前全球已應用超過15萬例，在國內近年來也逐步開展，已有多款國產器械在開展臨床研究入組。系統經下腔靜脈入路穿房間隔入路，在超聲引導下通過雙向調彎抵達二尖瓣位置夾合瓣葉，手術操作難度較大，不僅在術中要求超聲人員與術者配合默契，同時對于房間隔穿刺位置的確定、二尖瓣夾子位置方向調節、瓣葉夾合長度等要求苛刻。
國內馬克醫療設計的TEER體外模擬器，可通過超聲探頭清晰觀察瓣葉活動狀態，并設計有多個房間隔穿刺預留口，能夠真實模擬TEER全手術流程，有助于熟練掌握器械操作，提升術中人員間的默契配合并指導術者制定安全可行的手術策略。

（4）3D打印指導經導管三尖瓣置換術

近年來，經導管三尖瓣置換術（Transcatheter tricuspid valve replacement，TTVR）成為三尖瓣疾病治療領域的研究熱點。
整體而言TTVR目前還是處于技術發展的早期階段，但已有較大病例的多中心隨機對照研究結果顯示，接受TTVI治療的患者1年生存率明顯優于內科藥物治療組。
我國自主知識產權的Lux-Valve及Lux-Valve plus（健世科技）是我國第一款具有自主知識產權的新型三尖瓣介入瓣膜，同時也是全球首款不依賴徑向支撐力錨定的瓣膜，能夠通過前瓣夾持件定位、室間隔錨定件防止移位，適應三尖瓣瓣環三維結構，并且降低了瓣周漏及傳導阻滯等并發癥的發生。長海醫院及西京醫院團隊，應用3D打印技術體外模擬實驗的方法，熟悉該系統的使用方式，確定瓣膜型號、介入瓣膜植入位置、系統調彎角度以及錨定位置等，實現精準釋放（圖10）。

同時，將該技術推廣至美國Henry Ford醫院，加拿大St.Paul醫院，法國波爾多里爾大學附屬醫院，德國美因茨心臟中心等10余個國際知名中心，在TVT，TCTAP2022等國際會議進行報道和手術轉播（圖11）。


（5）3D打印指導經導管肺動脈瓣置換術

經導管肺動脈瓣置換術（TPVR，又稱經皮肺動脈瓣植入術PPVI），于2000年10月由Philipp Bonhoeffer教授團隊首次報道，是最早應用于臨床的經導管瓣膜置換技術，主要被用于治療法洛四聯癥（TOF）外科矯正術后并發右室流出道狹窄和/或肺動脈瓣反流（PR）的患者，可替代外科肺動脈瓣置換，改善該類患者的長期預后。

2020年ESC成人先心病指南推薦對解剖條件合適的右室流出道功能不全患者應首選經導管治療。阜外醫院及西京醫院團隊，應用3D打印技術及杭州啟明公司國產自膨式Venus-P肺動脈瓣膜及邁迪頂峰的PT Valve瓣膜，成功實施流出道結構較大且形態呈“金字塔”形等挑戰性病例，術中顯示瓣膜錨定良好，無瓣周漏，患者早期出院并正常生活（圖12）。


（6）3D打印指導室間隔射頻消融術

近年來，超聲引導下經皮穿刺室間隔射頻消融術治療梗阻性肥厚型心肌病取得了重大進展及突破。

該治療技術也稱為Liwen術式，是在超聲引導下經皮通過心外膜穿刺將射頻電極針經心尖送至室間隔肥厚部位，高頻電波可使局部肥大心肌凝固壞死，從而達到拓寬左室流出道的目的，已于JACC、JAMA Cardiology等發表多篇高水平論著文章，充分證實該技術的安全有效性。

西京醫院劉麗文教授團隊利用3D打印技術打印出個性化肥厚性心肌病患者的心肌及室間隔肥厚部解剖模型，可明確觀察心臟解剖結構，尤其是冠狀動脈分布位置，確定最佳穿刺點位置，設定合理的電極針路徑，防止電極針對冠狀動脈以及傳導束的損傷，保證手術的安全性。

2022年，3D打印技術已經作為Liwen術式術前的標準化評估流程中最為重要的一環，召開多期《Liwen術式治療肥厚型心肌病培訓班》，帶教全國百余中心開展并培養多位獨立術者（圖13）。

（7）3D打印指導左心耳封堵術

左心耳封堵術通過介入手術的方式應用專用封堵器堵塞左心耳，預防房顫時左心耳（LAA）血栓的形成，可達到藥物抗凝的治療效果，降低房顫患者由血栓栓塞引發長期殘疾或死亡的風險及出血風險。

采用3D打印技術，可1:1還原左心房及左心耳模型，體外反復多角度測量左心耳口徑及深度，規劃房間隔穿刺位點并模擬手術操作，幫助醫生多次模擬手術積累經驗，提升手術成功率，縮短患者暴露在X線的時間和手術時間（圖14）。

國內仁濟醫院、唐都醫院、新橋醫院、新疆維吾爾自治區人民醫院、山西醫科大學第一醫院等多家醫院已常規開展3D打印指導左心耳封堵術。

（8）3D打印指導經導管心內膜下藻酸鹽水凝膠治療心力衰竭

射血分數降低的心力衰竭（HFrEF）是一種源于心臟結構性或功能性病變使心室過分充盈，射血能力受損而形成的復雜的臨床病癥。

近年來，西京醫院陶凌教授團隊與德柯醫療合作攻關，成功開展經導管心內膜下藻酸鹽水凝膠治療：通過植入性海藻酸鹽水凝膠，增厚心肌壁，為室壁提供力學支撐，降低室壁應力，維持心臟相對良好的形態、尺寸和力學性質，最終減緩甚至逆轉心室的擴張，改善心臟的生理功能。于2021年3月19日開展了全球首例植入，該技術配合輔助應用3D模型，通過DSA（數字減影血管造影）與TEE（經食道超聲心動圖）雙重導航定位，確保水凝膠安全且有效地遞送，于2022年11月24日在European Heart Journal雜志發表（圖15）。


4. 小結與展望
心血管3D打印技術為結構性心臟病的精準診療提供了新的輔助手段，這項技術不僅將心臟復雜的解剖結構可視化，還可以為我們提供觸覺的反饋，在介入治療器械的使用培訓、體外模擬實驗、風險評估等方面獨具優勢。
影像學、材料學的不斷進步迅速推動著心血管3D打印技術在臨床的應用。
未來，采用個性化3D打印技術、手術模擬需求、計算機數值模擬以及AI人工智能技術的整合，可在縮短3D打印模型周期、提高模型精度、仿生物組織材料等方面得到提升，為臨床培訓、器械研發和精準醫療的發展提供重要技術支持。此外，心血管水凝膠3D打印、生物3D打印技術的突破，實現生物相容性的植入或置換等，將引領心血管3D打印的未來。

參考文獻：略

專家簡介

楊劍
空軍軍醫大學西京醫院
西京醫院心血管外科一病區主任，博士生導師。美國心臟協會專家會員（FAHA）， 美國心臟病學會專家會員(FACC)。獲聘陜西省中青年科技創新領軍人才，陜西省科技創新團隊帶頭人，為陜西省杰出青年科學基金項目獲得者，獲評第四屆“國之名醫”。研究領域包括心血管3D打印、新器械研發、應用轉化及臨床研究等，主編《心血管3D打印技術》等5部專著，在Eur Heart J，JACC等發表SCI論文100余篇。承擔國家重點研發計劃、國家自然科學基金等10余項課題，經費1000余萬元。榮獲國家科技進步二等獎、中華醫學科技一等獎等多項獎勵，授權國家專利30余項。

劉洋
空軍軍醫大學西京醫院
心血管外科博士，副主任醫師，副教授，碩士研究生導師。微創結構性心臟病組組長，ECMO組組長。美國馬里蘭大學醫學院博士后。國家心血管病專家委員會微創心血管外科專業委員會委員。專注心血管疾病微創治療。先后開展微創介入瓣膜病修復及置換術，瓣膜置換術后瓣周漏介入封堵術，冠狀動脈漏介入封堵術等多項心血管疾病微創治療新技術。在國內外發表研究論著70余篇，其中SCI論著28篇；主持軍隊重大專項子課題1項，國家自然科學基金1項，軍隊及省部級課題各3項；參加“863”重點課題，“十二五”、“十三五”國家重大科技專項等課題13項。獲國家專利11項；主編專著1部，副主編專著3部，參編專著8部。獲得省級科技進步一等獎1項，并先后獲得美國ASAIO青年醫師獎，歐洲Euro-ELSO青年研究者獎，中國醫師協會心血管外科分會杏林獎，樹蘭卓越工程青年醫師資助計劃，中華醫學會胸心血管外科分會Lillehei 獎學金及厄爾巴肯獎學金�，F任中國醫師協會心血管外科分會結構性心臟病專委會委員，中國研究型醫院學會血管外科專委會青年委員，陜西省藥理學會心血管藥理學專業委員會常委，陜西省生物醫學工程學會體外循環專業委員會委員，中國醫療保健國際交流促進會心臟重癥分會陜西省工作委員會委員。
李蘭蘭
空軍軍醫大學西京醫院
心血管外科研究實習員，生物醫學工程專業，工程碩士。TAVR團隊核心成員，亞太結構青年俱樂部成員。研究方向主要包括為結構性心臟病介入治療的影像診斷、心血管生物力學仿真及3D打印，尤其擅長心臟瓣膜疾病、瓣周漏、主動脈弓縮窄等結構性心臟病介入治療的術前CTA影像學評估。主持西京醫院學科助推項目1項，在SCI及中文核心期刊發表論文10余篇，參編論著5部。

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