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3D打印心臟“實景地圖”為醫生手術中“導航”

2022-03-30

僅憑借CT和磁共振檢查的影像片,醫生需要憑空間方位感在腦海中“想象”患者的心臟情況。3D打印的心臟模型,就像心臟的“實景地圖”,可幫助醫生了解復雜病灶、研究手術通路、提前在模型上演練手術,也可以為患者講解病情及治療方式,進行術后康復指導。

武漢的醫院從十年前開始試水3D打印技術,并從2015年開始跑步進入“3D打印時代”,這一新技術已令骨科、口腔科、整形外科等專科的患者受惠,但由于心臟是搏動性的柔性肌肉器官,3D打印技術的應用“稍慢一步”。

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2020年11月,武漢亞洲心臟病醫院引進3D打印設備,已為十多例復雜心臟病患者開展3D打印手術。心臟怎樣“打印”,又如何幫助醫生們做手術?

3小時打印一段仿真心血管

21歲女孩小孟(化姓),從小就被發現有心臟異常,但因癥狀不明顯,從未接受過治療。去年,小孟被查出高血壓,病因與先天性心臟病有關,吃降壓藥不對癥,必須治療心臟疾病。心臟超聲顯示,小孟存在室間隔缺損、動脈導管未閉、房間隔缺損、主動脈瓣輕度關閉不全、三尖瓣輕—中度反流、降主動脈管徑偏細等多種異常,屬于復雜的先心病。

2022年3月2日,小孟住進亞心醫院。根據治療的需要,醫生安排她做CT和磁共振檢查,根據檢查結果在軟件中精細建模,1∶1打印出主動脈弓(主動脈上部弓形彎曲的部分)的病變部位。

在打印現場看到,該院采用的是彩色多材料3D打印機,噴頭來回噴射光敏樹脂,經過校平、固化后,產品層層堆積成型。打印持續約3小時。工作人員去掉果凍狀的大塊支撐物,最終得到紅色的主動脈弓模型,手感柔軟有彈力,能直觀地看到血管因發育不良,出現一段扭曲、狹窄。

“如果復雜的病灶位于心臟內部,就需要打印心臟的完整模型,一般需要20多個小時。”工作人員介紹。根據模型,醫生與小孟和家人溝通治療方案,很快確定將這部分整體置換為人工血管。3月10日,小孟接受手術,修補心臟缺損、更換人工血管。術后,她血壓很快變回正常,3月25日康復出院。

曾為河南患者“隔空打印”心臟

去年11月,亞心醫院首次開展3D打印輔助手術,對象是9歲先心病患兒超超(化名)。男孩3個月大時就接受過手術,但隨著身高、體重的增長,心臟問題再次出現。

超超心臟內部結構復雜,手術難度很大。醫生打印出超超心臟的1∶1模型,還原心臟內部的精細結構。將模型當作“實景地圖”,專家組圈定出畸形部位,討論出優化方案,順利完成左室流出道疏通術、肺動脈重建術,孩子術后恢復良好。

一個月后,醫院又收到河南某醫院的申請:一位患者患有復雜先心病,手術難度很大,希望亞心醫院院長陶涼會診。

患者不在本地,僅能傳來CT和磁共振檢查的影像片,陶涼決定,打印出患者的心臟模型,在“實物”基礎上進行會診,預演手術方案。由于患者心臟結構過于復雜,異常部位較多,僅建模就用了兩三天時間,打印模型又花費20多個小時。陶涼及團隊根據心臟模型表現出來的病灶情況,制定了精密的手術方案,趕到河南為患者做了手術,對方目前已經康復。

“幾乎每個嘗試3D打印的患者對自己的心臟模型都充滿好奇。”亞洲心臟病醫院先心病中心醫生金博文表示,從去年11月至今,他和同事為十多名復雜心臟病患者進行3D打印,聽到最多的感慨是:“原來我的心臟是這個樣子!”金博文說:“出院時,患者會把自己的‘心’帶回家做紀念。”

金博文介紹,近年來,3D打印在武漢各大醫院應用廣泛,但多是在骨科、口腔科等科室,用于心血管專科的醫院較少。通過3D打印的模型,可幫助醫生了解復雜病灶、研究手術通路、提前在模型上演練手術、術中“導航”;也可以為患者講解病情及治療方式,進行術后康復指導。

活體器官3D打印仍處于探索階段

2016年,湖北省第三人民醫院首次使用3D打印技術為嚴重骨盆骨折的患者做手術。手術順利完成后,該院官網曾預測:“3D打印技術有這么多好處和用處,在不久的將來一定會像CT、MRI一樣被普遍應用。”

這個預測早已成為現實:隨著技術的發展,從2015年起,武漢探索3D打印技術的醫院越來越多。經過多年發展,現在,3D打印技術已在同濟醫院、協和醫院、湖北省人民醫院、武漢大學中南醫院、武漢兒童醫院等大醫院得到廣泛應用,用3D打印制作骨骼、關節模型,輔助手術的做法,已經成為臨床日常之一。

以華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院為例。2015年,該院在全國首次為失去左手的6歲男孩制作了3D打印的機械手,可用它喝水、捏葡萄、騎自行車;隨后,骨科試水3D打印技術,為復雜骨折的患者打印傷處模型,利用模型模擬手術操作;再接著,口腔科也引入3D打印機,用來制作牙套、假牙等,精密度和強度大大提高。目前,該院多個科室均已開展3D打印技術。

不過,目前3D打印技術在臨床的應用,主要用于術前規劃、提前演練、骨科匹配等方面,而備受關注的活體器官打印仍處于探索階段。醫生和患者們都希望,科技攻關的速度能快點、再快點,早日實現3D打印活體器官,用以緩解移植器官數量不足的現況,為更多終末期重癥患者帶來新的希望。

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