在30余年的發(fā)展歷程中，3D打印技術(shù)以巨大的優(yōu)勢推動了建筑、機(jī)械制造等領(lǐng)域的發(fā)展。隨著材料學(xué)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的進(jìn)步，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在骨科及頜面外科應(yīng)用較多。近年來，3D打印的心臟模型在心血管學(xué)科的教學(xué)、技術(shù)培訓(xùn)、治療方案制定等方面發(fā)揮了獨特作用。本文著眼于3D打印技術(shù)在心血管疾病領(lǐng)域的應(yīng)用，探討這項技術(shù)的潛在價值。

心臟的解剖結(jié)構(gòu)精巧而又復(fù)雜，認(rèn)識心臟結(jié)構(gòu)需要較強(qiáng)的空間思維能力，而構(gòu)建先天性心臟病的空間結(jié)構(gòu)則難度更大。3D打印技術(shù)能直觀地展示心臟，在展示空間結(jié)構(gòu)方面具有明顯的優(yōu)勢。

有研究顯示，將利用3D打印技術(shù)制作的心臟模型運用到心血管專科醫(yī)護(hù)人員教育培訓(xùn)中取得了良好的效果，加深了其對心臟疾病的解剖和病理生理特點的理解。心臟外科醫(yī)師培養(yǎng)周期長已是業(yè)內(nèi)共識，很大因素是由于心臟獨特的生理特點和外科操作技術(shù)難度大，而現(xiàn)實中缺乏滿意的訓(xùn)練模具也是無法回避的問題。

3D打印技術(shù)為生產(chǎn)特定疾病的心臟模型提供了可能。Hermsen等利用肥厚性梗阻型心肌病的3D模型模擬手術(shù)與真實手術(shù)的對比，良好的一致性不僅是造模方法的成功，更對手術(shù)技術(shù)培訓(xùn)方式提供了新的思路。

另一方面，由于3D打印技術(shù)能準(zhǔn)確還原心臟結(jié)構(gòu)，利用3D模型在術(shù)前規(guī)劃和制訂手術(shù)方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用在心血管治療領(lǐng)域。以右室雙出口為代表的復(fù)雜先心病為例，由于不同的解剖類型需要采取不同的術(shù)式和治療策略，3D打印的心臟疾病模型提高了術(shù)者對復(fù)雜解剖空間關(guān)系的理解，為術(shù)前制訂合理的手術(shù)方案提供了幫助。

復(fù)雜先心病不僅表現(xiàn)在心內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的畸形，也包括心外大血管位置關(guān)系的變異，增加了手術(shù)難度。3D心臟模型以其清晰顯示大血管位置關(guān)系的優(yōu)勢，可協(xié)助制定先心病心臟移植手術(shù)和心室輔助裝置植入術(shù)等復(fù)雜手術(shù)方案。此外，針對心臟腫瘤等少見疾病的外科治療中，3D模型可以準(zhǔn)確顯示瘤體大小、位置及與周圍結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系，為規(guī)劃手術(shù)策略提供幫助。

對于缺損邊緣短小的房間隔缺損病例，在3D打印模型上進(jìn)行封堵測試可以篩選適合病例，使更多可能的患者獲益于微創(chuàng)治療。在左心耳封堵的病例中，利用3D模型可以在術(shù)前更為準(zhǔn)確地測量各徑線，提前選定擬用封堵器型號，準(zhǔn)確預(yù)估封堵效果，顯著減少手術(shù)時間。利用3D模型模擬經(jīng)皮二尖瓣環(huán)成形術(shù)和經(jīng)皮主動脈瓣植入術(shù)，可以更詳細(xì)地規(guī)劃手術(shù)方案、路徑、特殊器材，減少手術(shù)風(fēng)險。

3D打印模型在心血管疾病的診治中發(fā)揮了獨特的作用，但也有自身的不足需要改進(jìn)。首先，模型精細(xì)程度有待加強(qiáng)。目前，3D建模數(shù)據(jù)來源于臨床的超聲、CT、磁共振成像(MRI)檢查，然而這些檢查都存在各自的局限性。超聲檢查的空間分辨率不足，對細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示不清；CT檢查輻射量較大，部分碘過敏患者無法進(jìn)行增強(qiáng)CT掃描，而且CT檢查無法清晰顯示瓣膜、軟組織等結(jié)構(gòu)；MRI檢查時間過長，體內(nèi)有金屬植入物的患者無法進(jìn)行。

在大部分研究中均以CT數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建模，其心臟模型不能很好地體現(xiàn)瓣膜、房間隔缺損的軟邊、室間隔缺損的囊袋等結(jié)構(gòu)。其次，打印材料有待改進(jìn)。由于技術(shù)條件的限制和心臟結(jié)構(gòu)的周期性變化，使3D模型完全模擬真實心臟還有很大的差距，且制作模型的時間較長、成本較高。

最重要的是3D打印技術(shù)在心血管領(lǐng)域尚未帶來革命性的變化。早在20年前，影像重建技術(shù)已經(jīng)能讓我們在屏幕中看到三維的圖像，而且可以通過旋轉(zhuǎn)從不同的角度觀察心臟。

近年來，計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使我們可以在電腦屏幕中任意切割心臟，并觀察不同切面的三維圖像。相較而言，3D打印模型不過是把屏幕中的圖像變成可以在手上把玩的模型而已。

部分專家認(rèn)為3D打印是"噱頭"的根本原因在于3D打印沒有真正改變治療方式及治療效果，在沒有3D打印的情況下，通過計算機(jī)屏幕中的三維圖像，同樣可以達(dá)到相同的治療方案及效果。例如，在右室雙出口的病例中，根據(jù)三維圖像判斷不能建立內(nèi)隧道的患者，并不能通過3D打印的模型模擬手術(shù)后推翻上述判斷，進(jìn)而改變手術(shù)方式。

可見3D打印顯示空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢并沒有給心臟醫(yī)師帶來太多驚喜，因此3D打印在心血管領(lǐng)域應(yīng)用的重點在于體外測試功能，即在打印出來的模型中模擬治療，以制定不同的治療方案，而上述模型的精細(xì)程度及材料的仿真性能是制約其體外測試功能的關(guān)鍵。

例如，用3D打印來指導(dǎo)左心耳封堵術(shù)，雖然打印出來的心耳與三維重建的圖像相比并無優(yōu)勢，但是可以在心耳中植入封堵器，測試其穩(wěn)定性。不過受打印材料硬度的限制，封堵器穩(wěn)定性的測試并不十分可靠，更重要的是，沒有證據(jù)表明使用3D打印模型選擇的封堵器比使用傳統(tǒng)方法選擇的封堵器具有更好的效果。

更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)來自心血管疾病的特殊性，由于心血管領(lǐng)域的植入設(shè)備相對復(fù)雜，心臟外科植入的瓣膜要求有良好的血流動力學(xué)性能，經(jīng)導(dǎo)管植入技術(shù)要求植入設(shè)備可以壓縮裝載在導(dǎo)管內(nèi)。所以當(dāng)骨科領(lǐng)域已經(jīng)能夠為患者打印個性化骨塊并植入體內(nèi)完成治療的時候，3D打印在心血管領(lǐng)域的應(yīng)用仍局限在結(jié)構(gòu)展示和體外測試方面，其應(yīng)用受到極大的限制。

心血管疾病有其特殊性，只有充分考慮這種特殊性，3D打印才能避免淪為"噱頭"。在3D打印應(yīng)用在心血管領(lǐng)域的大潮中，我們的團(tuán)隊堅持應(yīng)用3D打印改變治療模式及效果的原則，并倡導(dǎo)"3D＋"的概念。如果3D打印技術(shù)不能提供優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的效果，更精細(xì)的模型，更優(yōu)良的材料，則只能增加患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3D打印技術(shù)僅僅提供空間結(jié)構(gòu)及體外測試優(yōu)勢是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足臨床需求的，只有將3D打印技術(shù)與其他新技術(shù)結(jié)合起來才能發(fā)揮巨大的作用，正如互聯(lián)網(wǎng)要與金融、物流、社交、娛樂等相結(jié)合，其互聯(lián)互通的作用才能得到發(fā)揮。在"3D＋"的時代，各種新技術(shù)將與3D打印技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其體外測試功能，為患者提供新的治療手段。

例如，對于多發(fā)房間隔缺損的患者，雖然在3D打印模型上我們可以制定最佳治療方案：選擇最佳封堵孔，最佳封堵器類型及尺寸，但是我們實現(xiàn)不了這個最佳治療方案。傳統(tǒng)的介入治療使用放射線引導(dǎo)，而放射線無法分辨最佳封堵孔的位置。

所以3D打印本身并不能改變多發(fā)房間隔缺損的治療模式及效果，只有在3D打印的基礎(chǔ)上，應(yīng)用超聲引導(dǎo)經(jīng)皮介入技術(shù)，才能在超聲的幫助下進(jìn)入最佳封堵孔，并實現(xiàn)3D打印制定的治療方案，從而在臨床上改變多發(fā)房間隔缺損的治療效果。

隨著自然科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用"3D＋"的概念將3D打印技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，3D打印將擺脫"噱頭"形象，改變心血管疾病的治療模式及效果。國家心血管病中心在3D打印技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的工作，在采集技術(shù)、材料研發(fā)、體外測試平臺、打印設(shè)備微型化等方面進(jìn)行重點研發(fā)，為3D打印技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。未來隨著影像及電生理采集技術(shù)的進(jìn)步，3D打印將不僅僅模擬心臟的三維結(jié)構(gòu)，而是可以同時展示心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)，幫助外科醫(yī)師規(guī)劃縫合路徑，幫助電生理醫(yī)師定位消融位點。

隨著體外測試技術(shù)及細(xì)胞材料的進(jìn)步，3D打印模型將獲得運動功能，可以在模型上測試手術(shù)后的血流動力學(xué)，大大提高手術(shù)方案的準(zhǔn)確性。隨著材料學(xué)的進(jìn)步，未來心血管領(lǐng)域?qū)⑾窆强祁I(lǐng)域一樣可以為患者打印個性化的植入設(shè)備，例如為嚴(yán)重鈣化的主動瓣狹窄患者打印個性化的無縫合瓣膜，可以有效避免瓣周漏及心臟破裂等并發(fā)癥。

隨著打印設(shè)備的小型化，精細(xì)化，將與導(dǎo)管技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)體內(nèi)打印。人們將不再滿足于定制個體化的植入設(shè)備，而是將微型化的打印設(shè)備直接送入體內(nèi)，在打印個性化設(shè)備的同時完成植入，例如主動脈夾層累及重要分支、左右肺動脈狹窄、冠脈分叉病變的患者均可以在體打印分叉支架。3D打印將成為真正的治療手段，而不再是一個旁觀者和測試者，更不再是"噱頭"。

3D打印技術(shù)并不是新鮮事物，只有與臨床需求相結(jié)合，以改變治療模式及臨床療效為目標(biāo)，才能在心血管治療領(lǐng)域發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。在3D＋時代，3D打印技術(shù)將與其他技術(shù)相結(jié)合，改變傳統(tǒng)的治療模式，提高心血管疾病的診療效果，更好地造福廣大心血管病患者。

作者：潘湘斌