專家訪談：心血管醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印

　　什么是3D打印?

　　LaPrincess C Brewer：大家好，我是LaPrincess Brewer。今天我們將討論3D打印在先天性心臟病中的角色。今天加入討論的是Thomas Foley博士，他是放射學(xué)的助理教授，專門從事多模態(tài)成像。

　　3D打印是引人注目的新技術(shù)，有可能徹底改變心臟介入領(lǐng)域。我們非常期待這種創(chuàng)新性技術(shù)將如何提高我們對(duì)結(jié)構(gòu)性心臟病的理解和知識(shí)。首先，什么是3D打印?

　　Thomas A Foley：3D打印，也叫做“疊層制造”或“快速成型”，是一種使用3D打印機(jī)器以一次一層制造三維模型的技術(shù)。通過制造一種材料的薄層和另一種薄層材料的薄層結(jié)合，經(jīng)過一段時(shí)間后，從底部開始建立一個(gè)模型。模型基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，而模型的設(shè)計(jì)則根據(jù)計(jì)算機(jī)程序，發(fā)送至打印機(jī)，打印機(jī)開始打印。

　　這需要許多技術(shù)。今天我們看到的模型就是使用液體樹脂以一定頻率暴露在紫外線后經(jīng)過打印機(jī)打印而來的。它是在同一時(shí)間結(jié)合而成的。其它打印機(jī)也可使用石膏粉，類似強(qiáng)力膠的材料可以粘合。也有使用激光融化后的金屬進(jìn)行打印的打印機(jī)。另一些打印機(jī)則使用塑料，通過加熱融化在一起。還有一些打印機(jī)甚至使用巧克力等產(chǎn)品，從而制造可食用的打印產(chǎn)品。

　　Dr Brewer：制造心臟或瓣膜3D模型的過程是怎樣的呢?

　　Dr Foley：要想制造心臟或身體任一部分的模型，你需要先從成像模式開始。大多數(shù)情況下使用CT或MRI，有了患者心臟的CT圖像后，我們還需要一個(gè)容量數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集有一堆圖片，組合在一起的時(shí)候可行形成和解剖學(xué)一樣的模型。獲得后選擇我們想打印的部分，而這個(gè)過程需要幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)。當(dāng)解剖學(xué)成像從圖像中剪切出來后，還需要另一個(gè)程序的處理。在這個(gè)步驟中，模型中的任何干擾將會(huì)被磨平。如果模型需要中空的話，我們也可以做成空心的。如果你想切割的話也可以同時(shí)進(jìn)行。假如模型的部分沒有聯(lián)接好，你可以通過釘子連接，從而使模型不至于分開。

　　Dr Brewer：它給了你一個(gè)真正的空間關(guān)系，并允許你實(shí)際處理處置模型。

　　Dr Foley：是的，當(dāng)這部分完成后，你把它和最初獲得的圖像重疊比照后，你就可以驗(yàn)證模型所對(duì)應(yīng)患者的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。然后你把它發(fā)送到打印機(jī)就可以打印了。我們的打印機(jī)打印一個(gè)小模型需要4個(gè)小時(shí)左右，打印一個(gè)心臟模型需要12個(gè)小時(shí)。一些解剖模型甚至需要打印好幾天。

　3D打印可以改善治療結(jié)果嗎?

　　Dr Brewer：有研究比較過3D模型和傳統(tǒng)心血管成像技術(shù)的區(qū)別嗎?

　　Dr Foley：只有少部分研究包括個(gè)案或小型病例系列研究，多為個(gè)案報(bào)告。研究者通常報(bào)告3D打印有助于提高手術(shù)的安全性或節(jié)約了時(shí)間。

　　盡管尚無對(duì)照試驗(yàn)觀察轉(zhuǎn)歸以探討3D是否能改善轉(zhuǎn)歸或節(jié)約費(fèi)用，但我們?nèi)匀徽J(rèn)為這一個(gè)非常好的技術(shù)。研究將會(huì)及時(shí)的進(jìn)行，一些已經(jīng)在計(jì)劃中。如果一個(gè)外科醫(yī)生告訴我們這是有益的，這讓他們?cè)谑中g(shù)中更加自信，我們就會(huì)為他們制造模型。當(dāng)你得到患者的知情同意后，它對(duì)患者也非常有益，因?yàn)樗麄兛梢愿玫乩斫馐中g(shù)過程。我們發(fā)現(xiàn)患者也非常喜歡這種技術(shù)。

　　Dr Brewer：你剛才有提到節(jié)約費(fèi)用。使用3D打印可以節(jié)約費(fèi)用嗎?保險(xiǎn)可以報(bào)銷嗎?

　　Dr Foley：盡管沒有對(duì)照試驗(yàn)顯示可以節(jié)約費(fèi)用，但我們認(rèn)為它們確實(shí)可以，因?yàn)槭中g(shù)時(shí)間和麻醉的費(fèi)用非常高，外科醫(yī)生在開胸前就知道解剖結(jié)構(gòu)所節(jié)約的費(fèi)用就可以抵消模型的費(fèi)用。如果它們可以提高安全性或預(yù)防并發(fā)癥，保險(xiǎn)將會(huì)覆蓋模型的費(fèi)用。目前，保險(xiǎn)公司和醫(yī)保沒有覆蓋模型的費(fèi)用。我們大部分的模型一般使用發(fā)展基金。在一些地區(qū)，模型的費(fèi)用通過外科醫(yī)生手術(shù)外的費(fèi)用支付。

　　心臟病領(lǐng)域3D打印的未來

　　Dr Brewer：3D打印的未來是什么?你對(duì)此有何預(yù)測(cè)?

　　Dr Foley：這種技術(shù)有廣闊的前景。在短期而言，3D打印仍然將主要用于手術(shù)方案。我們?cè)谝粋€(gè)6歲的患者中使用了3D模型，患者有室間隔缺損、肺動(dòng)脈閉鎖且多個(gè)旁路動(dòng)脈從主動(dòng)脈離開進(jìn)入肺部。該模型用于明確旁路動(dòng)脈位置，因?yàn)椴糠峙月沸枰c主要肺動(dòng)脈重新連接，部分需要結(jié)扎，外科醫(yī)生認(rèn)為這種方法對(duì)手術(shù)方案及明確告訴他需要做什么非常有用。

　　在不久的將來，手術(shù)方案將是主要用處之一。另一個(gè)用處是用于擇期介入術(shù)，如放置經(jīng)皮瓣膜。我們已經(jīng)做了幾個(gè)病例，嘗試在臺(tái)上放置瓣膜病并觀察它是如何吻合的，手術(shù)怎樣才算是成功的。

　　除了我剛才講的，我們還將開始打印可植入設(shè)備，如打印患者自定義尺寸的心臟瓣膜或者導(dǎo)管，而這些設(shè)備有可能使用與患者同時(shí)生長(zhǎng)的生物學(xué)材料。如果用于兒童的話，有可能不需要再次瓣膜置換或有可能延長(zhǎng)需要瓣膜置換的時(shí)間。一些研究者說他們將來能夠打印可跳動(dòng)的心臟。這是一個(gè)新的起點(diǎn)，但我認(rèn)為在它不會(huì)很快發(fā)生，但我們拭目以待。

　　Dr Brewer：機(jī)會(huì)看來是無限的，但目前獲得的途徑非常有限。什么類型的醫(yī)學(xué)中心的患者和外科醫(yī)生及心臟病學(xué)家可以利用3D打印呢?

　　Dr Foley：據(jù)我所知，在先天性心臟病領(lǐng)域，世界上有許多中心在做。我們也在做，許多大學(xué)像亞利桑那州立大學(xué)和鳳凰兒童醫(yī)院正在合作。多倫多大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)的3D打印項(xiàng)目更大。還有其它的中心，例如歐洲和亞洲的許多中心。甚至有些更小的中心也在做，如果他們沒有3D打印機(jī)，許多公司會(huì)幫他們做模型。他們將數(shù)據(jù)發(fā)給公司并告訴他們做什么，公司將會(huì)做出模型。如果你是一個(gè)外科醫(yī)生，他們會(huì)發(fā)給你一個(gè)初步的數(shù)字模型，看看是否符合你所想要的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，然后他們就會(huì)打印出來。還有部分公司只是打印，你可以自己在電腦上做模型，然后發(fā)送到某個(gè)地方打印。世界上還有許多中心在內(nèi)部自己做，但也有其它選擇，如承包給其它企業(yè)。

　　Dr Brewer：非常精彩的信息。Dr. Foley，感謝為我們帶來這樣一種創(chuàng)新工具的重要見解。