CT三維重建及快速成型技術在兒童先天性心臟病術前評估的應用研究

游 天 高 輝 譚非易 肖 磊 張 堃*

目前，先天性心臟病在所有出生缺陷性疾病中占比約為40%，致病機制尚不完全明確，極少數先天性心臟病兒童可在生長發育過程中自愈，但諸多先天性心臟病兒童需經過手術治療方可緩解臨床不適癥狀，幫助兒童恢復機體健康[1-2]。盡管心臟外科技術較完善，但是兒童作為一類特殊群體，臟器發育不完善，手術風險較其他人群高，因此探尋新的手術方案，對提高手術療效、降低手術風險尤為重要[3]。

CT三維重建和快速成型技術最早于20世紀80年代應用于醫學領域，目前這兩種技術結合使用，主要用于各類醫學器官模型制作[4]。采用CT三維重建和快速成型技術制作模型與機體真實器官完全按照1:1比例，醫師通過測量、觀察模型，可清楚了解病灶部位與解剖關系，為患者制定更加切實可行的手術方案，從而提高疾病診斷正確性，確保手術成功率[5-6]。鑒于此，本研究通過采集、整理及分析近年來先天性心臟病患兒病歷資料，分析CT三維重建與快速成型術的應用價值，旨在指導兒童先天性心臟病手術方案的制定。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采集2018年3月至2020年3月期間湖南中醫藥大學第一附屬醫院接受手術治療的104例先天性心臟病患兒病歷資料，根據患兒術前是否采取CT三維重建和快速成型技術建模指導手術，將其分為模型組(50例)和非模型組(54例)。模型組中男患兒26例，女患兒24例；年齡1～6歲，平均年齡(4.12±0.75)歲；心臟病類型中室間隔缺損12例，房間隔缺損13例，動脈導管未閉12例，法洛四聯癥13例；監護人文化程度為高中及以下12名，大專及以上38名。非模型組中男患兒28例，女患兒26例；年齡1～8歲，平均年齡(4.52±0.83)歲；心臟病類型中室間隔缺損13例，房間隔缺損14例，動脈導管未閉13例，法洛四聯癥14例；監護人文化程度為高中及以下13名，大專及以上41名。兩組患兒上述基線資料對比均衡性良好，差異無統計學意義，具有可比性。本研究設計思路與方法均遵循醫學倫理相關規定，且在整理患兒資料前，均取得患兒監護人同意。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①患兒存在不同程度的發紺、好蹲踞，體檢聞及心臟雜音；②均經心臟血管造影確診為先天性心臟??；③患兒一般資料、手術記錄單等均保存完善。

(2)排除標準：①患兒存在嚴重感染、活動性結核等疾??；②合并其他先天性疾病，如先天性脊柱畸形；③凝血功能異常的患兒。

1.3 儀器設備

采用Q7型彩色超聲儀(荷蘭PHILIPS公司)；CT影像掃描儀(荷蘭PHILIPS公司)；Mimics醫用圖像處理軟件(比利時Materialise公司)。

1.4 治療方法

(1)非模型組：采取常規手術方法對患兒進行對癥治療。

(2)模型組：三維重建圖像及快速成型技術建模，患兒均接受心臟彩色超聲檢查與增強工業CT(industrial CT，ICT)系統影像學檢查(層厚設置：0.45 mm)，獲取相關影像學圖像數據，導入Mimics醫用圖像處理軟件進行三維圖像建模。①讀取圖像，將影像學數據導入Mimics軟件，軟件分析后自動生成冠狀面與矢狀面圖像；②提取輪廓，在確保重建組織全被選取的前提下，將重建組織外掛結構的輪廓陰影降至最低，調節至合適清晰度，界定閾值在適合范圍內，形成蒙面；③選擇熱區，人工進行嚴謹的篩查圖像數據、漏洞處理，這一過程需嚴謹仔細；④生成三維模型，利用軟件功能將斷層DICOM圖像轉變為三維模型并輸出保存，再次利用3D打印技術，進行雙層結構處理，最終制成心臟實體模型，該模型可清楚的再現先天性心臟病的三維立體圖像，見圖1。

圖1 先天性心臟疾病圖像及三維重建模型

1.5 觀察與評價指標

(1)手術情況：對比兩組患兒手術成功率、術中病死率、轉外科治療及終止手術情況。

(2)手術相關指標及住院時間：記錄并對比兩組手術時間、圍術期輸血量、主動脈阻斷時間、體外循環時間和住院時間。

(3)并發癥：包括切口愈合不良(出院時，手術切口仍未愈合)、感染(切口處出現紅、腫，伴壓痛，體溫≥37.5 ℃，血培養病原菌檢查顯示陽性)、胸水(胸腹部經超聲檢查顯示判別)、肺不張(肺部X射線檢查顯示組織透亮度低，均勻性密度增加)。

1.6 統計學方法

采用SPSS23.0統計分析軟件錄入數據并分析，全部計量資料均經正態性檢驗，符合正態分布以均值±標準差()表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率(%)表示，兩組間比較采用x2檢驗，當期望值＜5時，采用連續校正x2檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患兒手術情況比較

兩組患兒術中均無死亡病例；非模型組轉外科治療1例，兩組手術成功率和終止手術率比較，差異均無統計學意義(x2=2.109，x2=1.221；P＞0.05)，見表1。

表1 兩組患兒手術情況對比[例(%)]

2.2 兩組患兒手術相關指標及住院時間比較

模型組患兒手術時間、主動脈阻斷、體外循環及住院時間均短于非模型組，圍術期輸血量較少，兩組比較差異有統計學意義(t=9.386，t=4.016，t=4.690，t=5.268，t=17.548；P＜0.05)，見表2。

2.3 兩組患兒并發癥比較

模型組患兒并發癥總發生率低于非模型組，兩組比較差異有統計學意義(x2=5.361，P＜0.05)，見表3。

表2 兩組患兒手術相關指標及住院時間比較()

表2 兩組患兒手術相關指標及住院時間比較()

表3 兩組患兒并發癥對比[例(%)]

3 討論

既往先天性心臟病兒童的手術僅僅依靠特定部位的斷層圖像及手術團隊臨床經驗來完成，手術風險系數較高，術中微小的意外即可導致手術無法順利進行，手術的安全性無法明確保障，可造成醫患關系的緊張，因此探尋合理、科學的方法確保先天性心臟病手術的順利進行及手術實施的安全性，對提高手術療效、改善醫患關系尤為重要[7]。

CT三維重建及快速成型技術均是臨床不斷研究、探索的成果，將快速成型技術與CT三維重建技術相結合，制作與患者患病器官1∶1基本相同的模型，由于其更具直觀性、準確性，便于術前主治醫師制定手術方案、手術預演、術中指導以及植入物的改進，更能確保手術的精簡化和個性化，對提高手術療效具有關鍵意義[8-9]。模型的制作還利于主治醫師向患者及家屬講解手術設計方案、預演手術過程等，提高認知，進而提升依從性，CT三維重建與快速成型技術的優勢顯而易見[10-11]。本研究結果顯示，與非模型組相比，模型組患兒手術時間、主動脈阻斷時間、體外循環時間及住院時間均較短，圍術期輸血量較少，且患兒并發癥總發生率較低，整體手術效果更好，表明在對先天性心臟病患兒進行手術治療前，合理運用CT三維重建及快速成型技術建模指導手術方案的制定，可有效壓縮手術時間、縮短主動脈阻斷及體外循環時間，減少術后并發癥，更利于患兒術后恢復。這是因為，CT三維重建及快速成型技術是將三維數據導入，利用軟件功能進行預處理，并將數據轉化為實體模型，呈現與患兒患病臟器形狀、大小相同的實體模型，進而指導手術進行。

通過CT三維重建技術能夠幫助醫師獲取患兒心臟結構更為詳細的解剖信息，利于主治醫師對心臟進行觀察、測量，尤其是部分尚在發育階段的年齡較小的患兒，更利于主治醫師明確其心臟與相鄰組織間的生理解剖關系，幫助手術團隊提前定量分析患兒的心室連接、大血管形態、連接等情況，手術團隊可先在此模型上進行手術方案的預設計及規劃，對于存在手術不合理或者其他可能導致手術風險的因素，可及時、合理調整手術方案，這種模型可指導手術，更利于術前準備、手術預演與團隊配合操作，利于減少術中意外發生，保障術中操作安全性與操作的精準，確保手術順利進行[12-14]。通過CT三維重建及快速成型技術的模型分析，可以幫助手術團隊在術前即明確掌握病灶部位、形狀、大小等，并提前設計好心包補片，利于術中實體手術操作時，醫師在心臟停跳前快速完成心臟補片的形狀設計及剪裁，這對簡化手術流程、壓縮體外循環轉體時間意義重大，不僅極大縮短了手術時間，還可最大程度減輕手術對臟器的損傷，減少術后并發癥發生，手術安全性得以保證，繼而提高手術成功率[15-17]。CT三維重建及快速成型技術構建的兒童先天性心臟模型，便于主治醫師向患兒監護人進行術前溝通，醫務人員可通過術前向患兒家屬展示操作過程，幫助監護人更加直觀明了的知悉手術過程，加強監護人對手術的認知，能夠有效緩解患兒監護人不良心理負擔，取得信任與支持，提高治療信心，利于接下來診療工作的順利開展[18-20]。

本研究結果顯示，先天性心臟病患兒接受心臟手術治療前采用CT三維重建及快速成型術制作模型，可指導手術計劃的制定，對縮短手術時間、主動脈阻斷時間、體外循環時間及住院時間意義重大，患兒圍術期失血量減少，術后各相關并發癥減少，手術安全性極大提高。但值得注意的是，本研究顯示兩組患兒手術成功率相比，差異無統計學意義，這可能與本次納入的樣本數量較少有關，且臨床相關研究并不多見，本研究所得結果與結論的可靠性，尚需在未來開展更多大樣本的對比研究加以驗證。

4 結論

先天性心臟病患兒心臟重建模型中采用不同顏色標記心臟及大血管解剖形態及與毗鄰關系，能夠清晰再現先天性心臟病的解剖異常情況，并可應用于臨床解剖教學中。先天性心臟病患兒接受心臟手術治療前采用CT三維重建及快速成型術制作模型，對于臨床疾病診療、醫學教學均具有重要意義。