刘丽文:3D打印 为丈量Liwen术式精度做参照
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肥厚型心肌病,临床上常见的遗传性心血管病之一,是青年人及运动员心源性猝死的主要原因。相较于室间隔酒精消融术,2016年,由空军军医大学西京医院刘丽文教授命名的Liwen术式具有不开胸、不停跳、路径短、创伤小、恢复快、无辐射等优势,为广大肥厚型心肌病患者提供了新的微创诊疗选择。

5年磨一“针”,正如其它技术的发展进程一样,Liwen术式在全国多家中心陆续开展并积累经验后也将朝着精准化和个性化的方向发展。

如何全面掌握心脏结构和状态?如何有效避免心脏表面血管?如何提升治疗有效率?……

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术式的改良,究根不难,难的是如何在辅助技术井喷式发展的状态下,选择合适的方向。

2018年起,刘丽文主任与空军军医大学西京医院杨剑教授团队开启3D打印在肥厚型心肌病诊疗领域的合作。杨剑教授在3D打印领域研究颇深,2020年4月,由杨剑教授主编的《心血管3D打印技术》正式出版。书中详细地介绍了3D打印技术在先天性心脏病、瓣膜病、左心耳封堵术、心脏肿瘤疾病、心肌病、大血管疾病领域的应用进展情况,以及心血管3D打印的方法、材料选择等。

2021年10月16日,国际心血管3D打印暨陕西省增材制造产业链医学应用高峰论坛在古都西安顺利召开。会议举办期间,刘丽文教授介绍了3D打印在肥厚型心肌病中的临床应用。

四大难点,Liwen术式升级挑战

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Liwen术式,即在超声引导下,在跳动的心脏上将特制的诊疗装置经皮经心肌穿刺抵达心脏靶区,进行诊断和治疗心脏疾病;其机制在于通过高频电波导致肥厚的心肌组织细胞内的离子产生热效应,局部温度高达90~100℃,进而导致肥厚的心肌细胞脱水坏死,同时,还可达到阻断肥厚心肌组织血液供应的效果。这一术式开创了继外科和心导管之外的创新路径。

2016年,这一术式被空军军医大学西京医院伦理委员会正式批准应用于临床。2017年8月,这一术式获得正式注册,并正式命名为Liwen术式。
事物是不断变化发展的,从诞生到应用,Liwen术式也在一步一步走向精准化和个性化升级。刘丽文教授结合Liwen术式在国内各大中心进行普及推广过程中,临床医师面临的常见问题,总结梳理了该术式在实际应用中的4大难点,即:二维图像“难看全”、进针操作“难掌握”、消融范围“难精确”、疗效评估“难全面”。
刘丽文教授表示,其根本原因是由于心脏影像学的局限性带来术者诊断和操作上的不确定性。因此,Liwen术式的更新则需要探索一种基于医学影像数据的更直观、更高效的辅助技术。

逐个击破,3D打印为术者指引方向

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如果说影像学技术在心脏介入治疗领域的飞速发展为临床医生打开了一扇天窗,在人体内这片黑暗的空间中照进一束光亮,让术者能在厚重的云雾之下依稀探明心脏结构,那么3D打印技术可以说将彻底将笼罩在心脏结构周围的迷雾拨开,把模糊的物体具象化,彻彻底底地、真实地为术者提供了一个基于不同患者、不同心脏结构的1:1模型。

在医学领域,3D打印技术通过对骨骼、肌肉、血管、神经等解剖结构进行高仿真地精确打印可以用于辅助教学、手术模拟、术前方案制定;从这一点出发,Liwen术式也基于3D打印技术攻克了影像数据带来的临床痛点。

刘丽文教授解释,包括超声在内的以往单一检查手段或图像仅能反映心脏某一方面的情况,虽然可以通过超声准确测量室间隔厚度、评估左室流出道梗阻,通过造影观察间隔支走形情况,但却无法掌握心脏结构和状态。此时,则需要在术前整合超声、CT、CMR等影像数据,获得心脏三维模型。

而通过整合术前超声、CT、核磁等影像数据,3D打印技术可以获取个体化心脏三维模型全面把握心脏重要的解剖结构,对室间隔进行精确布局和分区评估,了解心肌肥厚部位与程度和心肌纤维化程度,提供更为全面的评估

其次,3D打印模型也可以细致展示心脏表面血管、冠脉及间隔支走行,从而帮助术者确定最佳穿刺点位置并合理规划穿刺路径并确保手术安全性。此外,通过改良打印材质获得可穿刺的训练模型,在模型上进行室间隔穿刺、术中针道转换等可视化操作,通过反复的训练增加术者经验,一定程度上推动了Liwen术式的教学及推广进度。

在确定消融区域方面,根据目前的经验,术中需要消融对应的间隔支以达到术后室间隔变薄的要求,但是术中超声无法全面反映血管的分布及走行,而通过CTA观察心肌内间隔支也存在一定的局限性。3D打印模型则可以显示室间隔冠脉间隔支分布、确定手术预消融区域,使Liwen术式更精确,目前应用3D打印技术辅助的Liwen术式治疗有效率已经提升至91.7%。

术后评估方面,术后利用超声心肌声学造影、CT或CMR技术,仅能获得消融区的平面解剖图获得长径、短径、面积等表征参数,无法获得消融区体积,进行全面评价。通过对消融区三维建模获得消融区的完整几何形状可以评估术后即刻消融效果和随访期间的消融区体积变化情况,为评估患者的预后改善提供依据。

可以说,3D打印技术在Liwen术式治疗肥厚型心肌病的全程均扮演了重要角色。

用事实说话,3D打印技术辅助Liwen术式的真实运用

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随后,刘丽文教授用两例临床真实病例详细展示了3D打印技术在辅助Liwen手术中的辅助应用。 

第一例病例为一名肥厚型心肌病患者。

患者为一名男性,38岁,有多次黑朦及晕厥史,超声评估显示间隔最大厚度26mm,左室流出道(LVOT)压差90mmHg,左室心腔内压差60mmHg。
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刘丽文教授强调,患者心脏表面存在室壁瘤,室壁瘤边缘与心室厚度相差不到3mm,而针管大小即有1.7mm,如何精确的将针头穿入心肌,抵达心脏靶点,消融时如何避免伤害室壁瘤,是此例手术的主要难点。
而3D打印模型则为团队提供了方法,术前团队通过3D打印的模型辅助术者准确计算了进针点位置及消融区域。按照术前利用3D模型制定的手术策略进行操作,本例手术效果良好,消融区在各切面上投影尺寸,与术前方案设计的预消融范围一致。
第二例患者则是一位70岁老年女性心脏肿瘤患者。
患者超声评估显示右心室占位,瘤体位于右室游离壁,尺寸8.18*3.14cm,收缩期突入肺动脉,瘤体巨大,基地较宽,与正常室壁界限不清;CT及核磁评价显示肿瘤血供极其丰富,右冠分支分布于肿瘤表面,考虑为恶性。
“这位老人在我们国内很多地方去就诊,都是没有手术机会的,包括我们医院的心内、外科会诊也是。”刘丽文教授介绍,在全院大会诊时,病人选择Liwen术式进行手术治疗。
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开展本例手术之前,刘丽文教授团队依旧选择预先采用3D模型的方式,为患者制定手术方案。

通过整合术前超声、CT、核磁等影像数据,团队获得了心脏及瘤体三维模型,清晰明了地确定了供血血管走行,随后模拟手术路径以指导术中消融。对患者瘤体进行消融治疗后即刻超声评估显示瘤体减小、流出道内径增大、压差减小;随访9个月时瘤体减小,流出道内径增大,流出道压差减小。截止目前,术后随访5年,生活自理,无不适。

明朝路已明,3D打印未来可期

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最后,刘丽文教授总结表示,随着3D打印技术在多种心脏疾病中的应用,它已成为心血管方向教学与临床实践模拟仿真的重要工具,正在引领着我们不断想象、挑战、规划和实施心血管疾病的临床干预。

未来,3D打印技术将在电生理、结构性心脏病、冠状动脉与全身性血管疾病等方面不断取得突破,而相关指南、建议与体系的完善,未来发展短期与长期目标的规划、从医生、工程师到技术人员的人才培养,更多优秀的3D打印实验室与技术中心的建立等诸多方面都将不断发展并日臻完善。

专家简介

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空军军医大学西京医院超声医学科主任;空军高层次科技人才;空军军医大学西京医院肥厚型心肌病中心主任;陕西省肥厚型心肌病多学科会诊中心主任;西京医院肥厚型心肌病国际合作中心主任;空军军医大学影像医学与核医学博士;主任医师、教授,博士生导师;美国Jefferson大学及Drexel大学访问学者;陕西省超声医师规范化培训基地负责人;Liwen术式治疗肥厚型心肌病创始人;Liwen术式治疗心脏肿瘤创始人;Liwen术式心肌活检创始人;解放军超声医学专业委员会常务委员;解放军介入诊疗学专业委员会常务委员;中国超声医学工程学会超声心动图专业委员会副主委;中华医学会超声医学分会委员;陕西医学会超声医学分会副主委。

长期从事心血管超声临床和科研工作,不断积极开展新技术、新业务,有丰富的临床经验及研究经历。主要研究方向:(1)心肌病的遗传及诊治转化研究;(2)肥厚型心肌病猝死危险分层研究;(3)肥厚型心肌病与心脏肿瘤超声介入治疗基础与临床研究。

在研究工作的基础上,于2016年4月28日开展国际首例超声引导下经皮心脏肿瘤射频消融术(已查新),已完成10例;开展国际首例超声引导下经皮经心尖HOCM射频消融术(已查新),截止目前,已成功完成400余例。近五年来,以第一负责人身份获得军队装备重点课题1项,国家国际科技合作专项基金1项,国家自然科学基金面上项目3项,全军后勤科研基金面上项目1项,陕西省重点项目1项,陕西省国际合作计划项目1项;发表SCI论文及中文核心期刊200余篇,其中以第一或通讯作者发表SCI论文30余篇,单篇最高24.094。申请PCT国际专利1项,获批国家专利8项,计算机软件著作权2项。担任国科金评审专家,荣获陕西省科技进步二等奖2项、全军“优秀超声医师奖”、陕西省优秀自然科学论文、西安之星(医学卫生领域)等称号。带领科室荣获全国三八红旗荣誉集体、空军军医大学集体三等功称号。

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