CT三维重建及快速成型技术在儿童先天性心脏病术前评估的应用研究

游 天 高 辉 谭非易 肖 磊 张 堃*

目前，先天性心脏病在所有出生缺陷性疾病中占比约为40%，致病机制尚不完全明确，极少数先天性心脏病儿童可在生长发育过程中自愈，但诸多先天性心脏病儿童需经过手术治疗方可缓解临床不适症状，帮助儿童恢复机体健康[1-2]。尽管心脏外科技术较完善，但是儿童作为一类特殊群体，脏器发育不完善，手术风险较其他人群高，因此探寻新的手术方案，对提高手术疗效、降低手术风险尤为重要[3]。

CT三维重建和快速成型技术最早于20世纪80年代应用于医学领域，目前这两种技术结合使用，主要用于各类医学器官模型制作[4]。采用CT三维重建和快速成型技术制作模型与机体真实器官完全按照1:1比例，医师通过测量、观察模型，可清楚了解病灶部位与解剖关系，为患者制定更加切实可行的手术方案，从而提高疾病诊断正确性，确保手术成功率[5-6]。鉴于此，本研究通过采集、整理及分析近年来先天性心脏病患儿病历资料，分析CT三维重建与快速成型术的应用价值，旨在指导儿童先天性心脏病手术方案的制定。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采集2018年3月至2020年3月期间湖南中医药大学第一附属医院接受手术治疗的104例先天性心脏病患儿病历资料，根据患儿术前是否采取CT三维重建和快速成型技术建模指导手术，将其分为模型组(50例)和非模型组(54例)。模型组中男患儿26例，女患儿24例；年龄1～6岁，平均年龄(4.12±0.75)岁；心脏病类型中室间隔缺损12例，房间隔缺损13例，动脉导管未闭12例，法洛四联症13例；监护人文化程度为高中及以下12名，大专及以上38名。非模型组中男患儿28例，女患儿26例；年龄1～8岁，平均年龄(4.52±0.83)岁；心脏病类型中室间隔缺损13例，房间隔缺损14例，动脉导管未闭13例，法洛四联症14例；监护人文化程度为高中及以下13名，大专及以上41名。两组患儿上述基线资料对比均衡性良好，差异无统计学意义，具有可比性。本研究设计思路与方法均遵循医学伦理相关规定，且在整理患儿资料前，均取得患儿监护人同意。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①患儿存在不同程度的发绀、好蹲踞，体检闻及心脏杂音；②均经心脏血管造影确诊为先天性心脏病；③患儿一般资料、手术记录单等均保存完善。

(2)排除标准：①患儿存在严重感染、活动性结核等疾病；②合并其他先天性疾病，如先天性脊柱畸形；③凝血功能异常的患儿。

1.3 仪器设备

采用Q7型彩色超声仪(荷兰PHILIPS公司)；CT影像扫描仪(荷兰PHILIPS公司)；Mimics医用图像处理软件(比利时Materialise公司)。

1.4 治疗方法

(1)非模型组：采取常规手术方法对患儿进行对症治疗。

(2)模型组：三维重建图像及快速成型技术建模，患儿均接受心脏彩色超声检查与增强工业CT(industrial CT，ICT)系统影像学检查(层厚设置：0.45 mm)，获取相关影像学图像数据，导入Mimics医用图像处理软件进行三维图像建模。①读取图像，将影像学数据导入Mimics软件，软件分析后自动生成冠状面与矢状面图像；②提取轮廓，在确保重建组织全被选取的前提下，将重建组织外挂结构的轮廓阴影降至最低，调节至合适清晰度，界定阈值在适合范围内，形成蒙面；③选择热区，人工进行严谨的筛查图像数据、漏洞处理，这一过程需严谨仔细；④生成三维模型，利用软件功能将断层DICOM图像转变为三维模型并输出保存，再次利用3D打印技术，进行双层结构处理，最终制成心脏实体模型，该模型可清楚的再现先天性心脏病的三维立体图像，见图1。

图1 先天性心脏疾病图像及三维重建模型

1.5 观察与评价指标

(1)手术情况：对比两组患儿手术成功率、术中病死率、转外科治疗及终止手术情况。

(2)手术相关指标及住院时间：记录并对比两组手术时间、围术期输血量、主动脉阻断时间、体外循环时间和住院时间。

(3)并发症：包括切口愈合不良(出院时，手术切口仍未愈合)、感染(切口处出现红、肿，伴压痛，体温≥37.5 ℃，血培养病原菌检查显示阳性)、胸水(胸腹部经超声检查显示判别)、肺不张(肺部X射线检查显示组织透亮度低，均匀性密度增加)。

1.6 统计学方法

采用SPSS23.0统计分析软件录入数据并分析，全部计量资料均经正态性检验，符合正态分布以均值±标准差()表示，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料以率(%)表示，两组间比较采用x2检验，当期望值＜5时，采用连续校正x2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患儿手术情况比较

两组患儿术中均无死亡病例；非模型组转外科治疗1例，两组手术成功率和终止手术率比较，差异均无统计学意义(x2=2.109，x2=1.221；P＞0.05)，见表1。

表1 两组患儿手术情况对比[例(%)]

2.2 两组患儿手术相关指标及住院时间比较

模型组患儿手术时间、主动脉阻断、体外循环及住院时间均短于非模型组，围术期输血量较少，两组比较差异有统计学意义(t=9.386，t=4.016，t=4.690，t=5.268，t=17.548；P＜0.05)，见表2。

2.3 两组患儿并发症比较

模型组患儿并发症总发生率低于非模型组，两组比较差异有统计学意义(x2=5.361，P＜0.05)，见表3。

表2 两组患儿手术相关指标及住院时间比较()

表2 两组患儿手术相关指标及住院时间比较()

表3 两组患儿并发症对比[例(%)]

3 讨论

既往先天性心脏病儿童的手术仅仅依靠特定部位的断层图像及手术团队临床经验来完成，手术风险系数较高，术中微小的意外即可导致手术无法顺利进行，手术的安全性无法明确保障，可造成医患关系的紧张，因此探寻合理、科学的方法确保先天性心脏病手术的顺利进行及手术实施的安全性，对提高手术疗效、改善医患关系尤为重要[7]。

CT三维重建及快速成型技术均是临床不断研究、探索的成果，将快速成型技术与CT三维重建技术相结合，制作与患者患病器官1∶1基本相同的模型，由于其更具直观性、准确性，便于术前主治医师制定手术方案、手术预演、术中指导以及植入物的改进，更能确保手术的精简化和个性化，对提高手术疗效具有关键意义[8-9]。模型的制作还利于主治医师向患者及家属讲解手术设计方案、预演手术过程等，提高认知，进而提升依从性，CT三维重建与快速成型技术的优势显而易见[10-11]。本研究结果显示，与非模型组相比，模型组患儿手术时间、主动脉阻断时间、体外循环时间及住院时间均较短，围术期输血量较少，且患儿并发症总发生率较低，整体手术效果更好，表明在对先天性心脏病患儿进行手术治疗前，合理运用CT三维重建及快速成型技术建模指导手术方案的制定，可有效压缩手术时间、缩短主动脉阻断及体外循环时间，减少术后并发症，更利于患儿术后恢复。这是因为，CT三维重建及快速成型技术是将三维数据导入，利用软件功能进行预处理，并将数据转化为实体模型，呈现与患儿患病脏器形状、大小相同的实体模型，进而指导手术进行。

通过CT三维重建技术能够帮助医师获取患儿心脏结构更为详细的解剖信息，利于主治医师对心脏进行观察、测量，尤其是部分尚在发育阶段的年龄较小的患儿，更利于主治医师明确其心脏与相邻组织间的生理解剖关系，帮助手术团队提前定量分析患儿的心室连接、大血管形态、连接等情况，手术团队可先在此模型上进行手术方案的预设计及规划，对于存在手术不合理或者其他可能导致手术风险的因素，可及时、合理调整手术方案，这种模型可指导手术，更利于术前准备、手术预演与团队配合操作，利于减少术中意外发生，保障术中操作安全性与操作的精准，确保手术顺利进行[12-14]。通过CT三维重建及快速成型技术的模型分析，可以帮助手术团队在术前即明确掌握病灶部位、形状、大小等，并提前设计好心包补片，利于术中实体手术操作时，医师在心脏停跳前快速完成心脏补片的形状设计及剪裁，这对简化手术流程、压缩体外循环转体时间意义重大，不仅极大缩短了手术时间，还可最大程度减轻手术对脏器的损伤，减少术后并发症发生，手术安全性得以保证，继而提高手术成功率[15-17]。CT三维重建及快速成型技术构建的儿童先天性心脏模型，便于主治医师向患儿监护人进行术前沟通，医务人员可通过术前向患儿家属展示操作过程，帮助监护人更加直观明了的知悉手术过程，加强监护人对手术的认知，能够有效缓解患儿监护人不良心理负担，取得信任与支持，提高治疗信心，利于接下来诊疗工作的顺利开展[18-20]。

本研究结果显示，先天性心脏病患儿接受心脏手术治疗前采用CT三维重建及快速成型术制作模型，可指导手术计划的制定，对缩短手术时间、主动脉阻断时间、体外循环时间及住院时间意义重大，患儿围术期失血量减少，术后各相关并发症减少，手术安全性极大提高。但值得注意的是，本研究显示两组患儿手术成功率相比，差异无统计学意义，这可能与本次纳入的样本数量较少有关，且临床相关研究并不多见，本研究所得结果与结论的可靠性，尚需在未来开展更多大样本的对比研究加以验证。

4 结论

先天性心脏病患儿心脏重建模型中采用不同颜色标记心脏及大血管解剖形态及与毗邻关系，能够清晰再现先天性心脏病的解剖异常情况，并可应用于临床解剖教学中。先天性心脏病患儿接受心脏手术治疗前采用CT三维重建及快速成型术制作模型，对于临床疾病诊疗、医学教学均具有重要意义。