建立融合影像杂交3D打印仿真心脏模型的制作方法学及评估体系

Cardiovascular 3D printing is a new technology in recent years, through the computer processing and modeling of cardiac images, the use of 3D printers to quickly print the heart model. The technique is proved to be able to accurately reproduce the anatomy of the heart and great vessels, which is of great significance to the individualized treatment. The key problem of cardiovascular 3D printing research is to produce high accuracy and fast simulation of whole heart model. However, at present,single cardiac imaging like 3DTEE/TTE,cardiac CT, cardiac MRI, it can not satisfy the requirement of high precision modeling of the whole heart. Moreover, properties has a significant difference between 3D printing model and natural myocardium. Based on above, the study intends to （1）Improve the accuracy of 3D printing, the medical image fusion technology was used to process the full volume DICOM data of echocardiography and cardiac CT , and realize the 3D hybrid modeling of the whole heart and large vessels.(2)Improve the simulation of the 3D heart model, we are going to find the soft material which is similar to the natural heart, making model using multiple material and multiple molding.(3)Build a quantitative evaluation system of cardiovascular 3D printing model. The study aims to build the methodology and evaluation system of cardiac 3D printing based on fusion image at multi technology level, so as to promote the clinical application of cardiac 3D printing.

心血管3D打印是近年来出现的一项全新技术，通过对心脏影像的计算机后处理和建模，应用3D打印机快速打印心脏模型。该技术被证明能准确再现心脏和大血管解剖，对个性化治疗意义重大。快速制作准确度高的仿真整体心脏模型是心血管3D打印研究的关键问题。然而现阶段单一成像技术（3D超声心动图、心脏CT和核磁共振）不能满足整体心脏的高精度3D建模需求，并且现有的打印材料与自然心肌之间存在明显差异。基于此，本研究拟（1）为提高3D打印准确性，应用医学图像融合技术对心脏超声和心脏CT全容积DICOM数据进行后处理，实现整体心脏和大血管结构的3D杂交建模；（2）寻找材料力学形状与自然心脏接近的软性材料，使用多种材料多次成型法制作模型，提高3D心脏模型的仿真度；（3）建立心血管3D打印模型的定量评估系统。藉此研究在多技术层面上建立基于融合影像的心脏3D打印方法学和评估体系，推进心血管3D打印的临床应用进程。

心血管3D打印作为近几年一项新兴技术，通过对心脏影像数据的计算机后处理和建模，应用3D打印机准确再现心脏解剖结构，对心血管疾病个性化治疗意义重大。然而现阶段单一成像技术不能满足整体心脏的高精度3D建模需求，并且现有的打印材料与自然心肌之间存在明显差异。本研究通过超声心动图和心脏 CT 多模态融合影像3D 打印技术来提高心脏模型的准确性，筛选与正常心脏组织性能近似的材料制作仿真心脏模型，并将其应用于到不同疾病的临床应用中。主要内容为：（1）确定多模态融合影像3D打印的方法学，包括心脏超声和CT数据的采集方案、后处理技术、融合成像的配准方案及3D打印流程，通过动物实验和临床实验中模型与源数据、心脏标本的对比，证实了该方法学的可行性与准确性；（2）筛选和制作仿真心脏材料，采用铸模成型法制作仿真心脏模型，通过正常及病理性心脏模型与手术结果的对比，以及外科医生模拟操作的仿真度评估，证实了使用该材料和方法制作仿真模型的可行性与准确性；（3）制作体外模拟循环系统，构建动态仿真心脏模型，体外再现正常及病理性的血流动力学变化；（4）将3D打印仿真心脏模型用于不同心脏疾病的模拟操作，通过与实际操作的对比，证实了其在手术方案制定、个性化诊疗中的有用性，特别是在具有挑战性和操作难度的疾病中，为心血管疾病提供了新的辅助诊疗手段，具有广泛的应用前景。