由附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心、上海市小兒先天性心臟病研究所主辦的“計(jì)算機(jī)模擬及3D打印技術(shù)在心血管血流動(dòng)力學(xué)研究上的應(yīng)用”學(xué)術(shù)研究會(huì)日前在該院心臟中心順利舉行。來(lái)自日本、澳大利亞、北京、上海、廣州、南京等國(guó)內(nèi)外小兒心血管外科專家，生物醫(yī)學(xué)工程專家以及計(jì)算機(jī)模擬和3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)人士出席會(huì)議。
上海市小兒先心病研究所所長(zhǎng)、兒中心心胸外科專家劉錦紛教授作《計(jì)算機(jī)模擬及3D打印在小兒先天性心臟病臨床中的應(yīng)用》主題報(bào)告。他指出，計(jì)算機(jī)模擬血流動(dòng)力學(xué)研究對(duì)揭示與因血流運(yùn)動(dòng)異常引起的小兒先心病發(fā)病原因，以及術(shù)前臨床診治方案選擇和術(shù)后治療效果預(yù)測(cè)有著重要意義。兒中心是2006年在全國(guó)最早開展醫(yī)工交叉合作進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬研究的單位之一，至今已有10余年的研究經(jīng)驗(yàn)，累計(jì)獲得各級(jí)科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，包括國(guó)家自然科學(xué)基金10項(xiàng)，省部級(jí)課題16項(xiàng)。2015年，兒中心與世界3D打印軟件及服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)者之一的Materialise公司聯(lián)合共建了國(guó)內(nèi)首個(gè)“兒科3D數(shù)字醫(yī)學(xué)研究中心”，聚焦小兒心血管學(xué)科的臨床研究與轉(zhuǎn)化，使更多復(fù)雜先心病患兒獲益。
眾所周知，心臟是人體胚胎發(fā)育過(guò)程中最早形成并發(fā)揮功能的器官，其形成是個(gè)十分復(fù)雜的形態(tài)發(fā)育過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，心臟發(fā)育過(guò)程中與血流動(dòng)力學(xué)影響息息相關(guān)，通過(guò)采集大量的臨床影像學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬血流動(dòng)力變化對(duì)心血管系統(tǒng)形成的影響，以此為尋找先心病成因提供重要依據(jù)。在運(yùn)用于治療方面，利用計(jì)算機(jī)血流動(dòng)力學(xué)特性模擬分析，開展基于個(gè)體化醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)三維重建計(jì)算機(jī)輔助虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，尋找評(píng)估符合患者個(gè)體化最佳血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，預(yù)測(cè)手術(shù)治療效果。這一技術(shù)對(duì)于諸如心外管道FONTAN手術(shù)、肺動(dòng)脈環(huán)縮術(shù)、改良體肺分流術(shù)等，以及氣道畸形、胸骨畸形患者提供更為精準(zhǔn)的治療方案。
另一方面，利用計(jì)算機(jī)重建技術(shù)3D打印患者個(gè)體化解剖模型，可以幫助醫(yī)生在術(shù)前更加直觀地了解個(gè)體心血管的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，這無(wú)疑給醫(yī)患雙方加上了一份雙保險(xiǎn)。劉教授指出，特別是復(fù)雜先心病患者個(gè)體化情況，精確掌握心臟缺陷的形態(tài)、大小、位置、程度，以及周邊組織的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以對(duì)心臟功能進(jìn)行深入分析。這彌補(bǔ)了常規(guī)影像檢查中的局限性，更改變了以往復(fù)雜心臟手術(shù)僅靠主刀醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)和臨場(chǎng)判斷的現(xiàn)狀。在3D數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的支持下，利用虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)與計(jì)算血流動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等學(xué)科開展醫(yī)工交叉研究分析，醫(yī)生可為患者定制個(gè)性化、精確化的手術(shù)方案，縮小手術(shù)創(chuàng)面，減少手術(shù)時(shí)間，大大提高復(fù)雜手術(shù)的成功率，大幅提升患者的生存質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)模擬及3D打印技術(shù)不僅在研究領(lǐng)域大放異彩，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了研究成果向臨床的成功轉(zhuǎn)化。在兒中心，與生物材料和組織工程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了氣管支架、一體化帶瓣管道、瓣膜和法洛氏四聯(lián)癥補(bǔ)片設(shè)計(jì)方面新的突破，使得設(shè)計(jì)更加符合人體生物流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加快了相關(guān)科學(xué)研究向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。“同時(shí)，我們將這一技術(shù)直接運(yùn)用在臨床發(fā)生率較高的漏斗胸矯治術(shù)上，呈現(xiàn)非常好的效果。”劉教授介紹：“兒中心于2004年起就開展了胸腔鏡輔助下行NUSS術(shù)。雖然在當(dāng)時(shí)這是一種創(chuàng)傷極小的先進(jìn)手術(shù)方式，但由于植入鋼板是統(tǒng)一規(guī)格，因此并不能兼顧患者的個(gè)體差異性，術(shù)后仍會(huì)出現(xiàn)并發(fā)癥和不適感。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以根據(jù)不同患者的個(gè)體情況，分析骨骼厚度，模擬胸骨畸形受力形變和骨骼起伏變形程度，從生物力學(xué)分析角度為患者選擇最佳手術(shù)矯治方案，量身定制植入鋼板，使手術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療最佳預(yù)期效果。”
據(jù)悉，目前由劉錦紛教授領(lǐng)銜的數(shù)字化醫(yī)學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在愛佑慈善基金的資助下，聯(lián)合企業(yè)公司正在利用云端及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建中國(guó)最大、最完整的3D復(fù)雜先心病仿真數(shù)據(jù)庫(kù)。區(qū)別于現(xiàn)有的醫(yī)院信息系統(tǒng)和二維影像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，本項(xiàng)目所建立的3D數(shù)字化復(fù)雜先心病數(shù)據(jù)庫(kù)是在已有的臨床影像學(xué)二維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建，該數(shù)據(jù)庫(kù)克服傳統(tǒng)生物標(biāo)本收集、制作、保存中存在的困難，構(gòu)建的3D數(shù)字化先心病模型，有利于病理圖譜制作與大樣本庫(kù)的建立。同時(shí)，計(jì)算機(jī)3D數(shù)字化模型，具有分離顯示、輪廓示意、染色、逐層等特效功能，可任意內(nèi)外角度旋轉(zhuǎn)觀察，任意放大和縮小數(shù)字化展示，有利于臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)與展示，將為復(fù)雜先心病的臨床醫(yī)師培訓(xùn)發(fā)揮巨大的作用。3D數(shù)字化模型因?yàn)樵隗w外可以清晰展現(xiàn)復(fù)雜心血管結(jié)構(gòu)的比例關(guān)系，對(duì)于各種罕見復(fù)雜先心病案例的術(shù)前方案規(guī)劃設(shè)計(jì)以及定制特殊的植入裝置具有重大的意義。同時(shí)，該數(shù)據(jù)庫(kù)還將3D數(shù)字化模型配有對(duì)應(yīng)復(fù)雜先心病專家提供的相關(guān)生理、病例解剖說(shuō)明，及治療方案建議，并結(jié)合計(jì)算機(jī)虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，及最優(yōu)血流動(dòng)力學(xué)手術(shù)規(guī)劃方案，供廣大臨床醫(yī)師培訓(xùn)、學(xué)習(xí)及參考使用。
劉錦紛教授還透露，目前，小兒先心病研究所已加入法國(guó)達(dá)索公司全球虛擬心臟“LIVING HEART
PROJECT”項(xiàng)目，相信醫(yī)工交叉研究的結(jié)合與轉(zhuǎn)化將為3D及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在小兒先心病研究領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用拓展更大的技術(shù)空間。
