[發明專利]一種利用超聲波原始數據引導制作心臟局部3D打印模型的方法

在審

• 申請號: 201811564030.X
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109820594A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 朱延波;張秀紅;王聯群;劉建實;關欣
• 申請（專利權）人: 天津市胸科醫院
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;G06T17/00
• 代理公司: 天津合正知識產權代理有限公司 12229
• 代理人: 郭樂

本發明公開了一種無患者選擇性的、實時動態的心臟局部3D打印模型及其制作方法，基于三維超聲心動圖，包括實時三維彩色多普勒經胸超聲心動圖與實時三維彩色多普勒經食管超聲心動圖，無輻射，重復性好，無患者選擇性，通用性強；利用超聲波非斷層數據，制作心臟局部3D打印模型，為心臟手術前制定方案、演示手術過程提供參考依據。在數據重建方面，本發明的超聲波原始數據為非斷層數據，數據處理上明顯區別于CT和MRI掃描后數據處理，最終圖像的時間分辨率高于CT和MRI掃描，同時通用于所有患者。

技術領域

本發明涉及心臟模型成型技術領域，尤其是涉及一種利用超聲波原始數據引導制作心臟3D打印模型及其制作方法，具有無患者選擇性、實時動態結構、成本低廉、患者易受等特點。

背景技術

結構性心臟病包括先天性心血管結構異常、瓣膜性心臟病及心肌病等，其共同特點是均存在心臟解剖結構和血流動力學的異常，尤其以解剖結構異常為主。同時，心臟作為人體器官，其結構相對于人體其他器官組織更為精細復雜，并且心臟狀態、血流也總是處于動態變化中。

長期以來，對心臟結構異常的檢查需要醫師在頭腦中經過“想象”形成三維圖像，要求具備比較豐富的臨床經驗和空間想象能力，這大大增加了臨床醫師手術、醫學院教學等工作的難度和壓力；對心臟實時動態變化情況的掌握就難度更大。

近年來，逐漸興起的三維(3D)打印技術可以進行實物打印，打印出來的心臟模型可以立體地顯示心臟疾病的異常狀態，可為結構性心臟病的評估提供更為直觀準確的信息。三維打印技術，又稱為疊加制造技術或快速成型技術，在醫學領域目前應用范圍主要限于牙科、骨科，以及生物工程、再生醫學等基礎研究方面，在心臟疾病臨床應用方面的研究較少。主要原因是：一方面，由于早期軟硬件設備的不成熟，三維打印機使用的原始數據無法獲取成功，而且醫學影像檢查設備的時間分辨率和空間分辨率達不到三維打印精度的需求；另一方面，心臟結構相對于人體其他器官組織更為精細復雜，不僅僅在于解剖形態結構的變化，還有血流動力學方面的要求，這就導致三維打印模型原始數據精度的要求非常高，而早期醫學影像檢查儀器的圖像質量無法達到這樣的精度要求，所以國內外對于心臟疾病的三維打印模型的研究較少。

目前已經有國外學者將三維打印技術應用于結構性心臟病輔助診斷和治療方面的研究，如瓣膜置換與成形、心臟移植、心臟腫瘤、復雜性先天性心臟病，以及大血管病變等方面；三維打印最重要的步驟是三維打印模型的建立，在之前的研究中，三維模型的原始數據主要來源于CT和MRI。CT和MRI結合3D打印技術的發展，為醫師提供了直觀的心臟3D靜態模型，推動了醫學的進步。

但是，源于CT數據的3D打印仍然存在如下缺點：(1)斷層數據；(2) 檢查具有電離輻射，可能存在二次傷害；(2)需要注射對比劑進行增強檢查，例如，腎功能不全或者對比劑過敏的患者無法進行CT檢查；(3)平均候檢時間和檢查時間較長；(4)單次檢查成本高；(5)患者需要特別體位配合；等。

源于MRI數據的3D打印具有如下缺點：(1)斷層數據；(2)檢查時患者處于強磁場的不利環境；(3)MRI成像對于患者的嚴格選擇性，例如，如體內有金屬假體的患者無法進行MRI檢查；(4)候診和檢查時間較長；(5)單次檢查成本高；等。

更重要的是，CT和MRI掃描的都為斷層數據，只能提供某一時間點的靜態數據，無法實時采集心臟的動態變化情況。更為糟糕的是，部分病患并不適合做CT、MRI檢查，這大大折損了心臟3D打印技術的應用價值。

如果能夠尋找到一種可以適合絕大多數患者、并且可以快速獲取心臟動態數據并通過3D打印建立心臟動態模型的方法，將有助于醫師對心臟情況做出快速、準確判斷。