3D打印技術是基于三維數字化圖像分層加工材料（塑料、樹脂及金屬），疊加制作三維物體的新型尖端技術，又稱快速成型技術或3D打印技術。隨著醫學影像學的快速發展及材料加工行業的逐漸成熟，3D打印技術逐漸被應用到醫療行業，目前多應用于骨科、口腔科、整形外科及生物工程方面的基礎研究，但由于心血管疾病的特殊性，其在心臟領域的臨床應用尚處于起步階段。

3D打印技術主要包括獲取圖像、建模及實體打印三個步驟。超聲心動圖作為3D打印技術獲取圖像的重要手段之一，在心臟結構及功能的評估方面占有重要的優勢。基于超聲數據的3D打印技術通過構建心臟疾病模型來實現術前評估、醫療裝置設計、血流動力學模擬及醫療教育，可以為臨床提供更準確、直觀的信息。

本文即對基于超聲數據的3D打印技術在心臟領域的應用進展進行綜述。

2.基于超聲數據的3D打印技術步驟

1）獲取圖像：應用經胸或經食管三維容積探頭，清晰獲取二維灰階后使用“4DZOOM”功能獲取感興趣區的三維DICOM原始數據，并在工作站上轉換為DICOM格式。

2）建模：應用Matlab軟件獲取斷層信息后使用Mimics innovation suite 17.0對數據進行灰階反轉、閾值分割、編輯3Dmask（感興趣區的輪廓掩膜）、交互式分割手動去噪及計算三維模型等后續工藝，以STL格式保存。

3）實體打印：將STL格式的圖像導入打印機中，得到感興趣區域的3D模型。

3.基于超聲數據的3D打印技術在心臟領域的臨床應用

加丹等通過對比超聲與CT重建左心耳3D模型的數據，發現超聲在評估左心耳大小、形態方面與CT的一致性較高，證實三維超聲可以提供3D打印左心耳的數據集。Song等研究表明基于超聲數據的3D打印技術打印左心耳模型準確可行，該模型對左心耳形態、分類與CT結果一致性較強。基于超聲數據的3D打印左心耳模型具有容易獲取數據、準確后續工藝、實現模擬操作的優點，有望為左心耳封堵術提供個體化診療方案。Pellegrino等研究證實了基于造影及經食管超聲心動圖打印的左心耳3D模型有助于左心耳封堵術中封堵盤大小及放置位置的選擇。

2）心臟瓣膜病 心臟瓣膜結構精細，可以控制血液在心臟中的流動方向，具有重要的生理功能。引起心臟瓣膜病變的原因主要有先天性和后天性兩種，后者還包括風濕性、感染性及退行性等瓣膜病變。隨著醫學的發展，老齡人口的增多，退行性病變引起的瓣膜性心臟病病人逐年增多。

經食管超聲心動圖是獲取瓣膜動態圖像的常規方法，由于其三維圖像空間和時間分辨率較高，生成的動態三維圖像被認為優于傳統外科手術心臟停搏時的瓣膜圖像，因此三維超聲圖像可以作為3D打印的數據源。Mahmood等研究表明，應用超聲數據進行3D打印正常及病理的二尖瓣環模型較超聲圖像可以更詳細地傳達臨床信息，有利于臨床醫師評估瓣環病理改變及修復術后的變化。 Owais等通過基于超聲數據的3D打印技術打印出病人個體化的二尖瓣環，更好地評估了術前二尖瓣環幾何構造、大小及形狀。Mahmood等根據經食管超聲心動圖獲取二尖瓣的動態影像學數據，通過3D打印技術打印出二尖瓣收縮期及舒張期的實體模型，證實超聲圖像可以作為瓣膜3D打印的數據源，應用3D打印正常、缺血性及附帶黏液瘤的二尖瓣均可行。

3）先天性心臟病 先天性心臟病主要包括簡單型和復雜型兩種類型。對于簡單型先天性心臟病（如房間隔缺損、室間隔缺損及動脈導管未閉），目前大多由傳統的手術治療改為介入治療，但對于多發、形態不規則的缺損，在選擇合適的封堵方案上存在困難，需要更詳細直觀的影像學評估。對于復雜型先天性心臟病（如法洛四聯癥、大動脈轉位及右室雙出口等），因其空間結構復雜，即便結合多種影像學檢查，仍存在漏、誤診等情況。而基于超聲的3D打印模型不僅可以幫助手術醫師選擇合適的裝置及手術路徑，還可以提高手術效率、降低輻射暴露及手術并發癥的發生，進而改善手術治療效果。臨床證實基于超聲數據的3D打印先天性心臟病模型不僅安全、有效，還可以實現數據個體化。

邱旭等通過結合21例多發型房間隔缺損病人的CT及三維超聲圖像，3D打印心臟模型并進行模擬封堵測試從而確定封堵方案，均成功行封堵治療，術后隨訪1個月無明顯并發癥。

4.基于超聲數據的3D打印技術在醫患溝通與教育方面的應用 基于超聲數據的3D打印模型除可以幫助臨床醫師模擬手術進而優化手術方案，還可以輔助臨床醫師進行醫患溝通，同時也在醫學教育方面占有重要的地位。3D打印模型的出現可以更生動立體地向病人及其家屬展示這種疾病及手術方案，有利于病人及家屬理解手術的過程及存在的并發癥。在醫學教育方面，3D打印模型增加醫學生對心臟正常及異常解剖結構的理解，提高醫學生的空間定位能力。

Loke等通過3D打印技術打印出法洛四聯癥模型對18例醫學生進行授課，并與17例僅學習了二維圖像的醫學生進行比較，發現通過3D模型進行學習的學生對教學滿意度明顯增加。除此之外，隨著獲取解剖尸體難度增加，因3D打印模型不涉及倫理問題，其在解剖教學方面的應用存在巨大潛能。

現階段基于超聲的3D打印技術仍存在以下局限性：

①三維超聲的分辨率仍有待提高，以便顯示心臟更細微的結構；

②心臟及其內部結構是動態的，而目前打印出的模型都是靜態的；

③目前打印心臟的材料大部分為硬質材料，不能精確地反映心肌組織的柔軟度；

④國內外缺乏大樣本臨床實驗證明其臨床可用性及安全性。

綜上所述，三維超聲可以為3D打印左心耳、心臟瓣膜及先天性心臟病提供數據源，基于超聲數據的3D打印模型不僅可以實現模擬治療，還可以輔助醫患溝通和醫學教育，其在心血管領域的進一步應用潛能尚有待開發。