基于3D打印的结构性心脏病模拟仿真诊疗技术的应用研究
发布时间：2020-11-07 16:20
我国每年有大量结构性心脏病患者需手术治疗,当前医学影像技术难以提供精准的心血管解剖结构信息,尤其是复杂结构性心脏病准确的诊断更是临床上的难题。3D打印技术特有的材料成型方式较适合制备具有复杂内部结构的医学实体模型。3D打印实体心脏模型可直观呈现心脏内部及血管的精确三维解剖结构,有助于精准理解结构位置和相对空间关系。目前该方向上研究大多是利用硬质材料打印患者的心脏模型,仅仅展示了心脏的解剖结构和各部分的空间位置关系。而3D打印构建软质的心脏模型,并以此为基础进行实体模拟手术,用于辅助诊断和手术规划的研究,国内还少见报道。另外,基于数字化技术的虚拟手术术前规划,难以真实直观的反映实际手术的操作,模拟效果往往与真实情况会有较大的偏差。与CT医学影像数据的对比显示,3D打印技术可准确构建实体室间隔缺损心脏模型,且尺寸精度达到了±5um。利用PolyJet 3D打印技术具有的多材料共混合打印系统,设计与构建具有不同邵氏硬度的软性数字化材料,通过力学表征,比较了杨氏模量、断裂强度、粘弹性、玻璃化转化温度和抗撕裂强度等重要的力学性能,优化并选择了最适用于模拟心脏组织力学性能的数字化材料,用于实体模型构建和模拟手术仿真。基于材料的本征力学性能,运用有限分析进行高精度的手术过程仿真,准确构建实体软质心脏模型内部的内应力与应变分布,检验仿真手术可实施性,并为进一步开发多材料非均质软性仿真心脏模型提供力学分析依据。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.08;TP391.73
【部分图文】：
华南理工大学硕士学位论文介入的手术方式和传统的心脏外科手术结合同时依靠多种诊断方式构性心脏病的手术方案的规划也是临床上的难题，有些复杂结构性心诊断制定出精准合理的手术方案，这些都是结构性心脏病临床诊疗上。室间隔缺损是一种比较常见的先天性心脏病，该病是由于心脏在胚之间的间隔在发育过程出现了异常，在左右心室之间形成异常通道，压比右心室的高，当有室间隔缺损存在时，血液分流方向从左心室到环血流量会增加[13]，如图 1.1 所示。室间隔缺损的血流动力学改变与血管的状况有关，缺损小于 0.5cm 时，从左向右分流的流量比较小，乱；当缺损（0.5cm～lcm）时，有明显的左向右分流，肺循环流量超过肺动脉压正常或轻度升高；缺损达 lcm 以上，面积超过 1／2 主动脉流量可为体循环的 3～5 倍，则分流量很大[12]。
图 1.2：室间隔缺损血流动力示意图Fig 1.2：Hemodynamics of ventricular septal defect间隔缺损的治疗一般在体外循环直视下行缺损修补，目前多采用依缺损大小和类型，分别采用不同的修补技术[16]。直径小于 1cm缝合，如边缘为纤维组织，可直接作间断缝合，必要时外加褥式垫小型缺损，以用褥式垫片缝合为宜，以防因缝线割裂肌肉影响手术 的缺损，以用相应大小的涤纶或聚四氟乙烯织片缝补为宜，以免因撕脱[17]。如果出现肌部室间隔缺损和动脉导管未闭等室间隔缺损则室间隔缺损的经导管闭合的手术实施量每年都在增长，由于 VSD），多孔中隔，心肌梗塞后或高室间压力梯度时发生，这些缺陷的杂的[18]，往往需要介入手术治疗，目前已有很多填补装置用于经导治疗，图 1.3 是室间隔缺损封堵手术的示意图。室间隔缺损可单独脉狭窄、房间隔缺损、动脉导管未闭及大动脉错位等复杂结构性心
图 1.3：室间隔缺损封堵手术示意图Fig 1.3：Schematic of Ventricular Septal Defect sealing operation 打印技术又称快速成型技术或增材制造技术，指的是通过逐层打印方式立体空间模型的技术，它的优势为快速、可定制化、可重复性、精确性高技术和传统的影像学结合起来对结构性心脏病的个性化介入治疗，有着力和价值。3D 打印的成型工艺有很多种，现阶段应用于医学领域的打印积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化快速成型(SLA)、聚合物喷Jet）、生物材料打印[24-26]。其中聚合物喷射成型(PolyJet)技术在结构性心脏内，具有重大的应用前景，它是目前软性材料快速成型的主要技术之一，术使用多喷头将光敏树脂和起支撑作用的聚合物同时喷射到工作台，再使，完全凝固后再喷涂下一层[27]。由于支撑材料的存在，光敏树脂可以在完态下凝固成型，因此它可以完成体积较大的模型的快速制造[28]，心脏组织的软组织，外科手术医生可通过 PolyJet 成型技术打印具有一定柔软度的
【参考文献】
本文编号：2874183
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.08;TP391.73
【部分图文】：
华南理工大学硕士学位论文介入的手术方式和传统的心脏外科手术结合同时依靠多种诊断方式构性心脏病的手术方案的规划也是临床上的难题，有些复杂结构性心诊断制定出精准合理的手术方案，这些都是结构性心脏病临床诊疗上。室间隔缺损是一种比较常见的先天性心脏病，该病是由于心脏在胚之间的间隔在发育过程出现了异常，在左右心室之间形成异常通道，压比右心室的高，当有室间隔缺损存在时，血液分流方向从左心室到环血流量会增加[13]，如图 1.1 所示。室间隔缺损的血流动力学改变与血管的状况有关，缺损小于 0.5cm 时，从左向右分流的流量比较小，乱；当缺损（0.5cm～lcm）时，有明显的左向右分流，肺循环流量超过肺动脉压正常或轻度升高；缺损达 lcm 以上，面积超过 1／2 主动脉流量可为体循环的 3～5 倍，则分流量很大[12]。
图 1.2：室间隔缺损血流动力示意图Fig 1.2：Hemodynamics of ventricular septal defect间隔缺损的治疗一般在体外循环直视下行缺损修补，目前多采用依缺损大小和类型，分别采用不同的修补技术[16]。直径小于 1cm缝合，如边缘为纤维组织，可直接作间断缝合，必要时外加褥式垫小型缺损，以用褥式垫片缝合为宜，以防因缝线割裂肌肉影响手术 的缺损，以用相应大小的涤纶或聚四氟乙烯织片缝补为宜，以免因撕脱[17]。如果出现肌部室间隔缺损和动脉导管未闭等室间隔缺损则室间隔缺损的经导管闭合的手术实施量每年都在增长，由于 VSD），多孔中隔，心肌梗塞后或高室间压力梯度时发生，这些缺陷的杂的[18]，往往需要介入手术治疗，目前已有很多填补装置用于经导治疗，图 1.3 是室间隔缺损封堵手术的示意图。室间隔缺损可单独脉狭窄、房间隔缺损、动脉导管未闭及大动脉错位等复杂结构性心
图 1.3：室间隔缺损封堵手术示意图Fig 1.3：Schematic of Ventricular Septal Defect sealing operation 打印技术又称快速成型技术或增材制造技术，指的是通过逐层打印方式立体空间模型的技术，它的优势为快速、可定制化、可重复性、精确性高技术和传统的影像学结合起来对结构性心脏病的个性化介入治疗，有着力和价值。3D 打印的成型工艺有很多种，现阶段应用于医学领域的打印积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化快速成型(SLA)、聚合物喷Jet）、生物材料打印[24-26]。其中聚合物喷射成型(PolyJet)技术在结构性心脏内，具有重大的应用前景，它是目前软性材料快速成型的主要技术之一，术使用多喷头将光敏树脂和起支撑作用的聚合物同时喷射到工作台，再使，完全凝固后再喷涂下一层[27]。由于支撑材料的存在，光敏树脂可以在完态下凝固成型，因此它可以完成体积较大的模型的快速制造[28]，心脏组织的软组织，外科手术医生可通过 PolyJet 成型技术打印具有一定柔软度的
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 李裕舒;朱峰;;结构性心脏病的介入治疗进展[J];临床心血管病杂志;2017年10期
2 胡立伟;钟玉敏;;3D打印技术在儿童先天性心脏病诊断及治疗中的应用进展[J];中国医学物理学杂志;2015年04期
3 李医博;吴炳祥;;结构性心脏病介入治疗的进展[J];心血管病学进展;2013年04期
4 陈志刚;龙滨;李煜华;周健;何俊;王海燕;;超声在结构性心脏病复合畸形介入治疗中的应用[J];实用医院临床杂志;2012年05期
5 胡正平;张晔;谭营;;区域进化自适应高精度区域增长图像分割算法[J];系统工程与电子技术;2007年06期
6 陈冬岚,刘京南,余玲玲;几种图像分割阈值选取方法的比较与研究[J];机械制造与自动化;2003年01期
本文编号：2874183
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/2874183.html
