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科室简介

心血管医学3D打印联合实验室介绍

        成立的背景和意义

        3D打印也称为“增材制造”或“快速成型”技术。心血管3D打印,即利用CT、核磁共振( MRI)、超声等影像数据构建心血管结构的3D模型文件,通过3D打印机打印出心血管结构模型。在心血管病领域,在国外的应用案例开展较早,被认为在术前规划、医患沟通、医学教育等方面将带来前所未有的裨益。结构性心脏病患者在未来将持续是人类疾病谱的重要组成部分,因此从医疗市场空间看,也具有广阔发展空间。国内结构性心脏病3D打印领域有个别个案发表,但大多尚在理论准备和酝酿阶段。

        2017年10月11日,广东省人民医院和珠海赛纳打印科技股份有限公司正式成立国内首个心血管医学3D打印医研企联合实验室,对于3D打印在心血管病临床医疗、科研、人才培养及医患沟通等方面的应用具有重大意义。以此为基础,实验室进一步联合西安电子科技大学和黑龙江拓盟科技有限公司,分别对虚拟现实(Virtual Reality, VR)和混合现实(Mixed Reality, MR)技术在临床的应用研究展开了深度的合作,正式铺开了3D打印、VR和MR技术组成的三维可视化辅助诊疗系统在临床应用的版图。(虚拟现实技术:通过头戴式显示器,让使用者只看到虚拟画面,沉浸在完全虚拟的世界里;混合现实技术:通过特殊的可穿戴设备,把虚拟画面混合到真实环境中,让使用者感受到两者完全混合的视觉效果)

        实验室的优势

        广东省人民医院心血管医学3D打印联合实验室是将医、研、企集于一体的典范,三方面均各自拥有强大的实力:医,即医疗,代表的是广东省人民医院,具有雄厚的医疗实力,尤其是在心血管病方面国内外领先的诊疗水平;研,即研究,代表的是广东省心血管研究所、华南理工医学院、西安电子科技大学等医学院校,具有医学和工科两方面的高水平研究能力;企,即企业,代表的是珠海赛纳打印科技股份有限公司、黑龙江拓盟科技有限公司等,在3D打印和3D模型可视化领域具有国内外先进的软硬件设备及继续研发能力。医、研、企三方各取所长,再通过深度的合作与结合,能够强有力地推动3D打印、VR和MR技术自身发展的同时,更能够促进其在心血管病及其他学科的临床实际的应用。

        目前致力于解决的问题

        我国目前约670万结构性心脏病患者需手术治疗,该病病变部位个体差异大,治疗方案复杂多变,手术难度大。利用计算机重建技术3D构造患者解剖模型,可以更加直观地了解个体化心血管解剖学结构,特别是复杂先心病患者个体化情况,精确掌握心脏缺陷的形态、大小、位置、程度,以及周边组织的结构,同时可以对心脏功能进行深入分析。这弥补了常规影像检查中的局限性,更改变了以往复杂心脏手术仅靠主刀医师的经验和临场判断的现状。在3D数字医学技术的支持下,利用虚拟手术设计技术与计算血流动力学、材料力学、结构力学等学科开展医工交叉研究分析,医生可为患者定制个性化、精确化的手术方案,缩小手术创面,减少手术时间,大大提高复杂手术的成功率,大幅提高患者的生存质量。


CT影像 → 计算机建模 → 3D打印

        将3D数字医学研究与3D打印技术结合,用于病理模型制作,特别是先心病模型,与传统生物标本模型相比,更有利于克服收集、制作、保存中存在的种种困难,节省大量的人力、物力和财力,同时,也有利于临床医学教学与展示、病理图谱制作与样本库的建立等。结构性心脏病的模型库的建立,将缓解目前医学院校标本匮乏的现状。

        在教学与人才培养方面,通过开展3D数字医学研究,可以带动基础领域研究新的发展,促进组织工程、分子生物学等领域的创新,同时,培养一批既懂医学临床知识,又懂工学研究的医工交叉复合型人才队伍,有利于心血管医学教育、临床应用的现代化改革与创新,带动新的学科建设,构建心血管精品课程培训与教学,积极参与国家心血管相关法规、标准、规范、规划、方案等的制定,从而带动心血管相关专业发展。   

        基于医学影像及相关数据制作的3D打印解剖模型,有利于促进医患之间的沟通与理解,方便医师、患者及其家属对所患疾病与病情的了解,与传统利用二维CT\MRI影像资料相比,3D模型更加形象生动,降低医患之间的交流障碍,增进理解,减少误会。

        除了3D打印实体模型之外,目前实验室还致力于可视化复诊诊疗系统的研发,该系统除了包含3D打印技术外,还包含了虚拟现实(Virtual Reality, VR)和混合现实(Mixed Reality, MR)两种技术,目前,两种技术均能清晰地全方位多色彩地显示心脏的3D数字模型,它们还分别具有自己独特的功能,VR技术可以让术者以内窥的方式观察心血管腔内的结构,MR技术可以将虚拟模型和真实心血管结构重叠以起到独特的导航作用,目前该系统已经投入到临床应用中。借鉴已经取得的经验和技术,我院的肺科也将3D打印和混合现实技术投入到肺结节体表定位等研究当中,目前已经应用于多例肺癌患者的手术当中,初步取得了令人满意的结果。同样的,神经外科、烧伤科等学科也将相关技术应用到相关领域的术前诊断、手术规划等临床诊疗环节中。

        本院以及多家合作单位正在紧锣密鼓地更深入地研发更好的软硬件设备,同时正在大范围地推广相关技术及成果到更多的学科和其他单位,以期为更多患者的生命健康保驾护航。

        未来的发展方向

        实验室的近期目标是借助3D打印、虚拟现实和混合现实技术组成的三维可视化辅助诊疗系统帮助术前诊断 、术中“导航”和术后评估及借助模型和建模进行心血管血流动力学科学研究和临床应用,以及推广至其他医学领域;中期目标是个体化定制打印人体内可植入的生物或非生物移植物;远期目标是通过结合细胞培育技术制造可供移植的“人造心脏”,给传统的外科模式带来革命性的变革。

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