使用3D打印模型進(jìn)行先天性心臟病研究

來源：廣西增材制造協(xié)會(huì)

在最近發(fā)表的“用于3D打印的精確先天性心臟病模型生成”中，研究人員探索了用于先天性心臟病（CHD）患者的診斷，治療和計(jì)劃的3D打印。冠心病通常在出生時(shí)出現(xiàn)并且很難分析，即使使用3D醫(yī)學(xué)圖像，盡管世界各地的科學(xué)家進(jìn)行了許多不同的研究。研究人員指出，3D打印最近在臨床環(huán)境中被“廣泛采用”，提供以下改進(jìn)：
臨床決策
介入規(guī)劃
醫(yī)生和患者之間的溝通
改善醫(yī)學(xué)教育

（上）CHD大結(jié)構(gòu)變異的例子。在正常心臟解剖結(jié)構(gòu)（a）中，PA與RV連接。然而，在肺閉鎖（b）中，PA相當(dāng)小并且與下降的Ao相連。在共同的動(dòng)脈干（c）中，Ao連接到RV和LV，并且PA連接到Ao。（下圖）我們的數(shù)據(jù)集中的肺閉鎖和常見動(dòng)脈干實(shí)例，與正常心臟解剖結(jié)構(gòu)有很大差異。

在本研究的數(shù)據(jù)集中，結(jié)合深度學(xué)習(xí)和圖形匹配整個(gè)心臟和CHD患者的大血管分割，患者的年齡從一個(gè)月到21歲，而大多數(shù)是從一個(gè)月到兩歲。在16例中，該研究涵蓋14種類型的冠心病，包括最常見的8種，即房間隔缺損（ASD），房室隔缺損（AVSD），動(dòng)脈導(dǎo)管未閉（PDA），肺動(dòng)脈狹窄（PS），室間隔缺損（VSD），共同作用（CA），法洛四聯(lián)癥（ToF）和大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位（TGA）。

提出的框架概述結(jié)合深度學(xué)習(xí)和圖形匹配的整體心臟和大血管分割在冠心病，研究人員解釋說，使用多模態(tài)全心臟分割方法已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，結(jié)合3D U-net進(jìn)行分割和簡(jiǎn)單的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了“最先進(jìn)的性能”。標(biāo)簽位置預(yù)測(cè)。另一種技術(shù)涉及使用基本的簡(jiǎn)單卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)簽位置預(yù)測(cè)，而另一種技術(shù)涉及血池分割中的血池和心肌。

“考慮到冠心病的心臟結(jié)構(gòu)和血管連接的顯著變化，幾乎所有現(xiàn)有的方法都無法有效地在冠心病中進(jìn)行全心臟和大血管分割，”研究人員表示，他們使用深度學(xué)習(xí)和圖形匹配來獲得圖形匹配的承諾，總體上收集了68張CT圖像，骰子得分提高了11.9％。該框架包括：
興趣區(qū)域種植
腔室和心肌分割
血池分割
腔室和心肌細(xì)化
圖匹配
分割結(jié)果印在Sailner J501Pro上進(jìn)行評(píng)估，這一過程使研究人員花了大約三到四個(gè)小時(shí)。研究人員評(píng)估3D打印模型是正確的，并且具有清晰的形狀和連接，需要進(jìn)行細(xì)微的改進(jìn)，例如薄的冠狀血管。

“我們還通過微小的手工改進(jìn)打印出部分細(xì)分結(jié)果，并表明它可以應(yīng)用于臨床使用，”研究人員總結(jié)道。事實(shí)證明，3D打印模型不僅僅對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的許多不同領(lǐng)域有所幫助，特別是因?yàn)樗鼈儾粌H可以為學(xué)生提供更多的教育，還可以為患者及其家人提供更多的幫助。術(shù)前階段 - 以及實(shí)際操作過程中的手術(shù)計(jì)劃模型。

（頂部）最先進(jìn)的方法Seg-CNN [12]和我們的方法之間的可視化比較。紅色圓圈突出了與基本事實(shí)的不同之處。（下圖）使用我們的方法進(jìn)行3D打印模型的示例以及一些小的細(xì)化。