马克“心”文献 | 3D打印心血管模型体外手术模拟在经导管主动脉瓣 置换手术教学中的应用

目 的

探究3D打印心血管模型体外手术模拟在经导管主动脉瓣置换（TAVR）教学中的应用效果。

方 法

选取2021 年3 月～2021 年9 月参加西京医院心血管外科举办的瓣膜介入治疗培训班40名学员为教学对象，分为教学实验组和对照组。对照组（25人）采用理论授课+手术直播教学方法，教学实验组（15人）采用理论授课+ 3D打印心血管模型体外手术模拟教学方法，两组教学学时一致。培训班课程结束后对两组学员进行考核比较。

结 果

考核采用的试卷主要从三个方面进行测试评价，即手术适应症和禁忌症（30分）、影像学评估（30分）和标准化手术操作流程（40分）。在手术适应症和禁忌症方面，两组学员考试成绩无明显差异；影像学评估方面，两组学员成绩无明显差异；标准化手术操作流程方面，教学实验组学员的成绩明显高于对照组（P< 0.01）。从总成绩方面，教学实验组学员的成绩明显高于对照组（P < 0.01）。课程结束后调查问卷结果显示，3D打印心血管模型进行体外手术模拟这种教学方法更能提高学习兴趣、提高团队协作能力、提高分析问题能力、增加师生互动、利于实际工作能力，并且有更高比例的学员喜欢该教学方式（均P < 0.05）。对照组考核结束后补充3D打印心血管模型体外手术模拟视频教学，再次考核后两组成绩无明显差异，充分保证了教学公平。

目 的

探究3D打印心血管模型体外手术模拟在经导管主动脉瓣置换（TAVR）教学中的应用效果。

方 法

选取2021 年3 月～2021 年9 月参加西京医院心血管外科举办的瓣膜介入治疗培训班40名学员为教学对象，分为教学实验组和对照组。对照组（25人）采用理论授课+手术直播教学方法，教学实验组（15人）采用理论授课+ 3D打印心血管模型体外手术模拟教学方法，两组教学学时一致。培训班课程结束后对两组学员进行考核比较。

结 论

在TAVR手术教学方面，采用3D打印心血管模型体外模拟手术过程的教学方式对于提高学员手术掌握程度和学习效率方面有重要作用。

正   文

主动脉瓣狭窄（aortic stenosis, AS）是影响人类健康的常见心脏瓣膜疾病，随着我国老龄化的逐渐加重，其发病率也逐年升高[1,2]。外科瓣膜置换术(surgical aortic valve replacement, SAVR）是AS的最主要治疗方式，远期效果确切，但手术创伤大、需要体外循环、并发症多、手术风险较高。对于一些心功能失代偿、高龄、合并症多的重度AS患者，往往无法进行外科换瓣治疗，经导管主动脉瓣置换术( transcatheter aortic valve replacement, TAVR）成为此类患者的重要治疗选择。TAVR具有无需开胸、创伤小、手术风险低、术后恢复快等优势，特别是与SAVR相比较，有相近甚至更佳的早中期临床结果，其开展数量和开展单位近年来迅猛增加[3]。对于新开展TAVR技术的单位和医护人员，高效的教育培训对于快速掌握该技术，提高手术成功率和患者预后具有极为重要的意义。

3D打印技术近年来在医学领域的应用日益广泛，特别是心血管疾病领域[4]。本团队在国内率先开展心血管疾病3D打印方面的研究和临床工作，通过将3D打印心血管疾病模型体外手术模拟应用于临床教学中，取得了良好的教学效果。

1对象与方法   

1.1   对象   2021年3月～2021年9月共有40名学员参加了西京医院心血管外科组织的瓣膜介入治疗培训班（线上+线下），参加培训的学员均无TAVR手术实操经验，是课题组此次教学研究的对象。

1.2   研究方法   由于疫情防控的需要，外地25名学员（对照组）采取线上授课的方式进行，即主要进行理论授课+手术直播教学方法；本省市15名学员（实验组）采用理论授课+3D 打印心血管模型体外手术模拟。实验组进行3D打印心血管模型体外手术模拟的同时，对照组继续进行手术直播教学，以保证

两组学员教学时长一致。教学结束后，课题组将通过线上答题的方式检测学员对TAVR手术的掌握程度，主要考核手术适应症和禁忌症、影像学评估和标准化手术操作流程。考试结束后，进行调查问卷，分析两组学员成绩差异。

1.3   手术操作过程   授课所用3D打印心脏模型以及手术模拟器由西安马克医疗科技有限公司提供，手术模拟操作在导管室进行，操作步骤与TAVR标准化手术步骤一致（见图1和图2）。

图1   TAVR体外手术模拟

A: 体外模拟导管进入股动脉过程; B: 体外模拟导丝跨过3D 打印心脏模型主动脉瓣过程; C: 体外模拟瓣膜释放; D: 体外模拟输送系统退出导引鞘。

2结果   

2.1   教学实验组与对照组考试成绩对比   

试卷总分为100分，主要包括三个部分，即手术适应症和禁忌症（30分）、影像学评估（30分）和标准化手术操作流程（40分）。在手术适应症和禁忌症方面，两组学员考试成绩无明显差异；影像学评估方面，两组学员成绩无明显差异；标准化手术操作流程方面，教学实验组学员的成绩明显高于对照组（P < 0.01）。从总成绩方面，教学实验组学员的成绩明显高于对照组（P < 0.01），见表1。

2.2   教学评价结果对比   

与对照组相比，教学实验组有更高比例的学员认为增加3D打印心血管模型进行体外手术模拟这种教学方法可以明显提高学习兴趣、提高团队协作能力、提高分析问题能力、增加师生互动、利于实际工作能力，并且有更高比例的学员喜欢该教学方式。在利于把握重点知识方面，两组调查问卷结果无统计学差异（见表2）。

2.3   教学公平保证   

由于两组学员在教学方法上存在差异，导致学员考核成绩出现明显差异，为了保证教学公平，对照组学员在考核结束后又进行了3D打印心血管模拟体外手术模拟的视频教学，授课结束后再次考核，与实验组学员的最终教学成绩相比，无统计学差异。

3 讨论   

瓣膜介入治疗策略已经成为高龄、手术中/高危瓣膜病患者的重要治疗手段。尽管如此，很多严重并发症，比如瓣环破裂、冠脉开口阻塞、瓣周漏、传导阻滞、瓣膜移位等依然困扰着此类技术的开展[5,6]。我国虽然能够开展瓣膜病介入治疗的中心越来越多，但大多数中心仍处于学习摸索阶段，手术量和水平与国内外大型心脏中心仍有不小差距。随着3D打印技术材料学和方法学的不断进步，心血管系统3D打印的临床应用也逐步深入和推广。

以TAVR为例，3D打印技术已经在指导手术方案制定、增进医患沟通、评估瓣周漏、预判传导阻滞和冠脉阻塞、预防血管并发症等方面展示了其独特优势[7]。高精度复合材料3D打印模型不仅可以静态刻画患者特异性的解剖结构，也能通过动态的体外模拟球囊扩张、瓣膜释放来发现潜在手术难题和风险，帮助手术策略的制定，避免并发症的发生。以此为基础，通过类似人心脏组织的多种柔性材料打印出主动脉瓣和周边结构的3D模型、通过设置脉动流体平台，连接心脏3D打印模型，可以准确地构建出与真实心脏运动相仿的搏动模型，从而能够完全地动态模拟疾病心脏工作状态。同时借助高速摄像机、X射线造影设备及医用超声探头，可以增强现实的方式，模拟真实人类疾病介入治疗实景，测量出有置换瓣膜或无置换瓣膜时的血流速度和流场图，获取高度还原在体的X射线造影及超声多普勒图像，获得与真实病理模型相类似的临床数据。3D打印辅助下行TAVR，也明显提高了手术成功率，改善了患者预后[8]。目前大量的新型瓣膜介入器械正处设计和研制阶段，3D打印技术的应用也将大大提高研发速度，并且有利于其优化、改进、验证及测试。

近年来，课题组将3D打印的1:1 心脏模型用于体外手术模拟，明显提高了研究生、新聘医师、进修医师、规培医师等对TAVR技术的掌握效率。此外，课题组团队主编并联合国内多家中心共同编写的《心血管3D打印技术》一书，全方位介绍了3D打印技术在心血管疾病诊治中的理念、方法和临床应用，该书已由化工出版社顺利出版发行，英文版也由Springer全球同步出版发行。在本研究中，课题组以瓣膜介入培训班学员为研究对象，比较了传统教学（对照组）和3D打印体外手术模拟教学（教学实验组）的教学效果，结果显示，3D打印心血管模型体外手术模拟能明显提高学员对于TAVR手术标准化操作的掌握程度，提高学员总体成绩。

综上所述，在TAVR手术教学中应用3D打印心脏模型进行体外手术模拟是可行的，能明显提高学习效率和成果。

4 参考文献   

1.Eveborn GW, Schirmer H, Heggelund G, et al. The evolving epidemiology of valvular aortic stenosis. the Tromsø study[J]. Heart, 2013, 99(6): 396 – 400.

2.韩康宁, 马晓腾, 杜 俣, 等. 中国人群主动脉瓣狭窄的特点[J]. 心肺血管病杂志, 2021, 40(9): 990 – 991, 1000.

3.Siontis GCM, Overtchouk P, Cahill TJ, et al. Transcatheter aortic valve implantation vs. surgical aortic valve replacement for treatment of symptomatic severe aortic stenosis: an updated meta-analysis[J].Eur Heart J, 2019, 40(38): 3143 – 3153.

4.Wang DD, Qian Z, Vukicevic M, et al. 3D Printing, computational modeling, and artificial intelligence for structural heart disease[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2021, 14(1): 41 – 60.

5.Snir A, Wilson MK, Ju LA, et al. Novel pressure-regulated deployment strategy for improving the safety and efficacy of balloonexpandable transcatheter aortic valves[J]. JACC Cardiovasc Interv,2021, 14(22): 2503 – 2515.

6.Reidy C, Sophocles A, Ramakrishna H, et al. Challenges after the first decade of transcatheter aortic valve replacement: focus on vascular complications, stroke, and paravalvular leak[J]. J Cardiothorac Vasc Anesth, 2013, 27(1): 184 – 189.

7.Ripley B, Kelil T, Cheezum MK, et al. 3D printing based on cardiac CT assists anatomic visualization prior to transcatheter aortic valve replacement[J]. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2016, 10(1): 28 – 36.

8.Haghiashtiani G, Qiu K, Zhingre Sanchez JD, et al. 3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications[J]. Sci Adv, 2020, 6(35): eabb4641.

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