随着社会的快速发展,中国的基本医疗服务一直得到良好的改善。然而,心血管疾病(CVD)的患病率和死亡率在居民仍在上升,而近年来迅速增长low-aged和低收入的公民。自2004年以来,心血管疾病的住院率比GDP的增长速度快得多,极大地增加了社会负担 1- - - - - - 3]。心血管疾病主要包括脑血管病、冠心病、心律失常、心力衰竭。心血管疾病已经成为最大的居民比例患有疾病;2每5人死亡是由于心血管疾病。心血管疾病死亡率自2009年以来,在农村地区已超过和继续保持高于城市水平。2015年,农村居民的心血管疾病的死亡率是298.42/100000,心脏病的死亡率是144.79/100000,脑血管疾病死亡率是153.63/100000,城市居民的心血管疾病死亡率是264.84/100000,包括心脏病死亡。率是13.661/100000,脑血管疾病的死亡率是128.23/100000。2015年,农村和城市居民心血管疾病死亡的比例占了45.01%和42.61%,分别。因此,当务之急是早期诊断心血管疾病( 1]。

有两种方法被广泛用于心血管疾病的检测,即10月技术和冠状动脉造影。光学相干断层扫描(OCT)技术是一种利用近红外光成像技术显示相关的血管组织结构没有辐射,高分辨率,高侦测灵敏度( 4, 5]。10月可以执行高分辨率截面断层扫描图像的生物组织子宫内膜血管内超声和提供一个解决十倍,所以它也被称为光学切片。在第一代的基础上时域OCT系统(TD-OCT),科学家开发了频率域与更快的扫描速度通过改变光的频率来获得不同深度10月组织成像(FD-OCT频域OCT)系统( 6]。x射线冠状动脉造影是一种动脉血管造影方法使用一个血管造影术的机器。程序如下:首先,通过一个特定的心脏导管经皮穿刺,一个特殊的导管插入通过右髂动脉或下肢股动脉,和降主动脉是升主动脉根逆行。然后,向左或向右冠状动脉插入,注射造影剂。最终,冠状动脉和形态是可见的。x射线冠状动脉造影可以清楚地分辨血管病变的位置和形态特征,定量确定和分类狭窄血管段,并确定侧向分支的循环状态( 7]。然而,技术本身具有一定的局限性。首先,它只能显示血管腔的投影和管壁的横截面信息,这可能会导致医生诊断小姐;其次,它不能提供关于斑块的形态和特性的信息,和因此是不可能发展介入程序为特定斑块信息;最后,由于不均匀填充造影剂的血管,对医生很容易低估管腔狭窄的程度。

为了应对上述两种技术的局限性,我们介绍了3 d打印技术。三维(3 d)印刷技术,也称为添加剂制造技术,具有快速的优点,直率,以洋地黄治疗。( 8)在1980年代出现以来,3 d打印技术发展迅速在这个世纪,已广泛应用于汽车、航空航天和医疗。它可以应用于提高复杂心血管疾病的诊断和治疗,允许医生视觉评估整个船的空间几何 9]。快速成型技术(RPT)的出现大大计算机技术向前发展,3 d印刷是一种类型的RPT [ 10]。快速三维成型过程包括很多步骤。这种技术需要获得一系列数据,如计算机断层扫描(CT)图像,将数据转换为格式兼容的3 d打印机,然后打印模式 11]。一些手术可以计划使用三维计算机辅助设计和制造(3 d CAD / CAM)软件。3 d虚拟规划执行PROPLAN软件和出口到3-matic软件设计,然后使用生物相容性材料打印( 12]。夏新等人,Rengier Mehndiratta使用专用的后处理算法从图像数据中提取空间模型集和出口机器可读数据( 12, 13]。

目前,很少有研究冠状动脉的3 d打印。本文探讨了3 d打印技术基于光学相干断层扫描的血管,冠状动脉造影。血管造影图像和光学相干断层扫描图像的前后冠状动脉狭窄患者植入支架的收集。八个病人的血管模型模型建模与三维重建技术提出的合并血管腔的形态轮廓的细节视图和曲率和长度信息提供的冠状动脉造影。输出STL文件格式后,内置的冠状动脉STL格式文件导入到3 d打印机和STL格式文件转换成机器码Gcode可以认可的3 d打印机。最后,冠状动脉模型3 d打印机执行打印操作。论文的主要贡献是最初完成特定的血管模型的3 d打印高血管狭窄段的直径之间的相关性提取三维重建模型。

与传统方案相比,我们的新方法具有高质量的模拟,在临床用途适用性,术前计划的便利。

我们建议的框架的总体流程图如图5步骤 1,主要包含5个步骤。原始图像预处理,用于重建血管的三维实体模型。然后三维点云提取生物可降解支架,这是介绍的重建bioabsorbable支架的三维实体模型。最后,植入后血管的三维实体模型的bioabsorbable支架是减法减少通过特性。

在这项研究中,我们收集了血管造影图像和光学相干断层扫描图像的前后冠状动脉狭窄患者植入支架。8患者的血管模型的3 d建模提出了使用三维重建技术和STL文件格式输出。

通过分析常见的3 d打印技术的优点和缺点,本研究选择一个3 d打印机基于熔融沉积成型技术进行研究冠状动脉的几何形态结构。考虑到冠状动脉血管模型很小,为了能观察到不同的血管模型的结构差异更直观地通过印刷血管模型,我们首先进行了2 x形态规模扩大的3 d模型。在这项工作中,我们选择了熔融沉积3 d打印机EasyArts模型的领域,聚乳酸作为印刷材料( 4]。设备的参数 X, Y, Z的方向的精度0.02毫米和160年的最大打印大小 ∗ 160年 ∗ 160毫米。印刷时,每一层的厚度是0.05 - -0.3毫米,喷嘴的尺寸是0.3毫米,喷嘴温度加热范围是170 - 280摄氏度。

后冠状动脉STL格式文件导入3 d打印机,第一步是检查STL格式文件。建模的原始模型可能有一些小缺陷,为了使模型更加完整,我们需要检查STL模型的完整性,然后填充,光滑,旋转,缩放等等。STL格式文件转换成机器码Gcode可以被一个3 d打印机,它生成一个印刷底板,打印的支持,和其他操作基于模型结构。3 d打印机进行冠状动脉模型打印操作。在计算机的控制下,喷嘴沿移动 xy飞机和熔丝semiflowing状态挤出喷嘴,涂在工作台,冷却形成截面。一层成型后,喷嘴向上一层高度和根据这往复操作堆叠形成三维实体在年底前打印。

后处理步骤包括支持,表面抛光,和其他操作。

最后,一个平滑的3 d打印血管模型实体实现如图 6。

印刷固体冠状动脉狭窄部分的直径和直径的正常段使用游标卡尺测量(图 7),相比狭窄部分的直径和正截面的直径在冠状动脉的三维模型软件。

比较冠状动脉8例的CAD模型和3 d印刷物理模型如图 8。

图 8显示打印冠状动脉狭窄的强劲部分的直径和直径的正常部分是使用游标卡尺测量的和比较狭窄的部分的直径和正截面的直径在CAD模型。从数据和一系列的测量包括 9- - - - - - 11。可以看出,狭窄段的直径测量的3 d打印模型是高度相关的直径狭窄段从CAD模型中提取。表 1显示,3 d打印模型和CAD模型的3 d测量狭窄和nonstenosis冠状动脉段。

血管的来源数据丰富,包括冠状动脉造影时,使用x射线采集、血管内超声图像获得使用超声波技术,血管内的光学相干断层扫描图像获得通过光学相关断层,磁共振血管造影和计算机断层扫描图像。血管数据不仅保留了信息表面的血管也包含丰富的信息在血管的内部结构,这有利于相关心血管疾病的影像学诊断在诊所 23, 24]。然而,上述成像技术只能提供一个二维的视野在屏幕上,不能允许医生直观地评估整个血管的空间几何( 25]。

血管的3 d打印技术在心血管疾病的诊断和治疗具有非常重要的应用价值,我们认为这种技术具有以下两个主要优势。(1):高质量的模拟实验研究表明,3 d打印血管技术具有较高的模拟能力,可以准确模型的具体血管的病人。印刷实体模型是充分的一般临床应用需求和可以帮助医生更好地了解血管的细节。(2)术前规划:冠状动脉的三维模型促进血管移植术前规划的规划( 26]。体现血管模型可以容纳的视觉触摸心脏病专家和测量血管的病变,以确定手术的关键步骤,选择适当的大小血管分支,发展最好的手术方案,减少支架依从性不均匀的可能性,大大提高介入手术的有效性( 27]。与此同时,由于印刷材料的稳定性,实体模型还可以随时查看和由医生( 28]。

本文提出了一种新的框架打印三维血管模型具有高仿真值。实验结果得出结论,基于10月3 d打印血管模型和血管造影具有很高的相关性与血管三维重建模型。我们印刷的三维血管模型高仿真的特点,在临床应用的适用性,术前规划的方便,与传统方案相比具有明显的优势。它还提供了一个新方案治疗心血管疾病,具有极高的现实意义和良好的应用前景。在未来,进一步需要改进以下三个方面:(1)当前印刷血管模型是一个坚实的实体和不可能打印一腔容器,并进行模拟介入手术是不可能的。(2)当前印刷材料聚乳酸,这是非常难以阅读相比,维管组织。(3)使血管模型的时间还相对较长,并在后期需要手工去毛刺,自动性需要改进的地方。