心血管3D模型再现心脏解剖结构的作用已不能满足心血管系统疾病诊疗的需求。随着我国人口老龄化加剧,越来越多的心血管疾病老年患者由于合并其他器官疾病、身体衰竭或心脏功能差等原因,外科手术死亡率高,致使不少老年患者失去手术机会。因此,各种心内介入术的发展迫在眉睫。然而,受血流冲击的影响,心内设备释放时易发生移位,成功率低,释放时对定位及平衡点的把握需要积累丰富的经验。现阶段静态心血管3D模型不能满足介入模拟操作的需求,因此需要筛选出与心脏各结构组织力学性质相似的仿真材料,获取仿真心血管模型,建立体外循环模拟系统,最大程度上还原心内介入模拟操作的真实性和准确性,术前演练以预测术中可能发生的问题,评估效果及术后并发症,还可用于心内设备的研发、测试与改进。市面上可获得的用于心血管3D模型的快速成型软性材料主要为硅胶和类橡胶材料,其中类橡胶材料如Tangoplus可用于直接打印,性能稳定,不足之处为该材料基于主动脉进行材料学标定,尚不能很好模仿心肌和瓣膜。硅胶材料更加柔软,但成型需要借助于模具,心血管系统结构复杂,传统铸模成型的打印方式不能满足心血管3D模型的精度要求,因此基于市面上现有的快速成型软性材料尚不能同时满足心血管3D模型结构仿真及材料仿真的要求。既往大量研究表明经食管三维超声心动图可以作为心血管3D打印的数据源,其准确性已经得到了充分验证,尤其是多普勒超声对心脏血流动力学各参数的测量,更是建立个性化体外循环模拟系统相关动力参数的设置依据。本研究通过多种检测方式筛选最接近于在体心肌组织力学性质的快速成型软性材料,探索更适用于心血管复杂管腔结构的成型方式,基于经食管超声心动图完成不同形态左心耳3D建模,通过可溶性模具铸模成型或直接打印等方式获得不同材料的左心耳3D模型,置于体外动态流体中,模拟左心耳封堵操作,判断封堵器型号,评估不同材料左心耳模型的仿真度及应用价值。基于前期研究筛选出的仿心肌组织材料,本研究进一步完成了包括四支肺静脉及左心耳在内的完整左房建模并成功获得相应3D模型,改进并完善体外循环模拟系统,并在完整左房3D模型体外循环模拟系统中模拟左心耳封堵操作,借以评价该操作系统的准确性和临床应用价值,为实现个性化完整仿真心脏体外循环模拟系统的建立打下基础。本研究分四部分:第一部分仿心肌组织特性快速成型材料的筛选、快速成型及仿真度测试第二部分不同软性材料构建左心耳3D模型的准确性分析第三部分不同软性材料左心耳3D模型在体外动态流体中模拟左心耳封堵操作的准确性研究第四部分基于完整左房3D模型建立体外循环模拟系统指导左心耳封堵的可行性研究第一部分:仿心肌组织特性快速成型材料的筛选、快速成型及仿真度测试目的:筛选出与正常心肌组织力学性质相近的快速成型材料,为仿真心脏模型的构建打下材料基础。方法:以正常心肌的力学特性作为参照,采用硅胶与水凝胶为基础原料,按照不同的比例混合,使用二甲基硅油、可溶性淀粉调节混合物的硬度,固化成型。将最佳配比的硅胶-水凝胶混合材料、硅胶材料及类橡胶材料进行相关力学检测及超声剪切波弹性成像检测。建立快速成型软性材料拟真度评分表,请临床医生对三种材料进行综合评分,最终筛选出最接近正常心肌力学性质的快速成型软性材料。结果:1.硅胶与水凝胶按一定比例混合,添加二甲基硅油及可溶性淀粉后,可固化成型,并成功进行相应的力学检测。2.使用超声剪切波弹性成像技术获取犬心脏骤停瞬间心肌组织的剪切波速度。3.综合分析硬度、弹性等力学性质检测结果,硅胶-水凝胶混合材料的弹性模量、剪切波速度更接近正常心肌组织,硅胶-水凝胶混合材料、硅胶材料、Tangoplus材料的抗拉强度与心肌组织无明显差异,硅胶-水凝胶混合材料、硅胶材料的硬度与心肌组织近似。4.获取硅胶-水凝胶混合材料、硅胶材料及Tangoplus材料应力应变曲线。5.统计分析快速成型软性材料拟真度评分表可知,硅胶-水凝胶混合材料在手感拟真度（弹性/硬度）、切开拟真度、缝合拟真度等方面优于硅胶材料、Tangoplus材料。结论:1.硅胶-水凝胶混合材料力学检测、超声剪切波弹性成像检测的综合结果更接近于正常心肌组织,可作为仿真心肌材料,成为心血管3D打印的基础原料。2.超声剪切波弹性成像技术应用于在体心肌组织弹性模量的检测,是将弹性成像技术应用于心血管系统的一种有益尝试。第二部分:不同软性材料构建左心耳3D模型的准确性分析目的:探索以经食管超声心动图为影像基础,使用三种不同的快速成型软性材料,采用可溶性模具铸模成型和直接打印两种成型方式,获得不同形态左心耳3D模型的可行性及准确性分析。方法:21例拟行经皮左心耳封堵术的非瓣膜性房颤患者,术前行经食管超声心动图检查,采集左心耳二维图像及三维容积图像。对三维Dicom数据进行后处理建模,获取不同形态的左心耳三维容积图像STL文件。将获取的STL文件输入Stratasys Objet Eden 500V聚合物喷射打印机中,通过直接打印获得Tangoplus左心耳模型。使用计算机辅助设计软件（3-Matic Research 11.0）根据左心耳三维重建图像设计合适的模具,采用可溶性聚乙烯醇（PVA）打印成型,注入硅胶材料以获取硅胶左心耳模型。使用第一部分中筛选出的特定比例的硅胶-水凝胶混合材料获取硅胶-水凝胶左心耳模型。测量三种材料左心耳模型以及经食管三维超声心动图左心耳图像的开口长径、锚定区内径及深度,将各测量值组间对比并进行一致性分析,验证使用可溶性模具铸模成型获取心血管模型的可行性及准确性。结果:1.成功采集21例患者的左心耳二维及三维经食管超声心动图,完成了左心耳3D建模,通过可溶性模具铸模成型方式同时获得不同形态的硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳室壁模型及其对应的内部结构模型,通过直接打印获得不同形态Tangoplus左心耳室壁模型。2.测量硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型及经食管三维超声心动图左心耳图像的开口长径、锚定区内径及深度,各组间測值差异无统计学意义（P>0.05）。3.Bland-Altman散点图显示硅胶-水凝胶左心耳模型測值与3D-TEE測值中有三个数据点（4.7%）在一致性界限以外,硅胶模型測值与3D-TEE測值中有两个数据点（3.2%）在一致性界限以外,Tangoplus模型測值与3D-TEE測值中有四个数据点（6.3%）在一致性界限以外,其一致性界值分别为（-0.55mm,0.39mm）,（-0.54mm,0.34mm）,（-0.39mm,0.43mm）。结论:1.可溶性模具铸模成型获取硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型与直接打印获取Tangoplus左心耳模型的准确性无明显差异,与左心耳3D-TEE測值具有良好的一致性。2.可溶性模具铸模成型可同时获得左心耳室壁模型及内部空间结构模型,可作为心血管3D打印成型的优选方式。第三部分:不同软性材料左心耳3D模型在体外动态流体中模拟左心耳封堵操作的准确性研究目的:将三种软性材料左心耳模型置于体外动态流体中模拟左心耳封堵操作,通过与术中对比封堵器的选择、释放、封堵器压缩比及封堵器残余漏,评估三种材料左心耳3D模型模拟封堵操作的准确性及应用价值。方法:分别将21例患者的硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型置于体外动态流体中,个体化设置左心耳开口处水流速度,模拟封堵操作并预测封堵器型号。对21例行经皮左心耳封堵术的房颤患者术中行TEE监测,采集封堵过程及封堵器释放后左心耳超声图像并进行后处理,测量封堵器压缩比,观察封堵器残余漏。再次将21例患者的硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型置于体外动态流体中,使用与术中相同型号的封堵器模拟封堵操作,测量封堵器压缩比,观察封堵器残余漏,并与术中測值进行对比。结果:1.基于21例患者的硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型成功构建了体外动态流体系统并模拟了左心耳封堵操作,其中使用硅胶-水凝胶模型预估封堵器型号更接近于术中使用的封堵器型号。2.使用与术中相同型号的封堵器,硅胶-水凝胶左心耳模型中封堵器压缩比与术中封堵器压缩比差异无统计学意义（P>0.05）,硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型中封堵器压缩比大于术中封堵器压缩比。硅胶-水凝胶模型中封堵器压缩比与术中封堵器压缩比相关性（r=0.902,P<0.01）优于硅胶模型（r=0.783,P<0.01）及Tangoplus模型（r=0.765,P<0.01）。3.使用与术中相同型号的封堵器,在硅胶-水凝胶左心耳模型、硅胶左心耳模型、Tangoplus左心耳模型中观察封堵器残余漏,其中硅胶-水凝胶左心耳模型中可见4例封堵器残余漏,硅胶左心耳模型及Tangoplus左心耳模型中可见5例残余漏,左心耳封堵术实际操作中见7例封堵器残余漏。结论:1.基于左心耳3D模型建立体外动态流体系统模拟左心耳封堵操作有助于经皮左心耳封堵术前决策,模拟演练和术后效果评估。2.基于硅胶-水凝胶左心耳3D模型建立左心耳封堵术前模拟系统具有更优的临床应用价值。第四部分:基于完整左房3D模型建立体外循环模拟系统指导左心耳封堵的可行性研究目的:基于完整左房3D模型构建体外循环模拟系统,提高左心耳封堵操作的准确性与真实性,为建立完整心脏3D模型体外循环模拟系统进行初步探索。方法:术前对拟行经皮左心耳封堵术的房颤患者进行经食管超声心动图检查,彩色多普勒血流显像（CDFI）测量左房内相关血流动力学参数。术前行心脏CT检查,对CT图像进行后处理,完成包括四支肺静脉、左心耳的完整左房3D图像建模,存为STL文件,采用第一部分中筛选的硅胶-水凝胶混合材料作为成型材料,以可溶性模具铸模成型的打印方式获得完整左房模型。与体外动力装置连接后,根据CDFI测得的血流参数调整体外动力装置,实现左心耳的搏动,并在TEE监测下模拟左心耳封堵操作。结果:成功获取包括四支肺静脉、左心耳在内的完整左房3D模型,与体外动力装置连接后,完成了体外循环模拟系统的构建,再现了完整左房3D模型的体外搏动,并成功模拟了左心耳封堵操作。结论:完整左房3D模型体外循环模拟系统的建立可提高模拟左心耳封堵操作的准确性及真实性,并为完整心脏模型的体外循环模拟系统的建立奠定基础,从而提高心血管3D打印的临床应用价值。