张 洁 谢玉环 余 苏 陈珊珊 罗维远

心房颤动（以下简称房颤）是常见心律失常之一，Belgaid 等［1］研究显示，在房颤患者预防脑卒中方面，左心耳封堵术长期效果优于华法林抗凝治疗。左心耳解剖结构较为复杂，封堵术的关键是对左心耳形态的准确评估及相关径线的测量。三维经食管超声心动图（three-dimensional transesophageal echocardiography，3D-TEE）能够清晰显示左心耳解剖结构，且可进行封堵术中监测及术后随访，被认为是封堵术的首选影像学检查方法，但3D-TEE 三维重建较难显示左心耳的全景轮廓图像，对于左心耳形态及分叶的评估有所欠缺［2］；CT 重建可客观显示左心耳形态及分叶，但对血栓与梳状肌较难鉴别。基于3D-TEE 数据打印的3D实物模型则可弥补两者的不足。3D 打印是一种快速成型技术，可以将医学图像转换为实物模型，近年来已有研究［3］将其应用于心血管介入手术，从而可以更好地了解复杂的心脏解剖结构及制定术前计划。本研究旨在应用3D-TEE 数据重建并打印房颤患者左心耳3D模型，分析其准确性。

资料与方法

一、研究对象

选取2022 年9 月至2023 年1 月于南方医科大学第十附属医院就诊的房颤患者20 例，其中男8 例，女12 例，年龄26～70 岁，平均（53.65±14.37）岁。纳入标准：①年龄＞18岁；②3 d内均完成3D-TEE 及心脏增强CT检查。排除标准：①合并冠心病、心肌病、先天性心脏病；②无法配合完成影像学检查者。本研究经医院伦理委员会批准（KYKT2022-074），患者均签署知情同意书。

二、仪器与方法

1.3 D-TEE 数据获取：使用Philips EPIQ 7C 彩色多普勒超声诊断仪，X8-2T 经食管超声探头，频率2～7 MHz。检查前均禁饮、禁食10 h 以上，行咽部表面浸润麻醉后，嘱患者取左侧卧位，置入经食管超声探头，调节增益及帧频以达到最佳图像效果，调整探头深度至食管中段水平，重点观察左心耳内有无血栓，进入3D ZOOM 模式，将左心耳、肺静脉嵴、部分左房纳入取样框，分别在45°及90°采集左心耳三维容积数据，随后导入Qlab 13.0 工作站进行左心耳径线测量及分型。

2.基于3D-TEE 数据的3D 实物模型打印：使用美国Stratasys 公司Objet 3D 打印机及Agilus 30 类橡胶材料（肖氏硬度30-35A）。将3D-TEE 左心耳三维容积数据导入Qlab 工作站，获取左心耳容积最大时的单帧容积数据并导入Mimics 19.0 软件（比利时Materialise公司），调节灰阶对比度并滤除噪声，对图像进行阈值分割以获取左心耳腔掩膜，对掩膜进行手动编辑处理至对应灰阶图像，进行包裹、平滑化、网格模型化、扩展、抽壳处理，壁厚设置为1 mm，以标准镶嵌语言格式保存并传输至打印机平台，以1∶1 比例打印模型。见图1。

图1 左心耳建模及实体模型图

3.CT 数据获取：使用西门子Somatom Definition AS CT 仪或Philips Brilliance iCT 256 层螺旋CT 仪，扫描参数：管电压80～120 kV，管电流每转280～350 mAs，扫描准直128×0.625 mm，螺距0.18，增强扫描对比剂为碘普罗胺（优维显，370 mgI/ml）60～80 ml，流速5.0 ml/s。扫描完成后进行多时相重建，导入Qlab 工作站进行左心耳径线测量及分型。

4.左心耳径线测量：在Qlab 工作站中逐帧回放选取左心耳最大容积图像，以冠状动脉左旋支至肺静脉嵴顶端内1 cm 处作连线，以此连线中点作正交线确定为左心耳开口平面并测量开口长径及短径；开口平面中点至左心耳顶部距离为左心耳深度；CT 及3D 模型采用同一方法进行测量。所有患者的左心耳参数均由2 名观察者测量3 次取平均值。左心耳测量径线以3D-TEE为标准。

5.左心耳解剖分型：左心耳形态分型参考Wang等［4］研究分为鸡翅型、风向标型、仙人掌型、菜花型；左心耳分叶分型参考Budge 等［5］研究分为单叶、双叶、多叶。左心耳形态及分叶评估以CT为标准。

6.重复性检验：观察者医师1、医师2均为具有5年以上心血管超声检查经验的主治医师，且均非CT重建者、TEE 检查者、3D 模型制作者，由2 名观察者各自进行左心耳径线的测量及形态分叶的评估。

三、统计学处理

应用SPSS 21.0、MedCalc 19.0统计软件，正态分布的计量资料以表示，两两比较采用配对t检验；计数资料以频数或率表示，组间比较采用Fisher 精确检验。观察者间、3D 模型与3D-TEE 间及CT 与3D-TEE间的一致性检验采用组内相关系数（ICC）进行评估；ICC＞0.75为一致性较高，0.50～0.75为一致性中等，＜0.50为一致性一般［6］。3D模型与CT、3D-TEE与CT评估左心耳形态、分叶的一致性分析采用Kappa检验；Kappa值0.8～1.0 为一致性很高，0.6～0.8 为一致性较高，0.4～0.6 为一致性中等，0.2～0.4 为一致性一般，＜0.2 为一致性较差［7］。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

一、3D 模型、3D-TEE、CT 测量左心耳径线比较及一致性分析

1.3 D 模型与3D-TEE 测量左心耳开口长径、开口短径、深度比较差异均无统计学意义；3D 模型与3DTEE 测量左心耳开口长径、开口短径、深度的ICC 分别为0.97、0.98、0.98。3D 模型、3D-TEE 测量左心耳开口长径、开口短径、深度均小于CT测值，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；3D 模型与CT 测量左心耳开口长径、开口短径、深度ICC 分别为0.91、0.90、0.90，3D-TEE 与CT 测量左心耳开口长径、开口短径、深度ICC 分别为0.91、0.88、0.90。见表1。

表1 3D模型、3D-TEE、CT测量左心耳各径线比较（）mm

表1 3D模型、3D-TEE、CT测量左心耳各径线比较（）mm

与CT测值比较，*P＜0.05

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2.3 D 模型测量左心耳开口长径、开口短径、深度的观察者间ICC 分别为0.96、0.95、0.95；3D-TEE 测量左心耳开口长径、开口短径、深度的观察者间ICC分别为0.97、0.95、0.95；CT 测量左心耳开口长径、开口短径、深度的观察者间ICC 分别为0.94、0.90、0.96；一致性均较高。

二、3D 模型、3D-TEE、CT 评估左心耳解剖分型比较及一致性分析

1.3 D 模型与CT 在评估左心耳形态、分叶方面比较差异均无统计学意义；两种技术一致性均很高（Kappa=0.86、0.91，均P＜0.05）。3D-TEE 与CT 在评估左心耳形态、分叶方面比较差异均无统计学意义；两种技术评估左心耳形态一致性较高（Kappa=0.71，P＜0.05），评估左心耳分叶一致性很高（Kappa=0.81，P＜0.05）。见表2。

表2 3D模型、3D-TEE、CT评估左心耳解剖分型比较 例

2.3 D 模型评估左心耳形态、分叶的观察者间ICC分别为0.95、0.93；3D-TEE 评估左心耳形态、分叶的观察者间ICC 分别为0.94、0.87；CT 评估左心耳形态、分叶的观察者间ICC分别为0.87、0.95；一致性均较高。

讨论

目前临床上对于左心耳形态的评估及径线测量，主要依靠3D-TEE 和心脏增强CT，CT能够清晰显示左心耳结构并测量相关径线，还可通过三维重建客观显示左心耳形态及分叶情况，但对血栓的敏感性较3DTEE 低［8-9］，且有一定的放射性。研究［10］发现3D-TEE测量数据与术中封堵器型号的相关性良好，是术前评估的首选影像学检查方法，但3D-TEE 有其局限性，目前临床应用的超声成像软件仅能三维重建出左心耳腔-内壁结构，不能直观显示左心耳轮廓。3D 打印技术可帮助术者更好地了解左心耳空间结构，近年已被用于左心耳封堵术前评估［11-13］，部分学者［13］术前根据左心耳3D模型匹配合适的封堵器，提高了植入成功率并减少了手术时间。本研究旨在应用3D-TEE 数据重建并打印房颤患者左心耳3D模型，分析其准确性。

目前3D 打印基于CT 数据居多，然而随着图像处理技术的发展，基于超声数据源的应用研究逐渐增多［12-13］。本研究将20 例患者左心耳3D 实物模型与影像学检查的测量参数及解剖分型进行比较，结果显示3D 模型与3D-TEE 测量左心耳开口长径、开口短径、深度比较差异均无统计学意义，且ICC 均＞0.9，一致性较高，说明3D 模型可准确还原其数据。本研究显示3D 模型与3D-TEE测量左心耳开口长径、开口短径、深度均小于CT 测值，差异均有统计学意义（均P＜0.05），但两种技术测值仍然均与CT 有较高的一致性（3D 模型与CT 间的ICC 分别为0.91、0.90、0.90；3D-TEE 与CT 间的ICC 分别为0.91、0.88、0.90），分析原因为：①3D-TEE 与CT 成像机制不同造成的误差［14］；②与左房负荷有关，Spencer 等［15］研究发现静脉滴注500～1000 ml 生理盐水后TEE 测量左心耳开口面积及深度均较补液前显著增大（均P＜0.05）；本研究中3D-TEE操作前需禁饮、禁食10 h以上，而CT检查无此限制，使3D-TEE测量的左心耳各径线均较CT测值偏小。

为了更好地选择封堵器类型及大小型号，左心耳封堵术前除了测量左心耳各径线外，还需准确评估其形态及分叶情况。本研究结果显示在左心耳分叶评估方面，3D模型、3D-TEE均与CT一致性很高（Kappa=0.91、0.81）；但在形态评估方面，3D 模型与CT 一致性很高（Kappa=0.86），3D-TEE与CT一致性较高（Kappa=0.71），分析原因为：由于3D-TEE 与CT 的三维重建原理不同，3D-TEE 仅能重建左心耳腔-内壁结构，无法直观呈现左心耳外部轮廓结构，虽然3D-TEE 多角度连续扫查有助于超声医师准确评估分叶数量，但超声医师仍需具有较好的空间想象力和经验才能准确评估左心耳形态；而3D模型则是根据影像数据重现的实体结构，可直观显示左心耳解剖分型。

本研究的局限性：①3D 打印需要耗材较多，本研究样本量有限；②重建3D模型过程中需手动调整掩膜边界，尽可能使掩膜拟合灰阶图像以确保模型的准确性，过程较为繁琐，如何优化建模有待进一步研究。

综上所述，基于3D-TEE 数据的3D 打印模型可准确还原房颤患者左心耳数据，且与3D-TEE 相比，3D模型在评估左心耳形态及分叶方面与CT 重建一致性更高。另外，实体模型不仅提供了术前-术中高度相关的测量信息及解剖评估，还具有传统影像学所不具备的优势，即提供术前模拟演练及便于医患沟通。