小児の複雑な先天性心疾患の術前計画におけるパーソナライズされた 3D プリント心臓モデルの応用価値

出典：浙江大学学術雑誌

著者: Xu Jiajun、Shu Qiang 他

画像技術は、小児の先天性心疾患の診断に信頼できる基盤を提供しますが、ほとんどの画像は 2 次元画像形式に限定されており、2 次元画面に表示されます。

近年、先天性心疾患の診断と治療における 3D プリント技術の応用が広く注目されています。3D プリント技術は、心臓の解剖学的構造を 3 次元の立体モデルで表現し、画像画像を物理的な材料画像に変換します。

浙江大学医学部付属小児病院のシュ・チアン教授のチームは、「患者固有の3Dプリント心臓モデルは複雑な先天性心疾患の術前計画に役立つ」と題する研究論文を世界小児科学誌（WJP）に発表した。この論文では、小児の複雑な先天性心疾患の術前計画における3Dプリント技術の臨床応用価値について検討した。

先天性心疾患（CHD）は新生児の最も一般的な出生異常であり、その有病率は10/1000に達します。小児、特に新生児の心臓の大きさは成人に比べてかなり小さく、解剖学的構造を観察したり調査したりすることがより困難です。そのため、複雑なCHDに対する術前計画は重要かつ困難です。

研究チームは、2017年5月から2018年1月の間に複雑なCHDを患う小児15人を募集し、術前計画のために個人別に3Dプリントされた心臓モデルを使用しました。研究者らは、子どもたちの術前CT画像データを入手し、それをDICOM形式でエクスポートし、3Dモデリングと画像後処理のためにMimics 19.0および3-Matic 11.0ソフトウェアにDICOMデータをインポートし、データをSTL形式で保存し、3Dプリンターにインポートしてパーソナライズされた心臓ソリッドモデルを印刷しました（図1）。印刷方式は光硬化型立体造形法、印刷材料は感光性樹脂です。医療チームは、子供の個別の心臓モデル、病歴、画像データに基づいて包括的な評価を行い、個別の診断と治療計画を作成し、外科的適応のある子供に外科的治療を提供します。

図1 パーソナライズされた心臓モデルの3Dプリントプロセス

この研究では、3Dプリント技術を使用して、複雑なCHDを患う15人の子供の個別の心臓モデルを作成することに成功し、病歴、画像データ、3D心臓モデルなどに基づく包括的な評価をCTのみを使用した評価と比較しました。 1. CTのみの評価：13例で術前計画が実際の選択計画と一致し、残りの2例で不一致であった。2. 3D心臓モデルと組み合わせた総合評価：15例で術前計画が実際の計画と一致した。

このうち、CHDの小児12名には手術の適応があり、最終的に手術治療を受けました。手術の適応があった1名（上行大動脈および大動脈弓形成不全、左心形成不全、動脈管開存症、心室中隔欠損症、心房中隔欠損症、肺高血圧症と診断）は、両親が治療を断念したため、手術治療を受けませんでした。残りの2名は、病変が軽度で明らかな臨床症状がなかったため、手術の適応はありませんでした。

手術を受けたすべての小児の手術計画は術前計画と一致しており、術中の検査により小児の心臓の解剖学的構造が 3D プリントモデルと一致していることが確認されました (図 2-5)。このうち、大動脈弓離断症（A型）と完全大血管転位症と診断された1人は、手術後5日目に低心拍出量症候群で死亡した。手術を受けた他の11人の小児は術後合併症もなく、順調に退院した。

図2 a 全肺静脈還流異常症（心上型）、b 全肺静脈還流異常症（心内膜型）、c 全肺静脈還流異常症（心下型）、d 部分肺静脈還流異常症。 Ao、大動脈、ASD、心房中隔欠損、CoA、大動脈縮窄症、CS、冠状静脈洞、IVC、下大静脈、LINV、左腕頭静脈、PV、肺静脈、RA、右心房、RPV、右肺静脈、SVC、上大静脈、VV、垂直静脈。

図3 大動脈弓分離症（タイプA）と大動脈の完全転位の組み合わせ。aとbはそれぞれ前面図と後面図です。上行大動脈は右心室から始まり、左鎖骨下動脈の後に終わります。肺動脈は左心室から始まり、下方に伸びて下行大動脈になります。 AAo 上行大動脈、DAo 下行大動脈、LPA 左肺動脈、LV 左心室、PA 肺動脈、RPA 右肺動脈、RV 右心室。

図4 ファロー四徴症、心房中隔欠損症の心臓モデル。 a 心臓内構造、前面図、b 上面図。この図は、心室中隔欠損、肺動脈狭窄、および心房中隔欠損を伴う大動脈縮窄症を示しています。右室流出路は狭く、肺動脈の直径は上行大動脈よりも小さく、肺動脈は低形成です。 ASD、心房中隔欠損症、LPA、左肺動脈、PA、肺動脈、RPA、右肺動脈、RV、右心室、VSD、心室中隔欠損症。

図5 上行大動脈および大動脈弓の形成不全、動脈管開存症、心室中隔欠損症、心房中隔欠損症、および肺高血圧症。 a、正面図、b、右側面図。 Ao、大動脈、PA、肺動脈、PDA、動脈管開存症。

これまでの研究では、心臓手術や介入計画における 3D 心臓モデルの応用が肯定的に評価されていることが実証されています。 3D心臓モデルは、周術期合併症の発生率をある程度まで低減することはできないかもしれませんが、従来の2次元画像では見逃される可能性のある情報を提供し、予期しないイベントの発生を減らし、術前計画を手術プロセスに近づけることができます。

研究では、3Dプリントされた心臓モデルは、複雑な先天性心疾患を持つ小児の術前計画の実施に役立ち、個別化された診断と治療を支援し、小児の複雑な先天性心疾患の診断と治療のレベルを効果的に向上できることがわかりました。

出典: Xu JJ、Luo YJ、Wang JH、他「患者固有の3次元プリント心臓モデルは複雑な先天性心疾患の術前計画に役立つ[J]」。World Journal of Pediatrics、2019: 1-9。

担当編集：楊麗麗、曾建林

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