创建用于术前规划和动手培训的患者特异性硅胶心脏模型

复杂的先天性心脏病是一个复杂的三维问题。现有的3D打印技术无法精确复制心肌组织的特性。本方案可创建用于高保真外科手术培训的模型。

该技术能够经济高效地根据患者的影像数据创建个性化的三维模型。对器官内外解剖结构进行建模，使我们能够更深入地了解并更好地为患者提供诊疗服务。使用与解剖组织特性相近的材料制作这些模型，使该技术可广泛应用于包含解剖结构的各类手术培训装置。

首先，在 CAD 程序中打开心肌病例模型的 STL 文件。在 Magics 中，导入通过“导入部件二”生成的 STL 文件。在项目管理窗口中，选择模型渲染的透明选项。

使用鼠标左键和右键控制旋转和平移工具，调整心肌基底部的视图，使心尖朝下，主动脉弓呈水平方向。如需修剪模型上多余的心肌外壳材料，请进入工具菜单，选择“切割”并选择“多段线”，然后选取目标点并点击应用。类似地，可将心肌外壳切割为多个部分。

转到切割操作，选择指示多段线，然后选择感兴趣点，以沿主动脉进行水平切割，将心肌模型分为包含心尖的下半部分和上半部分；同时，在心肌模型下半部分和上半部分最宽处分别进行两次垂直切割。最后，点击应用。为确保组装过程中正确对齐，使用支撑生成工具和布尔减法工具（间隙值设为0.25毫米），创建匹配的支撑结构及支撑腔体，并通过点击“添加支撑”将其添加到心肌模型部件中。

在模型上标示位置，然后点击应用。在心肌模型的上半部分之一，创建一个直径为1厘米的硅胶填充孔，并使用SME验证孔的位置。选择“检查诊断”以逐一检查所有模型部件的诊断情况，查找诸如法线反向、边缘缺陷、轮廓错误、接近缺陷的边缘、平面孔洞或心肌模型部件中的壳体问题等错误。

如果检测到错误，单击“自动修复”以进行修复。或者，也可以手动修复错误，或使用修复工具或向导进行修复。如果无法使用替代选项修复错误，则使用收缩包装工具来修复错误。

单击修复，选择收缩包装（shrink wrap），并根据对话框提示，针对特定部分的误差调整收缩包装的采样间隔和间隙填充值，确保在 SME 审查时不改变生理结构。然后将各个心肌病例部件保存或导出为 STL 文件。在相应的切片软件中打开心肌病例和血池模型，以生成 3D 打印文件。

手动为所有部件添加3D打印支撑，或使用软件中提供的自动支撑生成功能（如有）。根据文稿中描述的参数对模型进行切片，生成适用于3D打印机的G代码，并保存或导出该G代码。将打印文件上传至3D打印机。

确保正确的耗材已装入3D打印机后，开始打印。打印完成后，使用尖嘴钳和镊子从打印件上去除所有支撑材料。将心肌外壳部件组装在血池模具周围，确保所有部件紧密贴合。

如果心肌模型无法完全贴合血池部分，可使用手持式旋转打磨工具对模型分块进行微调，去除多余材料。接着，使用丙酮蒸气对心肌模型表面进行抛光处理。具体操作为：在容器底部和内壁铺上不受丙酮影响的纸巾。

将丙酮倒在底部的纸巾上，使其向上扩散至容器侧壁的纸巾，但不要在底部形成液池。在容器内放置一片铝箔，覆盖住底部的纸巾。将心肌模具块放置在铝箔上，使希望保持光滑的面处于垂直方向，并确保各模具块之间以及模具块与容器壁上的纸巾互不接触。

用铝箔覆盖容器，并让心肌模型块在容器中静置，直至达到所需表面光洁度的80%。当表面变得光滑后，小心地从容器中取出心肌模型块，仅触碰其外表面，并将模型块置于通风良好的区域中完全脱气，约30分钟，或直至模型块完全干燥变硬。使用CAD软件测量心肌分割部分的体积，以确定所需硅胶的用量。

充分搅拌硅胶的A组分和B组分。若模型需要着色，可加入颜料，并将各组分与颜料彻底混合。随后将混合均匀的硅胶置于真空箱中，在29英寸汞柱的负压条件下抽真空2至3分钟。当该硅胶混合物完全脱除气泡后，将其从真空箱中取出，并将血池完全浸入硅胶混合物中，确保血池内的所有空隙和腔隙均被硅胶填充，并使血池表面得到充分包覆。

在通风良好的区域，将心肌模型各部件均匀喷洒脱模剂。将心肌模型的下半部分组装在血池的心尖处。若出现泄漏，使用夹具、热熔胶或黏土密封漏点。

接下来，将硅胶倒入血池与外壳壁之间的空隙，直至组装好的心肌模具部件被完全填满。组装心肌外壳其余部件后，根据需要使用橡皮筋和夹具将外壳各部分紧密固定。待硅胶完全固化后，将硅胶心脏从心肌外壳中取出，并修剪掉因外壳部件之间缝隙或注胶孔而产生的任何硅胶毛边。

在硅胶模型上识别出所有具有开放末端的血管后，修剪覆盖在血管上的硅胶，以暴露内部的ABS血池。将硅胶心脏浸入丙酮中，浸入丙酮后10至15分钟，ABS将开始软化。一旦ABS软化，用镊子移除大块的ABS，以加快ABS溶解过程。

当大部分ABS血液池溶解后，用干净的丙酮冲洗硅胶心脏两到三次，以彻底清除硅胶中的所有ABS。将心脏模型从丙酮中取出，并在通风良好的环境中让残留的丙酮从模型上完全挥发。为评估硅胶模型的准确性和功能性，分别在左心室前壁和右心室后壁各做一个切口，以观察内部解剖结构。

预期的室间隔缺损存在，相应的内部结构也清晰可见，一名先天性心脏病外科医生已将一片GORE-TEX补片缝合至模型中，以修复该室间隔缺损。模具的设计至关重要。请确保将模具切割成足够多的片块，以便能够完整贴合血池的周围。

该技术实现了复杂患者特异性硅胶模型的构建。我们不再受限于3D打印材料的局限，而是能够满足对复杂外科训练模型的各种需求。