Science子刊：明尼蘇達(dá)大學(xué)完成3D打印心臟瓣膜模型,，模擬患者真實(shí)感受

來(lái)源：轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)

導(dǎo)言：在未來(lái)的幾十年中,，世界將面臨人口結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和人口老齡化的挑戰(zhàn),。人口老齡化增加了心血管疾病的患病率,，心血管疾病是該年齡組人群的主要死亡原因,。其中，非先天性主動(dòng)脈瓣狹窄（AS）是老年人的常見(jiàn)心血管疾病之一,。

經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)（TAVR）是一種用于治療主動(dòng)脈瓣狹窄的微創(chuàng)手術(shù)，旨在通過(guò)導(dǎo)管輸送系統(tǒng)將生物修復(fù)瓣膜植入患病的天然瓣膜來(lái)治療該疾病,。近日,，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員在美敦力公司的支持下，開(kāi)發(fā)了一種突破性的工藝,，將心臟主動(dòng)脈瓣和周?chē)�結(jié)構(gòu)的逼真模型進(jìn)行多材質(zhì)3D打印,，模擬患者的真實(shí)外觀和感受，有助于改善患者的預(yù)后,。

該研究于8月28日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志,，題為“3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications”。

這些患者特定的器官模型,，包括集成到結(jié)構(gòu)中的3D打印軟傳感器陣列,，是使用專(zhuān)門(mén)的墨水和定制的3D打印工藝制造的。
研究人員3D打印了主動(dòng)脈根部,，主動(dòng)脈根部是離心臟最近并與心臟相連的部分,，由主動(dòng)脈瓣和冠狀動(dòng)脈開(kāi)口組成，具有三個(gè)瓣膜,，稱(chēng)為小葉,，被纖維環(huán)包圍。該模型還包括左心室肌肉和升主動(dòng)脈的一部分,。

患者特定的3D打印主動(dòng)脈根部模型的概念和組件的概述,。（A）主動(dòng)脈根部植入TAVR假體的心臟示意圖。AV,，房室,。（B）具有內(nèi)部集成傳感器陣列的3D打印主動(dòng)脈根模型。圖片來(lái)源：明尼蘇達(dá)大學(xué)，Ghazaleh Haghiashtiani和Kaiyan Qiu,。（C）主動(dòng)脈根部模型的不同組分,。鈣化區(qū)域顯示為黃色。膜隔的大致區(qū)域用藍(lán)色標(biāo)記指示,。

該研究的資深作者,，明尼蘇達(dá)大學(xué)的機(jī)械工程教授兼高級(jí)研究員Michael McAlpine表示：“我們使用這些3D打印模型的目標(biāo)是通過(guò)提供特定于患者的工具，來(lái)幫助醫(yī)生了解特定患者心臟的確切解剖結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性,，從而降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥,。醫(yī)師可以在實(shí)際手術(shù)之前測(cè)試并試用瓣膜植入物。這些模型還可以幫助患者更好地了解自己的解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)本身,�,！�

該器官模型經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，可幫助醫(yī)生為經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)（TAVR）做準(zhǔn)備,，該手術(shù)將新瓣膜置于患者的主動(dòng)脈瓣內(nèi),。這種手術(shù)用于治療主動(dòng)脈瓣狹窄，這種情況發(fā)生在心臟主動(dòng)脈瓣,，阻止了瓣膜完全打開(kāi),，從而減少或阻斷從心臟流入主動(dòng)脈的血流。主動(dòng)脈瓣狹窄是老年人最常見(jiàn)的心血管疾病之一,，在北美影響約270萬(wàn)75歲以上的成年人受到影響,。TAVR手術(shù)比心臟直視手術(shù)修復(fù)受損瓣膜的創(chuàng)傷小。

主動(dòng)脈根部模型是通過(guò)患者的CT掃描來(lái)匹配確切形狀而制成的,。然后,，使用明尼蘇達(dá)大學(xué)可見(jiàn)心臟實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用專(zhuān)用的有機(jī)硅基墨水對(duì)其進(jìn)行3D打印，這種墨水與真實(shí)心臟組織的感覺(jué)相匹配,。當(dāng)前市場(chǎng)上的商用打印機(jī)可以3D打印形狀,，但使用的墨水通常過(guò)于堅(jiān)硬，無(wú)法與真實(shí)心臟組織的柔軟度相匹配,。
另一方面,，明尼蘇達(dá)大學(xué)的專(zhuān)業(yè)3D打印機(jī)能夠通過(guò)打印類(lèi)似于修補(bǔ)干墻和石膏的散斑膏的墨水來(lái)模擬模型的軟組織成分，以及瓣膜上的硬鈣化,。

醫(yī)生可以在手術(shù)過(guò)程中使用這些模型來(lái)確定瓣膜裝置的尺寸和位置,。模型中3D打印的集成傳感器為醫(yī)生提供了電子壓力反饋，可用于指導(dǎo)和優(yōu)化患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)瓣膜的選擇和定位,。

但是McAlpine認(rèn)為這并不是這類(lèi)3D打印模型的終點(diǎn),。

“隨著我們的3D打印技術(shù)不斷改進(jìn)，并且我們發(fā)現(xiàn)了新的集成電子元件以模擬器官功能的新方法,，這些模型本身可以用作人工替代器官,，總有一天這些仿生器官會(huì)比它們的同類(lèi)更好,。”
參考：
【1】https://medicalxpress.com/news/2 ... ke-heart-valve.html
【2】https://advances.sciencemag.org/content/6/35/eabb4641