Mimics創(chuàng)新套件在瓣膜置換領域的應用——加速解決臨床需求，助力患者重獲新生

來源： Materialise 瑪瑞斯

過去一直被“忽略”的三尖瓣，最近正在引起學術界的關注。三尖瓣通常與心臟左側(cè)有關，傳統(tǒng)觀點認為修復左側(cè)也會糾正右側(cè)。然而，最近證據(jù)顯示大量病例在左側(cè)修復后右側(cè)癥狀并沒有消退，最終仍需要進行手術干預，其中三尖瓣反流（tricuspid regurgitation，TR）是較為常見的心臟瓣膜病，即血液從右心室回流到右心房。目前不少醫(yī)療器械公司正尋找解決此問題的方法，其中以色列的公司Innoventric正在為治療TR開發(fā)一種獨特的解決方案，在Materialise Medical 和 Mimics 創(chuàng)新套件的3D技術幫助下，Innoventric 正在快速地實現(xiàn)他們前瞻性的解決方案。

• 挑戰(zhàn)
  

瓣膜的非管狀形狀難以錨定，
導致三尖瓣反流的修復過程很復雜

• 解決方案
  

Innoventric 繞過了復雜的三尖瓣解剖結(jié)構(gòu)，開發(fā)了 Trillium™，一種錨定在上腔靜脈/下腔靜脈（IVC/SVC）中的帶瓣支架

• 結(jié)果
  

在首次人體臨床試驗（FIH）中成功治療了多名患者

挑戰(zhàn)
三尖瓣關閉不全會增加靜脈壓力，出現(xiàn)水腫，最終導致多器官衰竭。目前的治療方法通常為使用利尿劑以促進體液流失，在病情惡化時再去醫(yī)院。然而三尖瓣疾病是機械性的問題，僅靠藥物不能完全治愈，最終仍需要通過手術來減輕癥狀和并發(fā)癥的風險。

然而，更換三尖瓣的心臟開胸手術對老年患者來說風險很高。三尖瓣置換手術比改善受損主動脈瓣的手術——經(jīng)導管主動脈瓣植入術 (TAVI) 復雜得多。這是因為三尖瓣不是圓形的，且瓣環(huán)的形狀因每位患者而異，難以固定。此外，與主動脈瓣的穩(wěn)定形狀不同，三尖瓣的形狀在心動周期內(nèi)會隨著腱索和乳頭肌的運動而不斷變化。這些都增加了三尖瓣置換手術的難度。

打開三尖瓣置換的思路

▲  支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其側(cè)壁上設計一個瓣膜

Amir Danino，Innoventric公司的創(chuàng)始人和CEO, 提出了一個前瞻性想法，鑒于三尖瓣的位置和結(jié)構(gòu)復雜，因此不直接在三尖瓣處更換瓣膜，而是去增加一個防止反流的瓣膜。支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其側(cè)壁上設計一個瓣膜（如圖）。由于腔靜脈是管狀結(jié)構(gòu)且尺寸比三尖瓣環(huán)小，這樣以來錨定也會更容易。通過旋轉(zhuǎn)和縱向的標記還可確保瓣膜有正確的位置和開口方向。

當解剖結(jié)構(gòu)以三維呈現(xiàn)時，我們更容易在術前理解手術過程中必須處理的解剖結(jié)構(gòu)和挑戰(zhàn)。

Yair Pichersky ｜ Innoventric 研發(fā)項目經(jīng)理

Materialise Medical 團隊助力原型設備設計

▲  Trillium™ 裝置設計帶有一個支架和一個通向右心房的瓣膜

為了設計出有正確尺寸的瓣膜，研發(fā)團隊需要一系列關鍵的測量值，例如IVC/SVC的直徑、支架長度、右心房 (RA) 入口、與隔膜的距離與RA體積，為此他們聯(lián)系了 Materialise Medical 團隊幫助其進行了分析，包括三維重建數(shù)據(jù)和執(zhí)行相應的測量。借助虛擬模型和相應測量結(jié)果，Innoventric 團隊能夠通過支架移植物的直徑、長度和形狀來判斷設計結(jié)果是否可行，并將其用于驗證（Verification）和確認（Validation），從而進一步確認是否可以有效交付和放置到位。

在臨床前試驗之前和期間，他們還設計了一個體外心血管流體動力學測試系統(tǒng)來模擬支架植入物的性能。同時，作為進行FIH試驗之前的驗證和確認計劃的一部分，他們也進行了所有與標準相關的耐久性、疲勞、生物相容性、滅菌驗證等測試。之后他們也將 Trillium™ 植入了 30 頭患有TR 的豬體內(nèi)，以進行動物試驗。

Materialise Mimics創(chuàng)新套件與3D打印服務助力人體試驗的有效篩選和規(guī)劃

▲  Mimics 中的三維重建用于術前規(guī)劃

2020 年初，Innoventric 團隊開始了他們的FIH。在篩查階段，他們通過篩查各種醫(yī)學變量來選擇患者，使用能夠顯示血流方向和壓力的彩色多普勒超聲來確定反流的等級，然后拍攝CT和使用Mimics 創(chuàng)新套件測量 IVC/SVC 不同位置的直徑和肝靜脈端到右心房之間的距離等解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)，以確定植入物是否適配。還通過體外心血管流體動力學測試系統(tǒng)測量了右心房、右心室、肺動脈和腔靜脈的壓力，以獲取血流動力學情況。

▲ 通過三維視圖理解解剖學和病例的復雜性

在患者通過篩查之后，Innoventric 團隊會使用Mimics三維重建和Materialise 3D打印服務來規(guī)劃手術流程。在Mimics創(chuàng)新套件中，他們?nèi)�維重建患者數(shù)據(jù)，以結(jié)合導入的支架數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)三維下的支架虛擬植入。通過這樣的方式，他們能夠在術前選擇支架的尺寸，并確定植入的位置和角度。在得到術前規(guī)劃的結(jié)果后，他們會發(fā)送給醫(yī)生以進一步確認。另外，他們利用之前的術前規(guī)劃數(shù)據(jù)，使用柔韌性的材料來3D打印出三維實體模型來訓練手術操作流程。在練習時，熒光標記被用來輔助定位支架，從而使其放置在正確的位置和流動方向上。通過這個數(shù)字化輔助的工作流程，他們已經(jīng)成功地幫助了多名患者，在FIH試驗期間該流程將持續(xù)幫助更多的患者。正如 Innoventric 的研發(fā)項目經(jīng)理 Yair Pichersky 解釋的那樣，“當解剖結(jié)構(gòu)以三維呈現(xiàn)時，我們更容易在術前理解手術過程中必須處理的解剖結(jié)構(gòu)和挑戰(zhàn)。”

Materialise強大的工作流程將持續(xù)助力Trillium™走向臨床
由于Innoventric研發(fā)團隊迄今為止取得的巨大進步，未來該團隊將保留他們的工作流程。他們下一階段的目標是繼續(xù)擴大試驗規(guī)模，惠及更多的患者，同時從試驗應用到臨床。Mimics 創(chuàng)新套件一直以來是協(xié)助試驗篩選和 “實現(xiàn)”模擬裝置植入的強大工具，其對于Innoventric目標的實現(xiàn)是必不可少的。Yair 補充說：“我們帶著更多的數(shù)據(jù)和知識來進行手術，這些知識也給了操作人員信心。”

3D打印技術對于 Innoventric 從研發(fā)、驗證和確認到審核批準的整個過程來說都將是不可或缺的。他們與 Materialise的合作使他們能夠設計該創(chuàng)新裝置，真正實現(xiàn)“從科研到臨床應用”。