哈佛通過(guò)3D打印技術(shù)預(yù)測(cè)心臟瓣膜的泄漏

2018年12月12日，南極熊從外媒獲悉，哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的研究人員創(chuàng)建了一個(gè)3D打印工作流程，允許心臟病專家預(yù)測(cè)人工心臟瓣膜的性能，并評(píng)估不同瓣膜尺寸與每個(gè)患者獨(dú)特解剖結(jié)構(gòu)的相互作用，然后才能實(shí)現(xiàn)醫(yī)療程序執(zhí)行。

患者主動(dòng)脈心臟瓣膜的多材料物理模型，每個(gè)都有自己獨(dú)特的大小，形狀和鈣化量。圖片來(lái)源：哈佛大​​學(xué)

在美國(guó)，超過(guò)八分之一的75歲及以上的人在其心臟中發(fā)生中度至重度的主動(dòng)脈瓣阻塞。許多老年患者使用稱為經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)（TAVR）的手術(shù)將人工瓣膜植入其心臟，該手術(shù)通過(guò)插入主動(dòng)脈的導(dǎo)管展開(kāi)瓣膜。然而，該程序的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建適合患者解剖結(jié)構(gòu)的高度準(zhǔn)確的置換心臟瓣膜。

將CT掃描心臟解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D重建之后，很容易看到主動(dòng)脈的外壁和任何相關(guān)的鈣化沉積物，但是打開(kāi)和關(guān)閉瓣膜的精細(xì)“小葉”通常太薄而不能顯示很好。 Wyss Institute高級(jí)研究科學(xué)家James Weaver博士說(shuō)：“通�？雌饋�(lái)鈣化的沉積物只是在閥門內(nèi)部浮動(dòng)，對(duì)部署的TAVR閥門如何與它們相互作用提供很少或根本沒(méi)有見(jiàn)解，”

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)軟件，該軟件使用參數(shù)化建模來(lái)生成虛擬3D模型，使用每個(gè)患者瓣膜上的七個(gè)坐標(biāo)，這些坐標(biāo)在CT掃描中可見(jiàn)。然后將數(shù)字小葉模型與CT數(shù)據(jù)合并并進(jìn)行調(diào)整，以使它們正確地適合瓣膜。然后將得到的模型（其中包含小葉及其相關(guān)的鈣化沉積物）3D打印成物理多材料模型。

該團(tuán)隊(duì)還3D打印了一個(gè)定制的“sizer”設(shè)備，該設(shè)備適合3D打印的閥門模型，并進(jìn)行擴(kuò)展和收縮，以確定最適合每位患者的人造瓣膜尺寸。

將定制的“sizer”裝置放置在每個(gè)3D打印的心臟瓣膜模型內(nèi)并逐漸擴(kuò)展直到達(dá)到適當(dāng)?shù)呐浜稀?圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)

研究人員發(fā)現(xiàn)，三維打印的瓣膜模型的多材料設(shè)計(jì)，將柔性小葉和剛性鈣化沉積物整合成完全整合的形狀，可以更準(zhǔn)確地模擬真人心臟瓣膜在人工瓣膜展開(kāi)過(guò)程中的行為。

該團(tuán)隊(duì)根據(jù)已經(jīng)接受過(guò)TAVR手術(shù)的30名患者的數(shù)據(jù)對(duì)他們的系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，其中15名患者因閥門太小而發(fā)生泄漏。 通過(guò)應(yīng)用sizer和建模軟件，Wyss團(tuán)隊(duì)證明能夠以60-73％的準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)這些情況下的泄漏率。

將定制的“sizer”裝置放置在每個(gè)3D打印的心臟瓣膜模型內(nèi)并逐漸擴(kuò)展直到達(dá)到適當(dāng)?shù)呐浜稀?圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)

共同作者醫(yī)學(xué)博士 Beth Ripley說(shuō)：“能夠識(shí)別中心和低風(fēng)險(xiǎn)患者，其心臟瓣膜解剖結(jié)構(gòu)使他們更容易發(fā)生TAVR并發(fā)癥，這是至關(guān)重要的，我們以前從未有過(guò)一種非侵入性的方法來(lái)準(zhǔn)確地確定這種情況，這些患者可能會(huì)通過(guò)手術(shù)獲得更好的服務(wù)，因?yàn)椴煌昝赖腡AVR結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)可能超過(guò)其益處�！�

論文鏈接：https://www.journalofcardiovascularct.com/article/S1934-5925(18)30172-2/fulltext