3D打印醫(yī)療模型有助于更好地監(jiān)測心室裝置和血流量

來源：增材之光

在“創(chuàng)新的左心室輔助裝置的建模技術(shù)和3D打�。簭膶嶒炁_到臨床實踐的橋梁”中，美國研究人員研究了更好地監(jiān)測左心室輔助裝置（LVAD）和故障排除警報的新技術(shù)。由于近30年來LVAD一直是一項發(fā)展中的技術(shù)，因此有必要改變其流動動力學(xué)。

作者研究了臨床上尚未使用的新發(fā)展方法，但未來可能具有重要意義，因為它們能夠改善心臟病患者的治療，他們可能有低心輸出量，甚至是終末期心力衰竭。由于LVAD為移植或進(jìn)一步治療提供了“橋梁”，某些模型可能會導(dǎo)致以下問題：
高血栓形成
瓣膜失敗率
流量增加
出血并發(fā)癥
腦卒

即使采用了高級設(shè)計，也可能由于LVAD放置在體內(nèi)而出現(xiàn)問題。在這里，研究人員進(jìn)一步研究預(yù)測左心室流出的技術(shù)。這些技術(shù)不僅可以帶來更好的故障排除，而且還可以在3D打印指南的幫助下更好地進(jìn)行手術(shù)計劃。

計算流體動力學(xué)用于創(chuàng)建LVAD原型并對其進(jìn)行測試：

LVAD患者的計算流體動力學(xué)（CFD）分析工作流程。

在進(jìn)行計算機(jī)模擬之前，需要定義物體的精確3D幾何形狀，通常來自心臟CT或3D超聲心動圖。在這種情況下，液體、血液和周圍邊界的物理特征是確定的。在這些計算機(jī)模擬中，血液被假定為理想的液體。

通過'入口'（左心室）和'出口'（主動脈）的血流量可以來自心臟導(dǎo)管插入術(shù)或超聲心動圖。這些幾何和邊界條件是計算機(jī)模擬的輸入，其基本上用作虛擬流動實驗室。然后，該信息可用于生成剪切應(yīng)力，散熱和壁壓的信息。還可以生成用于溶血和血小板活化的模型以測試裝置的血液相容性。

CFD模擬具有相對于主動脈弓的不同流出套管角度和絕對壓力的變化（以帕斯卡為單位）以及在主動脈弓和大血管上的分布。

流體結(jié)構(gòu)相互作用（FSI）允許研究人員檢查“可變形結(jié)構(gòu)”周圍的流體流動，通過CFD模擬，可以評估以下血液動力學(xué)參數(shù)：
壓力
速度
壁面剪切應(yīng)力
移位

模擬使研究人員能夠觀察到擾動的血流，這可能與動脈粥樣硬化和血栓形成的問題有關(guān)。作者指出，大多數(shù)CFD研究缺乏所需的特定患者幾何結(jié)構(gòu)，以及長期結(jié)果。

研究人員表示，“CFD可以證明是一種有用的技術(shù)，可以臨床用于LVAD種植體規(guī)劃，監(jiān)測和LVAD患者并發(fā)癥的故障排除。評估與不良長期臨床結(jié)果相關(guān)的不良流體特征可能為手術(shù)植入技術(shù)提供重要見解。”

在粒子圖像測速（PIV）中，研究人員研究了用于計算速度矢量和流體動力學(xué)的快速連續(xù)成像。PIV建模涉及設(shè)置：
透明的幻影器官
激光器
相機(jī)
顆粒
圖像處理軟件

作者發(fā)現(xiàn)了PIV在理解LVAD放置和流體動力學(xué)方面的潛力。

3D打印模型現(xiàn)在也在使用，以便研究人員可以更多地了解心臟病。它們可能有助于手術(shù)計劃，也有助于放置心室輔助裝置（VAD）。心臟模型也有助于虛擬植入，以及兒童的VADS。研究人員指出，3D打印心臟模型確實改善了解剖學(xué)定位和手術(shù)技術(shù)，它們不如連續(xù)流動泵模擬。他們建議使用CFD或PIV建模的更好的仿真模型。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，人們希望開發(fā)能夠復(fù)制解剖學(xué)和生理學(xué)特征的患者特異性模型，用于LVAD手術(shù)計劃。從長遠(yuǎn)來看，改善流體動力學(xué)可能有助于改善植入技術(shù)并減輕重大不良事件的負(fù)擔(dān)。

一個流量循環(huán)回路的例子，其LVAD連接到調(diào)節(jié)室和流量計。

因為有如此多的心臟病影響著世界上許許多多的人，他們可能是致命的，研究人員一直在尋找更好的方法來治療患者。借助3D打印模型和設(shè)備，患者特定護(hù)理更容易獲得，這意味著醫(yī)療專業(yè)人員可以更輕松地診斷心臟病，治療心臟病，并解釋患者和家人的情況。醫(yī)學(xué)生也有更廣泛的培訓(xùn)機(jī)制，包括先進(jìn)的3D打印心臟模型和手術(shù)指南。