墨水直寫3D打�。褐圃炀哂姓鎸崣C(jī)械特性的主動脈模型

導(dǎo)讀：增材制造(AM)可用于生產(chǎn)人工主動脈模型，用于主動脈瓣置換(TAVR)手術(shù)的培訓(xùn)或研究。通過增材制造，模型可以根據(jù)患者的主動脈解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行個性化定制。到目前為止，現(xiàn)有的模型大多是使用單一的橡膠類材料制造的。這種材料不能復(fù)制天然主動脈組織的機(jī)械特性，特別是在高應(yīng)變（>0.1）區(qū)域的應(yīng)力-應(yīng)變反應(yīng)。使用不能真實反應(yīng)主動脈特性的模型進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練對于外科醫(yī)生來說存在一定的問題。

2022年5月，南極熊獲悉，KTH皇家理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)械與工藝工程系復(fù)合材料與適應(yīng)性結(jié)構(gòu)實驗室的研究者開發(fā)了一個3D打印的具有真實機(jī)械特性的主動脈模型，材料包括明膠纖維和硅膠。該模型有望成為模擬TAVR手術(shù)的主動脈的真實模擬物。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在《 Materials Letters》上。


研究人員事先用醫(yī)學(xué)影像學(xué)分析了計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)，以確定特定病人的主動脈竇和周圍血管的解剖結(jié)構(gòu)。所設(shè)計的新型硅膠基質(zhì)復(fù)合材料用明膠纖維增強(qiáng)，與主動脈組織的應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)進(jìn)行了測試和比較。結(jié)果表明這樣的模型不僅能反應(yīng)患者的真實的動脈結(jié)構(gòu)，也具有主動脈組織的特性，對開發(fā)下一代醫(yī)學(xué)模型很有幫助。



△研究過程示意圖

研究過程可以簡短的概括為：從計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)中提取患者的特定幾何形狀，進(jìn)行主動脈模型的制造。利用DIW制造了硅膠復(fù)制品。隨后，生產(chǎn)明膠纖維并將其包裹在硅膠模型上，以模擬天然主動脈組織的典型應(yīng)力-應(yīng)變行為。


△針對明膠纖維生產(chǎn)開發(fā)的實驗室裝置，包括長絲卷繞器、含有明膠溶液的筒狀物、加熱槍和壓力控制器。


△（a) 三維打印的硅膠主動脈模型 (b) 后處理后的GFRS主動脈模型 (c) 用明膠纖維加固的打印硅膠模型 (d)材料的拉伸試驗結(jié)果與其他報告的高應(yīng)變區(qū)的數(shù)值（Vf=纖維的體積分?jǐn)?shù)）

總結(jié)
研究人員使用單向明膠纖維增強(qiáng)的硅膠復(fù)合材料成功地制造了一個具有機(jī)械代表性的3D打印主動脈模型。明膠纖維以不同體積分?jǐn)?shù)沉積在打印的硅膠模型內(nèi)，可以反應(yīng)主動脈組織中真實的應(yīng)力-應(yīng)變情況。這將使該模型成為TAVR的有效手術(shù)培訓(xùn)工具，因為主動脈中的不同結(jié)構(gòu)的機(jī)械情況更符合實際情況。


更多內(nèi)容請下載原文查看： https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132396