哈佛3D列印心臟瓣膜為提高人工膜瓣匹配度開闢道路

哈佛3D列印心臟瓣膜為提高人工膜瓣匹配度開闢道路

據外媒報導,3D列印技術為醫用植入物開闢了一個全新的可能性世界,外科醫生可以為患者量身定製以此來完美契合他們獨特的解剖結構,這種服務甚至還延伸到了企鵝、海龜和狗等動物身上。近期,哈佛大學的科學家們則將該技術應用到了受損心臟領域,這提供了一種可以保持動脈暢通、讓血液自由流動的潛在新工具。

哈佛3D列印心臟瓣膜為提高人工膜瓣匹配度開闢道路

心臟瓣膜置換手術是一種相對常見但卻比較棘手的手術,外科醫生需要打開促進血液進出心臟的四個瓣膜中的一個。這些瓣膜可能停止正常工作的原因有很多,但其中一個特別常見的原因是鈣積聚在被稱為二尖瓣連枷小葉的皮瓣上,正常情況下它在每次心跳時打開和關閉。

哈佛大學的研究人員指出,在75歲及以上的美國人中,每八個人中就有一個以上會經歷中到嚴重程度的心臟主動脈瓣堵塞。醫生透過導管小心地將人工瓣膜置入主動脈內來進行治療,這一過程被叫做經皮主動脈瓣置換術(TAVR)。然而要想確定正確的尺寸卻有點像猜謎遊戲。

「如果你在網上買了一雙鞋,卻沒有先試穿過,那麼它們很有可能不太合適,」哈佛大學維斯研究所資深研究科學家James Weaver解釋稱,「選擇合適的替代TAVR瓣膜也會出現類似的問題,因為醫生沒有機會在術前評估特定瓣膜的尺寸與患者的解剖結構之間的匹配程度。」

如果判斷錯誤後果將會很嚴重。如果人工瓣膜太小就會發生移位和洩漏的問題;如果人工瓣膜太大,則會導致心臟破裂甚至還可能會導致死亡。

哈佛3D列印心臟瓣膜為提高人工膜瓣匹配度開闢道路

科學家們目前確實有一些工具可供他們在準備過程中使用。通常情況下,患者需要接受CT掃瞄,其中X射線圖像將用於產生心臟的3D重建,但這仍舊只能描繪出部分圖像。雖然這些可以展示主動脈的外壁以及鈣的積聚,但由於小葉太薄無法顯示出來因此就很難預測出人工瓣膜的適應程度。

現在,哈佛大學的研究小組以及布里格姆婦女醫院、華盛頓大學麻省總醫院、馬克斯-普朗克膠體與介面研究所(Max Planck Institute of Colloids and Interfaces)的合作者們已經找到了一種填補這一空白的方法。其技術核心是一套新型的電腦軟體,它能透過參數化建模、利用從CT掃瞄中獲取的一組7個坐標生成傳單的3D模型。之後透過與CT數據的結合,用3D列印技術列印出心臟瓣膜的實體模型--其中就包括了主動脈壁、鈣沉積和小葉。

哈佛3D列印心臟瓣膜為提高人工膜瓣匹配度開闢道路

除了這個模型這個團隊還用3D列印印了一台被稱為sizer的設備,其能被放置在心臟瓣膜內部並在找到完美的匹配度後進行膨脹或收縮。

研究小組對30名已經來自接受過TAVR手術的患者的資料進行了測試,據悉,這些患者中有一半因人工瓣膜尺寸過小而出現了洩漏的情況。結果顯示,只有60%的患者獲得了正確尺寸大小的瓣膜,另外團隊還能成功猜出了洩漏比例。

這些成果將可以幫助臨床醫生提前知道哪些患者將會從TAVR手術中受益哪些需要展開更加複雜的開胸手術。

獲悉,這支研究團隊的小葉建模軟體和3D列印方法都可以在網上免費獲取,他們希望透過這種方式讓研究人員和臨床醫生繼續使用並以此來改善患者的治療。

相關研究報告已發表在《Journal of Cardiovascaulr Computed Tomography》上。

 

 

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