3D打印在心血管疾病外科治療中的應用

魔猴君  行業(yè)資訊   1962天前

3D打印是一種將數(shù)字物體轉化為物理模型的制造技術。該技術在特定的數(shù)字設計的基礎上，通過在連續(xù)層中沉積材料來建立任意幾何結構。盡管3D打印技術在心血管醫(yī)學中的應用相對較新，但這門學科的進展正以令人吃驚的速度發(fā)展著。

3D打印正處于打印機和材料工程、無創(chuàng)診斷成像、計算機輔助設計和結構心臟干預的十字路口。這項技術的心血管應用包括在醫(yī)學教學中使用特定于病人的3D模型、探索瓣膜和血管功能、手術和導管基礎上的程序規(guī)劃、設計和完善最新的經皮結構設備創(chuàng)新、創(chuàng)造功能器官，并最終打印出專門針對特定基因患者的工作心臟。

3D打印的特定病人模型可用于許多不同的應用，包括創(chuàng)建解剖教學工具、開發(fā)研究心內血流的功能模型、為復雜的過程規(guī)劃創(chuàng)建可變形的混合材料模型以及創(chuàng)建或改進心臟內設備。一種能夠收縮的心臟貼片在替換部分傷痕累累的心臟組織方面有著明顯的應用。一種能夠泵血的合成3D打印心臟正在進行研究。最終的目標是利用病人自身的細胞打印出一顆功能良好的人造心臟，這樣就不會產生免疫排斥反應。

已經有研究人員將這項技術應用于肺部的一種大型復雜房室畸形(AVM)，在肋骨癌病例中打印定制肋骨，在二尖瓣反流需要修復的情況下，幫助我們了解疾病、規(guī)劃各種選擇，為病人提供咨詢，教給年輕的醫(yī)生并進行完美無缺的手術。

3D打印在心血管疾病外科治療中的應用大概可分為以下幾個方面：

1、教學工具

就像我們熟悉的心臟整形模型一樣，3D打印的模型能夠快速表達復雜的解剖結構，同時也能描述特定患者的解剖病理。針對患者的先天性心臟病模型已被用于住院醫(yī)師和護士的危重護理培訓，并顯示出加強外科醫(yī)生和病人之間溝通的潛力。該模型可用于觀察內部結構，如復雜的多室間隔缺損。在這缺乏解剖尸體的時代，打印的器官可以很容易地用于教學目的，而且，它可以以非常低的成本進行無限次復制。

2、功能流模型

通過將高空間分辨率CT、CAD軟件和多材料3D打印技術相結合，可以很容易地創(chuàng)建病變瓣膜、先天性缺陷和冠狀動脈的3D患者模型。這些模型可能特別適用于評估臨床上具有挑戰(zhàn)性的情況，如無創(chuàng)定量控制血流條件下的雪崩反流嚴重程度，或計劃部署血管內支架。這些模型也有潛力模擬設備，如插頭缺陷或新的冠狀動脈支架，可以很容易地評估在這個病人的特定的冠狀動脈床。

3、程序規(guī)劃

先天性心血管疾病往往與復雜而獨特的幾何學有關，從二維CT、CMR或超聲心動圖圖像上很難完全了解，就像復雜肺AVM病例一樣。因此，3D打印模型在更全面地了解和評價各種先天性心臟病方面可能發(fā)揮著關鍵作用。這些模型最近被用于計劃第一個結構心臟手術，以修復mv功能，同時部署一個mitraClip裝置和一個封堵器設備來治療重度mv反流。栩栩如生3D模型可以防止錯誤并促進特定結構性心臟介入治療的創(chuàng)新。

4、設備創(chuàng)新

在一系列心臟病變中測試新的或修訂的結構性心臟修復裝置的能力特別有吸引力。雖然多年來一直依賴其他建模選項，但使用尸體模型的設備開發(fā)不能用于特定患者的程序規(guī)劃。 同樣，動物模型總是缺乏人類心血管疾病的正確大小或病理因素（例如，鈣化）。

5、功能器官

在本世紀初，幾個研究小組已經在芯片上生產了器官，這種裝置可以模擬人體器官的工作(從化學角度來看)，比如肝臟或腎臟。

最近，以色列的一個小組成功地用血管打印出一顆小小的心臟——使用人類的細胞。這是產生一種定制的、功能齊全的完整心臟的漫長道路的第一步，它可能最終克服捐助者缺乏的問題。

目前在病例中使用3D打印技術的明顯優(yōu)點是：它使復雜病變的規(guī)劃更加精確，可以規(guī)劃選項(A、B等)，避免了OT中的緊急計劃，能夠更好地為病人和親屬提供咨詢，有利于培訓——這相當于一種臨床轉移工具，就像擊球練習，它能讓外科醫(yī)生看到各個角落——通過有先見之明的可預視化，它允許外科醫(yī)生通過血液進行“觀察”，它可以進行一次試驗，縮短手術時間，縮短體外循環(huán)時間，減少殘存損傷的機會，減少再介入的機會，更好地進行訓練，人們可以通過放入虛擬瓣膜來評估血流動力學，處理一個缺陷等，這對于通過程序前規(guī)劃來規(guī)劃精細方法是非常寶貴的。

未來方向

通過將高空間分辨率心臟成像技術、圖像處理軟件和融合雙材料3D打印技術結合起來，一些醫(yī)療機構最近已經證明，各種心血管疾病的特定患者模型可能為這種情況提供一個重要的額外視角。特定患者的3D MV模型可能直接影響我們選擇合適的患者進行結構性心臟治療和預測程序并發(fā)癥的能力，并有可能修改和迅速改善迅速心內設備的治療用途。在有限的生理性能范圍內，天然心臟成分(例如血管壁、室壁和瓣葉)可以由廣泛的3D打印材料混合而成。這種個性化3D打印心血管假體的概念今天還沒有出現(xiàn)，但未來清晰可見——最終的成功是由病人自己的細胞制成的功能齊全的心臟。

隨著3D打印技術在先天性心臟病、冠狀動脈疾病、外科和導管型結構疾病中的應用，3D打印是一種新的工具，它正在挑戰(zhàn)我們如何想象、規(guī)劃和實施心血管干預。

來源：中國3D打印網