用3D打印预测心脏瓣膜渗漏新利18官方

在美国，75岁及以上的老年人中，有超过八分之一的人患有心脏主动脉瓣中重度阻塞，这通常是由钙化沉积物引起的，钙化沉积物在瓣膜小叶上堆积，阻止瓣膜完全打开和关闭。这些年纪较大的病人中，有许多还不够健康，无法接受心脏直视手术;取而代之的是，他们通过一种叫做经导管主动脉瓣置换(TAVR)的手术将人造瓣膜植入心脏，该手术通过插入主动脉的导管将瓣膜展开。然而，这一过程也存在挑战，包括需要在没有真正看到患者心脏的情况下选择尺寸完美的心脏瓣膜:太小，瓣膜可能会脱落或在边缘渗漏;太大的话，瓣膜就会撕裂心脏，有死亡的危险。心脏病专家正在寻找一种“刚好合适”的TAVR瓣膜大小。

哈佛大学威斯生物工程研究所的研究人员创造了一种新颖的3D打印工作流程，使心脏病专家能够在实际实施医疗程序之前，评估不同瓣膜尺寸将如何与每位患者的独特解剖结构相互影响。新利18官方该方案使用CT扫描数据生成单个患者主动脉瓣的物理模型，并使用“尺寸测量器”来确定完美的置换瓣膜尺寸。“如果你在网上买了一双鞋，没有先试穿，很有可能它们不合适。该论文的通讯作者、Wyss研究所高级研究科学家詹姆斯·韦弗博士说:“更换TAVR瓣膜的尺寸也存在类似的问题，因为医生在手术前没有机会评估特定的瓣膜尺寸如何适合患者的解剖结构。”“我们的综合3D打印和瓣膜定径系统新利18官方提供了每个患者独特的主动脉瓣形状的定制报告，消除了许多猜测，帮助每个患者获得更准确大小的瓣膜。”

当患者需要更换心脏瓣膜时，他们通常会接受CT扫描，这是对心脏的一系列x光图像，以创建内部解剖的3D重建。虽然在CT扫描上可以很容易地看到主动脉外壁和任何相关的钙化沉积物，但打开和关闭瓣膜的脆弱组织“小叶”往往太薄而不能很好地显示出来。Weaver解释说:“在进行心脏解剖三维重建后，通常情况下钙化的沉积物只是简单地漂浮在瓣膜内部，对于TAVR瓣膜如何与钙化沉积物相互作用，我们几乎无法了解。”

为了解决这个问题，当时在威斯研究所(Wyss Institute)担任研究员的艾哈迈德·胡斯尼(Ahmed Hosny)创建了一个软件程序，使用参数化建模，利用CT扫描上可以看到的每个患者瓣膜上的七个坐标，生成传单的虚拟3D模型。然后将数字单张模型与CT数据合并并进行调整，使其正确地适合于阀门。最终的模型，包括小叶和它们相关的钙化沉积物，然后被3D打印成一个物理的多材料模型。

该团队还3D打印了一种定制的“尺寸”设备，该设备适合3D打印的瓣膜模型，并能扩大和收缩，以确定哪种尺寸的人工瓣膜最适合每个患者。然后，他们用一层薄薄的压力感应薄膜包裹着施胶器，以绘制施胶器与3d打印瓣膜及其相关钙化沉积物之间的压力，同时逐渐扩大施胶器。

“我们发现，小叶上钙化沉积物的大小和位置对人工瓣膜适合钙化瓣膜的程度有很大影响，”目前在丹娜-法伯癌症研究所工作的胡斯尼说。“有时候，TAVR瓣膜根本无法完全密封钙化的瓣膜，而这些患者实际上可以通过开胸手术获得更好的结果。”

此外，3d打印瓣膜模型的多材料设计，将柔性瓣叶和刚性钙化沉积物整合成一个完整的形状，可以更准确地模拟真正的心脏瓣膜在人工瓣膜展开过程中的行为，并在缩放器扩大时提供触觉反馈。

3d打印的四名患者独特的主动脉瓣模型被展示在CT扫描图的旁边(钙化沉积物以白色显示)。

资料来源:哈佛大学威斯研究所

该团队根据30名已经接受TAVR手术的患者的数据对他们的系统进行了测试，其中15名患者由于瓣膜太小而出现了泄漏。研究人员预测，根据大小适合3D打印的主动脉瓣模型，每个患者应该接受多大的瓣膜，以及他们是否会在手术后发生泄漏。该系统能够成功预测60-73%的患者的泄漏结果(取决于患者接受的瓣膜类型)，并确定60%的患者接受了合适大小的瓣膜。

“能够识别中、低风险患者，这些患者的心脏瓣膜解剖使他们有更高的可能出现TAVR并发症，这是至关重要的，我们以前从未有过一种非侵入性的方法来准确确定这一点。”合著者Beth Ripley医学博士，华盛顿大学放射学系助理教授说。“手术可能对这些患者更好，因为不完美的TAVR结果的风险可能超过其好处。”此外，能够对整个过程进行物理模拟可能会为今后的阀门设计和部署方法提供参考。

该团队已经将他们的传单建模软件和3D打印协议免费在线提供给希望使用它们的研究人员或临床医生。新利18官方他们希望他们的项目能成为可进化生物医学设计的跳板，与市场的先进水平保持同步。“个性化医疗挑战的核心是认识到一种医疗方法不能同样适用于所有患者，治疗方法应该因人而异，”维斯研究所创始主任Donald Ingber医学博士说。“这一原则适用于医疗设备和药物，看到我们的社区如何在这一领域进行创新，并试图将新的个性化方法从实验室转化到临床，这是令人兴奋的。”