3D打印在心血管疾病外科治療中的應(yīng)用

魔猴君  行業(yè)資訊   2022天前

3D打印是一種將數(shù)字物體轉(zhuǎn)化為物理模型的制造技術(shù)。該技術(shù)在特定的數(shù)字設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在連續(xù)層中沉積材料來(lái)建立任意幾何結(jié)構(gòu)。盡管3D打印技術(shù)在心血管醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用相對(duì)較新，但這門學(xué)科的進(jìn)展正以令人吃驚的速度發(fā)展著。

3D打印正處于打印機(jī)和材料工程、無(wú)創(chuàng)診斷成像、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)心臟干預(yù)的十字路口。這項(xiàng)技術(shù)的心血管應(yīng)用包括在醫(yī)學(xué)教學(xué)中使用特定于病人的3D模型、探索瓣膜和血管功能、手術(shù)和導(dǎo)管基礎(chǔ)上的程序規(guī)劃、設(shè)計(jì)和完善最新的經(jīng)皮結(jié)構(gòu)設(shè)備創(chuàng)新、創(chuàng)造功能器官，并最終打印出專門針對(duì)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(yīng)用，包括創(chuàng)建解剖教學(xué)工具、開(kāi)發(fā)研究心內(nèi)血流的功能模型、為復(fù)雜的過(guò)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(jìn)心臟內(nèi)設(shè)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(yīng)用。一種能夠泵血的合成3D打印心臟正在進(jìn)行研究。最終的目標(biāo)是利用病人自身的細(xì)胞打印出一顆功能良好的人造心臟，這樣就不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。

已經(jīng)有研究人員將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于肺部的一種大型復(fù)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(fù)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(jìn)行完美無(wú)缺的手術(shù)。

3D打印在心血管疾病外科治療中的應(yīng)用大概可分為以下幾個(gè)方面：

1、教學(xué)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(dá)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能描述特定患者的解剖病理。針對(duì)患者的先天性心臟病模型已被用于住院醫(yī)師和護(hù)士的危重護(hù)理培訓(xùn)，并顯示出加強(qiáng)外科醫(yī)生和病人之間溝通的潛力。該模型可用于觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜的多室間隔缺損。在這缺乏解剖尸體的時(shí)代，打印的器官可以很容易地用于教學(xué)目的，而且，它可以以非常低的成本進(jìn)行無(wú)限次復(fù)制。

2、功能流模型

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

3、程序規(guī)劃

先天性心血管疾病往往與復(fù)雜而獨(dú)特的幾何學(xué)有關(guān)，從二維CT、CMR或超聲心動(dòng)圖圖像上很難完全了解，就像復(fù)雜肺AVM病例一樣。因此，3D打印模型在更全面地了解和評(píng)價(jià)各種先天性心臟病方面可能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些模型最近被用于計(jì)劃第一個(gè)結(jié)構(gòu)心臟手術(shù)，以修復(fù)mv功能，同時(shí)部署一個(gè)mitraClip裝置和一個(gè)封堵器設(shè)備來(lái)治療重度mv反流。栩栩如生3D模型可以防止錯(cuò)誤并促進(jìn)特定結(jié)構(gòu)性心臟介入治療的創(chuàng)新。

4、設(shè)備創(chuàng)新

在一系列心臟病變中測(cè)試新的或修訂的結(jié)構(gòu)性心臟修復(fù)裝置的能力特別有吸引力。雖然多年來(lái)一直依賴其他建模選項(xiàng)，但使用尸體模型的設(shè)備開(kāi)發(fā)不能用于特定患者的程序規(guī)劃。 同樣，動(dòng)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(jì)初，幾個(gè)研究小組已經(jīng)在芯片上生產(chǎn)了器官，這種裝置可以模擬人體器官的工作(從化學(xué)角度來(lái)看)，比如肝臟或腎臟。

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

目前在病例中使用3D打印技術(shù)的明顯優(yōu)點(diǎn)是：它使復(fù)雜病變的規(guī)劃更加精確，可以規(guī)劃選項(xiàng)(A、B等)，避免了OT中的緊急計(jì)劃，能夠更好地為病人和親屬提供咨詢，有利于培訓(xùn)——這相當(dāng)于一種臨床轉(zhuǎn)移工具，就像擊球練習(xí)，它能讓外科醫(yī)生看到各個(gè)角落——通過(guò)有先見(jiàn)之明的可預(yù)視化，它允許外科醫(yī)生通過(guò)血液進(jìn)行“觀察”，它可以進(jìn)行一次試驗(yàn)，縮短手術(shù)時(shí)間，縮短體外循環(huán)時(shí)間，減少殘存損傷的機(jī)會(huì)，減少再介入的機(jī)會(huì)，更好地進(jìn)行訓(xùn)練，人們可以通過(guò)放入虛擬瓣膜來(lái)評(píng)估血流動(dòng)力學(xué)，處理一個(gè)缺陷等，這對(duì)于通過(guò)程序前規(guī)劃來(lái)規(guī)劃精細(xì)方法是非常寶貴的。

未來(lái)方向

通過(guò)將高空間分辨率心臟成像技術(shù)、圖像處理軟件和融合雙材料3D打印技術(shù)結(jié)合起來(lái)，一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)最近已經(jīng)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(gè)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(jìn)行結(jié)構(gòu)性心臟治療和預(yù)測(cè)程序并發(fā)癥的能力，并有可能修改和迅速改善迅速心內(nèi)設(shè)備的治療用途。在有限的生理性能范圍內(nèi)，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(gè)性化3D打印心血管假體的概念今天還沒(méi)有出現(xiàn)，但未來(lái)清晰可見(jiàn)——最終的成功是由病人自己的細(xì)胞制成的功能齊全的心臟。

隨著3D打印技術(shù)在先天性心臟病、冠狀動(dòng)脈疾病、外科和導(dǎo)管型結(jié)構(gòu)疾病中的應(yīng)用，3D打印是一種新的工具，它正在挑戰(zhàn)我們?nèi)绾蜗胂蟆⒁?guī)劃和實(shí)施心血管干預(yù)。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)