哈佛3D打印心脏瓣膜为提高人工膜瓣匹配度开辟道路

据外媒报道,3D打印技术为医用植入物开辟了一个全新的可能性世界,外科医生可以为患者量身定制以此来完美契合他们独特的解剖结构,这种服务甚至还延伸到了企鹅、海龟和狗等动物身上。近期,哈佛大学的科学家们则将该技术应用到了受损心脏领域,这提供了一种可以保持动脉畅通、让血液自由流动的潜在新工具。

心脏瓣膜置换术是一种相对常见但却比较棘手的手术,外科医生需要打开促进血液进出心脏的四个瓣膜中的一个。这些瓣膜可能停止正常工作的原因有很多,但其中一个特别常见的原因是钙积聚在被称为小叶的皮瓣上,正常情况下它在每次心跳时打开和关闭。

哈佛大学的研究人员指出,在75岁及以上的美国人中,每八个人中就有一个以上会经历中到严重程度的心脏主动脉瓣堵塞。医生通过导管小心地将人工瓣膜置入主动脉内来进行治疗,这一过程被叫做经导管主动脉瓣置换术(TAVR)。然而要想确定正确的尺寸却有点像猜谜游戏。

“如果你在网上买了一双鞋,却没有先试穿过,那么它们很有可能不太合适,”哈佛大学维斯研究所资深研究科学家James Weaver解释称,“选择合适的替代TAVR瓣膜也会出现类似的问题,因为医生没有机会在术前评估特定瓣膜的尺寸与患者的解剖结构之间的匹配程度。”

如果判断错误后果将会很严重。如果人工瓣膜太小就会发生移位和泄漏的问题;如果人工瓣膜太大,则会导致心脏破裂甚至还可能会导致死亡。

科学家们目前确实有一些工具可供他们在准备过程中使用。通常情况下,患者需要接受CT扫描,其中X射线图像将用于生成心脏的三维重建,但这仍旧只能描绘出部分图像。虽然这些可以展示主动脉的外壁以及钙的积聚,但由于小叶太薄无法显示出来因此就很难预测出人工瓣膜的适应程度。

现在,哈佛大学的研究小组以及布里格姆妇女医院、华盛顿大学麻省总医院、马克斯-普朗克胶体与界面研究所(Max Planck Institute of Colloids and Interfaces)的合作者们已经找到了一种填补这一空白的方法。其技术核心是一套新型的计算机软件,它能通过参数化建模、利用从CT扫描中获取的一组7个坐标生成传单的三维模型。之后通过与CT数据的结合,用3D打印技术打印出心脏瓣膜的物理模型--其中就包括了主动脉壁、钙沉积和小叶。

除了这个模型这个团队还用3D打印打印了一台被称为sizer的设备,其能被放置在心脏瓣膜内部并在找到完美的匹配度后进行膨胀或收缩。

研究小组对30名已经来自接受过TAVR手术的患者的数据进行了测试,据悉,这些患者中有一半因人工瓣膜尺寸过小而出现了泄漏的情况。结果显示,只有60%的患者获得了正确尺寸大小的瓣膜,另外团队还能成功猜出了泄漏比例。

这些成果将可以帮助临床医生提前知道哪些患者将会从TAVR手术中受益哪些需要展开更加复杂的开胸手术。

获悉,这支研究团队的小叶建模软件和3D打印方法都可以在网上免费获取到,他们希望通过这种方式让研究人员和临床医生继续使用并以此来改善患者的治疗。

相关研究报告已发表在《Journal of Cardiovascaulr Computed Tomography》上。

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