哈佛通過3D打印技術(shù)預(yù)測心臟瓣膜的泄漏

2018年12月12日，南極熊從外媒獲悉，哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所的研究人員創(chuàng)建了一個3D打印工作流程，允許心臟病專家預(yù)測人工心臟瓣膜的性能，并評估不同瓣膜尺寸與每個患者獨特解剖結(jié)構(gòu)的相互作用，然后才能實現(xiàn)醫(yī)療程序執(zhí)行。

患者主動脈心臟瓣膜的多材料物理模型，每個都有自己獨特的大小，形狀和鈣化量。圖片來源：哈佛大​​學

在美國，超過八分之一的75歲及以上的人在其心臟中發(fā)生中度至重度的主動脈瓣阻塞。許多老年患者使用稱為經(jīng)導管主動脈瓣置換術(shù)（TAVR）的手術(shù)將人工瓣膜植入其心臟，該手術(shù)通過插入主動脈的導管展開瓣膜。然而，該程序的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建適合患者解剖結(jié)構(gòu)的高度準確的置換心臟瓣膜。

將CT掃描心臟解剖結(jié)構(gòu)進行3D重建之后，很容易看到主動脈的外壁和任何相關(guān)的鈣化沉積物，但是打開和關(guān)閉瓣膜的精細“小葉”通常太薄而不能顯示很好。 Wyss Institute高級研究科學家James Weaver博士說：“通常看起來鈣化的沉積物只是在閥門內(nèi)部浮動，對部署的TAVR閥門如何與它們相互作用提供很少或根本沒有見解，”

為了解決這個問題，研究人員創(chuàng)建了一個軟件，該軟件使用參數(shù)化建模來生成虛擬3D模型，使用每個患者瓣膜上的七個坐標，這些坐標在CT掃描中可見。然后將數(shù)字小葉模型與CT數(shù)據(jù)合并并進行調(diào)整，以使它們正確地適合瓣膜。然后將得到的模型（其中包含小葉及其相關(guān)的鈣化沉積物）3D打印成物理多材料模型。

該團隊還3D打印了一個定制的“sizer”設(shè)備，該設(shè)備適合3D打印的閥門模型，并進行擴展和收縮，以確定最適合每位患者的人造瓣膜尺寸。

將定制的“sizer”裝置放置在每個3D打印的心臟瓣膜模型內(nèi)并逐漸擴展直到達到適當?shù)呐浜稀?圖片來源：哈佛大學

研究人員發(fā)現(xiàn)，三維打印的瓣膜模型的多材料設(shè)計，將柔性小葉和剛性鈣化沉積物整合成完全整合的形狀，可以更準確地模擬真人心臟瓣膜在人工瓣膜展開過程中的行為。

該團隊根據(jù)已經(jīng)接受過TAVR手術(shù)的30名患者的數(shù)據(jù)對他們的系統(tǒng)進行了測試，其中15名患者因閥門太小而發(fā)生泄漏。 通過應(yīng)用sizer和建模軟件，Wyss團隊證明能夠以60-73％的準確度預(yù)測這些情況下的泄漏率。

將定制的“sizer”裝置放置在每個3D打印的心臟瓣膜模型內(nèi)并逐漸擴展直到達到適當?shù)呐浜稀?圖片來源：哈佛大學

共同作者醫(yī)學博士 Beth Ripley說：“能夠識別中心和低風險患者，其心臟瓣膜解剖結(jié)構(gòu)使他們更容易發(fā)生TAVR并發(fā)癥，這是至關(guān)重要的，我們以前從未有過一種非侵入性的方法來準確地確定這種情況，這些患者可能會通過手術(shù)獲得更好的服務(wù)，因為不完美的TAVR結(jié)果的風險可能超過其益處�！�

論文鏈接：https://www.journalofcardiovascularct.com/article/S1934-5925(18)30172-2/fulltext