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使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

导读: 俄亥俄州立大学Wexner医学中心的医生和大学工程学院的生物医学工程师正在关注的-使用3D打印和个性化建模来改善需要主动脉瓣置换术的患者的护理。

之前3D打印心脏瓣膜模型主要用于训练目的的 ,以及用于手术前规划的3D打印患者特定心脏瓣膜模型和主动脉。俄亥俄州立大学Wexner医学中心的医生和大学工程学院的生物医学工程师正在关注的 - 使用3D打印和个性化建模来改善需要主动脉瓣置换术的患者的护理。

“将临床和生物医学工程学院的老师放在同一张桌子上讨论特例患者,使我们的心脏计划变得更加完善,并且有真实的患者受益实例。例如,在某些情况下,冠状动脉会靠近放置瓣膜的位置。使用3D建模,我们可以确定在部署期间是否保护这些血管,甚至是否可以继续进行瓣膜置换,“ 俄亥俄州立大学Ross 医生介入心脏病专家兼结构性心脏病项目的联合主任 Scott Lilly博士解释说。 心脏医院。“这些讨论直接告诉我们如何处理许多瓣膜置换手术。”

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

Scott Lilly博士在俄亥俄州立大学威克斯纳医学中心评估对病人心脏的扫描。

当一个人需要主动脉瓣置换术时,通常是由于主动脉瓣狭窄的瓣膜开口变窄。多年来,瓣膜的小叶会发生钙化并变得僵硬,使得将血液从左心室泵入主动脉变得更加困难。

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

Scott Lilly博士在俄亥俄州立大学Wexner医疗中心进行经导管主动脉瓣置换术。

心脏直视手术是替代瓣膜的一种方法,但侵入性较小的方法是经导管瓣膜置换术,其通过人体腿部中的一个血管发送组织瓣膜。

俄勒冈州立大学工程师和医生正在共同努力,通过开发主动脉瓣及其附近结构的特定患者3D模型,帮助外科医生确定哪种方法和瓣膜适合每位患者。这有助于他们模拟瓣膜的功能,以及预测任何潜在的并发症。

“对于大多数患者来说,可用的阀门的工作可比。但是,在某些情况下,患者的解剖结构可能会产生额外的考虑因素,“Lilly博士说。“例如,患者可能在瓣膜小叶上出现钙化结节,或在瓣膜附近出现冠状动脉。重建阀门所在区域的能力非常重要。“

每周,莉莉博士和他的结构心脏团队都会与该大学戴维斯心肺研究所生物医学工程和外科副教授 Lakshmi Prasad Dasi会面 。达西的团队随后致力于使用他们的CT扫描和灵活材料准确重建和3D打印该周病人的主动脉。

然后将3D打印模型置于心脏模拟器中,该模拟器将通过系统泵送模拟的透明血液来测试复制品。

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

Lakshmi Prasad Dasi博士与一位研究生一起评估患者心脏的计算机模型。

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

Lakshmi Prasad Dasi博士在模拟器中测试3D打印的主动脉。

达西解释说:“使用激光和高速摄像头,我们可以测量血流速度和涡流模式,无需更换瓣膜。我们可以模拟各种治疗方法,位置和类型的阀门,以更好地了解诸如泄漏,凝血或冠状动脉阻塞等问题。我们可以观察到不同的瓣膜不仅可以缓解狭窄,而且可以最大限度地减少小叶上形成血栓的可能性,这是治疗的目标。“

Dasi的团队也制作计算机模型,以便更好地了解经导管瓣膜与患者解剖结构之间的相互作用以及血流物理学。

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

3D打印的病人主动脉复制品在高科技心脏模拟器中进行测试。

“我们目前在导管界有两种瓣膜可供选择。我们两年内至少会有四次。每个瓣膜都有点不同,每个病人的解剖结构都是独一无二的,“Lilly博士说。“在放置后预测阀门功能的能力,以及哪种阀门能够以最少的泄漏量工作并且不会影响相邻结构的能力至关重要。我们正在取得进展。“

使用3D打印和建模来制定主动脉瓣置换术中最佳的手术方法

美国俄亥俄州立大学Wexner医学中心的Bernice Belcher的心脏结构指导医生的3D建模,以进行心脏直视手术来代替她的主动脉瓣,而不是使用经导管的方法。Dasi和他的团队最近进行的三维建模工作使医生为78岁的Bernice Belcher患者选择了心脏直视手术,而不是经导管手术。哥伦布居民需要人造瓣膜,但三维造型能够向医生证明她的主动脉根部不够长,无法使用经导管瓣膜。

“手术取得了巨大的成功。我没有任何胸痛,“Belcher说。

在来自美国国立卫生研究院(NIH)和国家心肺血液研究所的资助下,达西的团队还致力于通过开发新型合成心脏瓣膜来改进生物瓣膜,这些瓣膜通过生物分子得到增强,从而更具成本效益和持久的经导管瓣膜。

“需要人工心脏瓣膜的年轻患者通常会得到一个机械的版本,这需要终身服用血液稀释剂。我们希望开发出具有优异血液相容性的更持久的瓣膜,并可能消除这些患者对血液稀释剂的需求“Dasi说。

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