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3D打印技术在心衰疾病的应用方向

导读: 3D打印技术用于工业超过30年,而在医学上应用仅5-10年时间。最主要用于患者围术期特殊的物理模型,心脏通过MR、CT、心超等显影技术进行三维重建,然后根据相应的要求在完成复杂的3D打印。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

JACC HF子刊一篇《3D Printing and Heart Failure》综述介绍了目前3D打印技术在心衰的应用进展。3D打印技术用于工业超过30年,而在医学上应用仅5-10年时间。最主要用于患者围术期特殊的物理模型,心脏通过MR、CT、心超等显影技术进行三维重建,然后根据相应的要求在完成复杂的3D打印。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

通过软件(Mimics、Seg3D、Vitrea、Terarecon等)对MR、CT、心超或旋转血管造影等数据进行处理,这些数据最好血池-组织界限清晰、良好的分辨率、无运动伪差。构建出来的3D计算机模型文件包括STL、3MF、VRML、PLY、OBJ和AMF,其中多种材料和颜色需要VRML、3MF和AMF文件。FDM打印可以选择多聚乳酸和ABS等相对便宜的热塑性塑料,但是PolyJet和sterelithography更细腻些(多材料和色彩)。桌面打印机,比如Mojo和Makerbot Relicator 2X也能用FDM模式打印,J750、ProX SLS 500则是工业用打印机。打印时间可能需要24小时。

文中作者还提到了3D打印整条链的成本还有打印机价格等,举例Mimics品牌一个产品许可证需要每年15000美金。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

3D打印在心衰中的应用

TAVR

Maragiannis等基于CT数据对主动脉瓣狭窄TAVR前建立多材料的3D打印模型,瓣膜狭窄程度与心超符合。TAVR发生瓣周漏多于外科瓣膜置换术,这也是影响远期死亡率的原因之一。Ripley等建立的3D模型在16位患者的主动脉瓣环测量中与CT测量完美吻合,9位患者中6位准确鉴别出瓣周漏。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

3D模型还可以对主动脉环进行牵张力测试,有助于事先预测高危瓣周漏患者。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

右心衰

有一位复杂先心患者(内脏转位、三尖瓣闭锁、肺动脉闭锁)在心、肝联合移植术前进行了3D模型打印,有助于术者更好的了解解剖异常。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

左室辅助装置(VAD)植入

VAD植入涉及到胸腔大小等因素,3D打印对流出道的设计、长度、角度及器械放置很有帮助。

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

上图是一位严重Ebstein畸形患者基于MR构建的3D模型,三尖瓣位置和右室大小的三维视图对计划植入VAD的进出管道非常有价值。

根据3D数字模型可以根据患者大小定制相应的VAD(见下图)

3D打印技术在心衰疾病的应用方向

生物打印

3D打印技术也能应用于组织工程与再生医学。把细胞铺在生物相容性材料3D打印出来的框架上,在新的环境中继续保持活力与特殊的细胞功能。Wang等报告了利用3D生物打印方案产生有功能的心肌组织可以同步进行收缩。在退行性瓣膜病方面,Duan等用3D生物打印技术制作出有活力的藻酸盐/凝胶主动脉瓣管道,在体外这些管道能够直接被主动脉根部的平滑肌细胞和瓣叶的间质细胞包埋。特殊的冠脉桥和心梗修复补片等也可以通过生物打印来实现。

未来方向

在“精准医学”和“个体化医疗”时代需要高质量的医疗服务,显然在复杂慢性心衰和生物打印细胞补片上,3D打印技术将提供独特的优势。一大批正在进行的多中心研究将提高心衰患者的临床预后,而心血管专家、外科医生和影像学团队需要进行更多沟通,提供更清晰的解剖学信息来进行3D打印。

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