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3D打印在心血管疾病外科治疗中的应用

文章来源:网络人气:328发表时间:2019-06-11 11:37:08

        3D打印是一种将数字对象转换为物理模型的制造技术。在具体数字设计的基础上,采用连续分层的方法,建立了任意的几何结构。尽管3D打印技术在心血管医学中的应用相对较新,但该学科的发展速度惊人。

        3D打印技术将是3D打印机与材料工程、无创诊断成像、计算机辅助设计和结构心脏介入的十字路口。这项技术的心血管应用包括:在医学教学中使用患者特有的3D模型、探索瓣膜和血管功能、基于手术和导管插入术的编程、设计和改进最新的透皮结构设备创新上,创造了功能器官,并最终印刷了专门针对基因特异性患者的工作心脏。



        3D打印的特殊病人模型可用于许多不同的应用,包括创建解剖学教学工具,开发研究心内血流的功能模型,为复杂的工艺规划创建可变形的混合材料模型,以及创建或改进心脏装置。可收缩心脏贴片在某些瘢痕心脏组织的置换中有着明显的应用。正在研究一种用于泵血液的合成的3D打印心脏,最终的目标是利用病人自己的细胞打印出功能良好的人造心脏,这样就不会有免疫排斥反应。

        研究人员将这项技术应用于大型复杂的肺房室畸形(AVM),在肋骨癌病例中打印定制肋骨,帮助我们了解疾病,计划各种选择,为患者提供建议,教导年轻医生,并在需要修复二尖瓣返流时进行完美的手术。

        3D打印在心血管疾病外科治疗中的应用可分为以下几个方面:

        一、教学工具

        我们熟悉心脏整形模型,三维打印模型可以快速表达复杂的解剖结构,描述特定患者的解剖和病理。特定于患者的先天性心脏病模型已被用于住院医师和护士的重症监护培训,并显示出增强外科医生和患者之间交流的潜力。该模型可用于观察复杂的多心室隔膜缺损等内部结构。在这个缺乏尸检的时代,印刷器官可以很容易地用于教学目的,并且可以以非常低的成本无限期地复制。

        二、功能流模型

        结合高空间分辨率CT、CAD软件和多材料三维打印技术,可以很容易地建立病变瓣膜、先天性缺陷和冠状动脉的三维患者模型。这些模型可能特别适用于评估临床上具有挑战性的情况,例如无创定量控制血流条件下的雪崩反流严重程度,或计划部署血管内支架。这些模型还具有模拟设备的潜力,例如插头缺陷或新的冠状动脉支架,可以轻松评估患者的特定冠状动脉床。

        三、程序规划

        先天性心血管疾病往往与复杂和独特的几何结构有关。很难从二维CT、CMR或超声心动图图像中完全理解它们,就像复杂的肺动静脉畸形病例一样。因此,3D打印模型可以更全面地理解和评价各种先天性心脏病。这些模型最近已被用于计划第一次结构性心脏手术,以修复mv功能,同时部署二尖瓣装置和封堵器装置来治疗严重的mv回流。逼真的3D模型可以防止错误并促进特定心脏结构干预的创新。

        四、设备创新

        在一系列心脏病中测试新的或改进的心脏修复装置的能力尤其有吸引力。尽管其他建模选项已经依赖多年,但使用尸体模型的设备开发不能用于特定于患者的编程。同样,动物模型往往缺乏人类心血管疾病的正确大小或病理因素(如钙化)。

        五、功能器官

        在本世纪初,几个研究小组已经在芯片上制造出一些器官,这些芯片模仿人体器官的工作(从化学角度来说),如肝脏或肾脏。

        最近,以色列的一个研究小组利用血管和人体细胞成功地打印出了一个微小的心脏。这是通往一个定制的、功能齐全的、完整的心脏的漫长道路上的第一步,这可能最终克服捐助者的短缺。

        目前,应用3D打印技术在病例中的明显优势是:使复杂病变的规划更加准确,可以规划方案(A、B等),避免了OT中的应急预案,可以为患者及家属提供更好的建议,有利于培训,这与实际情况相当。相当于一个临床转移工具,如击球练习,它能让外科医生看到角落。它具有预见性和可预测性,允许外科医生通过血液“观察”。它可以进行测试,缩短手术时间,缩短心肺转流时间,减少残余损伤的机会,减少再干预的机会,更好的训练。人们可以通过放置虚拟瓣膜来评估血流动力学,并处理缺陷。程序前计划在制定详细的计划方法中是非常宝贵的。

        六、未来方向

        通过将高分辨率心脏成像技术、图像处理软件和融合双材料3D打印技术结合起来,一些医疗机构最近证明,各种心血管疾病的特定患者模型可以为这种情况提供重要的额外视角。特定于患者的3dmv模型可能直接影响我们选择合适患者进行结构化心脏治疗和预测程序性并发症的能力,并可能修改和快速改进快速心内装置的治疗用途。在有限的生理特性范围内,天然心脏成分(如血管壁、心室壁和瓣膜)可以与广泛的3D打印材料混合。个性化三维打印心血管假体的概念还没有出现,但未来最终成功的是一个完全功能性心脏,由患者自己的细胞制成。

        随着3D打印技术在先天性心脏病、冠状动脉疾病、外科手术和导管结构疾病中的应用,3D打印成为一种新的工具,它对如何想象、规划和实施心血管介入具有挑战性。

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