每年， 成千上萬的人被診斷患有心臟瓣膜疾病， 而經導管主動脈瓣置換術（TAVR）被認為是這類患者接受治療最好的選擇。 假體瓣膜來自不同製造商製造的許多尺寸， 但如果替換物不匹配患者， 當血液在假體周圍流動而不是通過它時， 可能會發生瓣膜滲漏。 如果使用匹配的假體， 可以避免這種併發症， 改善患者的治療結果。 現在， 佐治亞理工學院（Georgia Tech）和皮埃蒙特心臟研究所（Piedmont Heart Institute）的研究人員正在努力提高TAVR的成功率， 通過使用新的3D列印技術和醫學影像來製作模仿患者真實瓣膜的專用心臟瓣膜模型。
“瓣膜滲漏是患者長期使用新型瓣膜的指示信號。 這個想法是， 現在我們可以用3D列印技術製作具體的患者模型， 我們可以測試人造瓣膜與3D列印模型的相互作用， 以瞭解我們是否可以預測滲漏。 “皮埃蒙特心臟研究所心血管成像研究主任Zhen Qian說。
在準備進行瓣膜置換術時，
使用18個瓣膜置換手術患者的心臟CT掃描資料製作的3D列印模型與真正的心臟瓣膜類似， 表現得非常像真正的心臟瓣膜， 因此能夠精確地預測滲漏。 使用一種特殊的超材料在多材料3D印表機上製作模型， 因此研究人員可以更好地控制設計方面， 如彎曲波長和直徑， 從而真正模仿真實的組織， 甚至可以重建瓣膜病變模型， 如動脈壁僵硬和鈣沉積。
超材料能夠轉變到他們的環境， 並組成一個新的工程表面， 可以執行多種自然防禦任務， 如操縱光和塑造聲音，
佐治亞理工學院斯圖爾特工業和系統工程學院教授Chuck Zhang表示：“以前使用3D印表機和單一材料製造人體器官模型的方法僅限於所用材料的生理特性。 我們使用超材料設計和多材料3D印表機創建這些模型的方法考慮了心臟瓣膜的機械行為，
在3D列印過程中， 剛性的波浪微結構嵌入較軟的材料中， 以類比膠原和彈性蛋白之間的相互作用。
張先生說：“這些3D列印閥門將對患者護理產生巨大的影響。 ”
研究團隊將研究結果發表在“JACC：心血管成像雜誌”上。 作者包括Zhen Qian、Kan Wang、Shizhen Liu、Xiao Zhou、Vivek Rajagopal、Christopher Meduri、James R. Kauten、Yung-Hang Chang、Changsheng Wu、Chuck Zhang、Ben Wang、Mani A. Vannan。
將數十個不透射線的小珠加入到每個3D列印模型中， 以測量類比組織材料的位移。 然後， 在與人體溫度相匹配的受控的溫水測試環境中， 在模型中植入用於實際更換閥門的類似尺寸的人造瓣膜， 研究人員在原始程式中仔細把閥門放在使用的地方。
醫學成像顯示了實驗前後珠的位置， 瞭解3D列印模型中人工瓣膜的工作情況。 佐治亞理工學院指出， 具體來說， 它尋找任何“不一致的代表區域， 假體沒有密封好的閥門的牆壁”。
這些不一致性中的每一個都被賦予了一個值， 並且所有的值形成了所謂的凸起索引。該團隊確定更高的指標與患者在瓣膜置換期間滲漏相關。3D列印模型不僅可以預測滲漏，而且可以複製滲漏併發症的嚴重程度和位置。
“這項研究的結果令人鼓舞。即使這種瓣膜置換手術是相當成熟的，但3D列印將有助於確定患者適用于哪一種尺寸的心臟瓣膜模型。”
目前，關於這項研究還尚未完成，團隊獎繼續努力優化3D列印過程和超材料設計，希望有一天使用3D列印心臟瓣膜作為手術前的計畫工具。
Zhen Qian解釋說：“最終，一旦患者進行了CT掃描，我們就可以創建一個模型，以嘗試不同種類的瓣膜，並告訴醫生哪一個可能最有效。我們甚至可以預測患者可能會有中度的瓣膜滲漏，但擴張會解決這個問題。”
以前我們已經看過用於訓練目的的3D列印心臟瓣膜模型，所以認為它們可以用於手術規劃並不是一個巨大的飛躍。正如Zhen Qian所說，TAVR不是一個新的手術方案，也不會有一個額外的規劃工具。
延伸閱讀：《列印出心臟？生物3D列印真的可取代器官移植？》
並且所有的值形成了所謂的凸起索引。該團隊確定更高的指標與患者在瓣膜置換期間滲漏相關。3D列印模型不僅可以預測滲漏，而且可以複製滲漏併發症的嚴重程度和位置。
“這項研究的結果令人鼓舞。即使這種瓣膜置換手術是相當成熟的，但3D列印將有助於確定患者適用于哪一種尺寸的心臟瓣膜模型。”
目前，關於這項研究還尚未完成，團隊獎繼續努力優化3D列印過程和超材料設計，希望有一天使用3D列印心臟瓣膜作為手術前的計畫工具。
Zhen Qian解釋說：“最終，一旦患者進行了CT掃描，我們就可以創建一個模型，以嘗試不同種類的瓣膜，並告訴醫生哪一個可能最有效。我們甚至可以預測患者可能會有中度的瓣膜滲漏，但擴張會解決這個問題。”
以前我們已經看過用於訓練目的的3D列印心臟瓣膜模型，所以認為它們可以用於手術規劃並不是一個巨大的飛躍。正如Zhen Qian所說，TAVR不是一個新的手術方案，也不會有一個額外的規劃工具。
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