根據(jù)西京醫(yī)院，3D打印結(jié)合計(jì)算機(jī)建模舶抚，加速了設(shè)備測(cè)試中對(duì)流體力學(xué)的研發(fā)和理解，3D打印甥晦、計(jì)算機(jī)建模和人工智能的有效整合正在逐步改變醫(yī)生培訓(xùn)模式和以患者為中心的醫(yī)療服務(wù)模式寄硬。

亮點(diǎn)包括：

1）結(jié)構(gòu)性心臟病治療需要醫(yī)師深入理解心臟的病理生理學(xué)；

2）3D打印技術(shù)可以明顯縮短新技術(shù)新業(yè)務(wù)的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)敢亥；

3）計(jì)算建模有助于模擬心臟病理生理狀態(tài)下的物理生理特性响徒；

4）AI技術(shù)有助于構(gòu)建患者特異性解剖結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)手術(shù)模擬培訓(xùn)梳命。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究丹禀，目前3D打印在心胸外科有廣泛的應(yīng)用 ，包括幾個(gè)重要應(yīng)用：先天性心臟缺陷 (CHD) 鞋怀、二尖瓣疾病双泪、三尖瓣介入治療、左心耳（LAA）封堵接箫、心臟瓣膜人造器官攒读、肺部介入治療朵诫、氣管支架辛友、血管支架等。

▲ 3D打印心臟瓣膜

? 3D科學(xué)谷

先天性心臟缺陷

先天性心臟缺陷 (CHD) 具有多種復(fù)雜而獨(dú)特的結(jié)構(gòu)剪返。CT废累、超聲和 MRI 等傳統(tǒng)成像方法對(duì)于評(píng)估與 CHD 相關(guān)的獨(dú)特且通常錯(cuò)綜復(fù)雜的空間關(guān)系不是很有用，因?yàn)槠涠S投影與手術(shù)室現(xiàn)實(shí)有很大不同脱盲。因此邑滨，3D 打印模型在心臟手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和模擬方面具有顯著優(yōu)勢(shì)日缨。這些模型以高保真度顯示 CHD 患者的復(fù)雜解剖缺陷，并能夠全面評(píng)估其他方法無(wú)法獲得的獨(dú)特空間關(guān)系掖看。

幾項(xiàng)研究表明 3D 打印模型在臨床決策匣距、介入計(jì)劃、促進(jìn)醫(yī)生與患者之間的溝通以及加強(qiáng)對(duì)醫(yī)學(xué)生和外科住院醫(yī)師的醫(yī)學(xué)教育方面的效用馁捌。最近一項(xiàng)評(píng)估 3D打印 在 CHD 中的應(yīng)用和準(zhǔn)確性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)得出結(jié)論梗药，以高精度復(fù)雜心臟解剖結(jié)構(gòu)復(fù)制的患者特異性 3D 模型在術(shù)前計(jì)劃、手術(shù)模擬往蚕、決策制定和術(shù)中定位方面具有重要價(jià)值自凛。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀(guān)察，2019年纱栓，3D打印解決方案提供商Materialise曾與上海兒童醫(yī)學(xué)中心费抚、愛(ài)佑慈善基金會(huì)攜手建立了“Little Hearts of China”公益慈善項(xiàng)目。結(jié)合先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)韭惧、頂尖的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)和慈善基金向中國(guó)貧困地區(qū)患有復(fù)雜性先天性心臟病的孩子提供免費(fèi)的醫(yī)療救助斟拘。讓世界更美好、更健康是Materialise始終堅(jiān)持的企業(yè)使命哀姿，讓高科技暑赏、讓3D打印的發(fā)展為這個(gè)世界的美好未來(lái)助力。Materialise在醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印軟件解決方案菜碌，能夠?yàn)閺?fù)雜先天性心臟病的孩子贼穆，提供術(shù)前3D建模、3D模型打印兰粉，為醫(yī)生更好地進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃故痊，選擇手術(shù)方案，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)玖姑。

▲點(diǎn)擊“這里”愕秫，看聯(lián)泰科技增材制造解決方案如何“創(chuàng)見(jiàn)”齒科用戶(hù)之所想

二尖瓣

由于二尖瓣與左心室流出道 (LVOT) 的關(guān)系、其在心臟后部的位置以及心室焰络、瓣下器官和 LVOT 之間的復(fù)雜關(guān)系戴甩，因此難以評(píng)估二尖瓣解剖結(jié)構(gòu)。由于嚴(yán)重二尖瓣反流的治療沒(méi)有醫(yī)學(xué)選擇闪彼，其治療依賴(lài)于手術(shù)修復(fù)或置換甜孤，這面臨許多挑戰(zhàn)。 

陡峭的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)畏腕，手術(shù)的成功取決于外科醫(yī)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)缴川，因?yàn)樗魬?zhàn)了從 2D 或 3D 超聲心動(dòng)圖投影對(duì)瓣膜解剖結(jié)構(gòu)的解釋。通過(guò) 3D打印模擬不同的二尖瓣病理過(guò)程，把夸，這些模型允許醫(yī)生在微創(chuàng)瓣膜手術(shù)模擬器上進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃和設(shè)備測(cè)試扑姆。

3D打印術(shù)前計(jì)劃對(duì)于經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣置換術(shù) (TMVR) 很有用，TMVR 是一種替代治療方法尉武，用于治療因術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)增加而無(wú)法手術(shù)的嚴(yán)重癥狀性二尖瓣疾病牌宜。TMVR 有一個(gè)非常普遍的并發(fā)癥，TMVR瓣膜置入后易引起左室流出道（LVOT）梗阻源洒，可導(dǎo)致心律失常奈株、充血性心力衰竭甚至死亡，特別是二尖瓣瓣膜鈣化嚴(yán)重的老年患者荐呵，其發(fā)生率更高稿焚。通過(guò)使用 3D 解剖模型，外科醫(yī)生可以將經(jīng)導(dǎo)管瓣膜插入模型中以模擬和界定新 LVOT蔬聚。

西京醫(yī)院通過(guò)加工處理獲得患者特異性的3D打印模型用动，打印出重要解剖結(jié)構(gòu)，包括二尖瓣復(fù)合體墙违、左室流出道及心房面征蜻，通過(guò)計(jì)算機(jī)CAD模擬植入支架瓣膜假體，能動(dòng)態(tài)地分析TMVR術(shù)后支架瓣膜對(duì)LVOT的影響诽表，進(jìn)一步通過(guò)調(diào)整植入假體的內(nèi)徑和長(zhǎng)短唉锌，觀(guān)測(cè)對(duì)LVOT的動(dòng)態(tài)影響。也有助于反饋給介入瓣膜的研發(fā)團(tuán)隊(duì)竿奏，從而不斷改進(jìn)和完善介入瓣膜袄简。由于二尖瓣病變?cè)斐苫颊咦蠓俊⒆笫曳盒ァ⑹议g隔厚度的變化绿语，每個(gè)患者的左室流出道及繼環(huán)平面角度都不同，針對(duì)目前市面存在的介入二尖瓣候址，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)建立患者特異性的左心3D模型吕粹，通過(guò)將介入瓣模型植入，能更加真實(shí)地反映出患者特性的LVOT梗阻風(fēng)險(xiǎn)岗仑。

▲ 西京醫(yī)院3D打印二尖瓣模型體外進(jìn)行經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣修復(fù)手術(shù)模擬

經(jīng)皮二尖瓣修復(fù)術(shù)的迅猛發(fā)展不斷催生二尖瓣領(lǐng)域3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新匹耕。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力下，很多公司已經(jīng)可以用3D打印技術(shù)打印出正耻瘢或病變二尖瓣的瓣環(huán)和瓣葉結(jié)構(gòu)稳其。

三尖瓣

根據(jù)西京醫(yī)院，經(jīng)導(dǎo)管三尖瓣介入治療是SHD介入領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向之一库樊。由于三尖瓣復(fù)合體結(jié)構(gòu)復(fù)雜棠裹，瓣環(huán)、瓣葉数壤、腱索效迹、乳頭肌等結(jié)構(gòu)因人而異，傳統(tǒng)影像學(xué)方法在評(píng)估右心解剖和三尖瓣復(fù)合體方面略顯不足趣闻，而3D打印能很好地解決這一難題啰蕴。

此外，根據(jù)西京醫(yī)院心血管外科楊劍教授的《3D打印技術(shù)在TTVR手術(shù)中的應(yīng)用初探》存学，基于多材料3D打印模型的術(shù)前評(píng)估方法同樣適用于LuX-Valve?經(jīng)導(dǎo)管三尖瓣置換系統(tǒng)码承。通過(guò)3D打印模型與瓣膜假體的體外模擬植入，可以進(jìn)一步分析最佳植入角度优生、瓣周漏及其他術(shù)中并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)城离。

左心耳（LAA）封堵

左心耳（LAA）封堵早期臨床試驗(yàn)和可行性研究中，3D打印技術(shù)的作用并不突出泪确；然而在LAA封堵器械在各大醫(yī)院推廣應(yīng)用后娜食，大家很快發(fā)現(xiàn)，未開(kāi)展3D打印技術(shù)的醫(yī)院敞峭，初學(xué)者在確定器械尺寸和植入操作技巧方面存在明顯學(xué)習(xí)曲線(xiàn)踊谋。3D打印左心耳模型使得術(shù)者對(duì)左心耳的大小、成角旋讹、受力區(qū)域及其周邊組織的結(jié)構(gòu)情況理解更透徹殖蚕。此外，3D打印技術(shù)應(yīng)用于LAA封堵術(shù)圍術(shù)期規(guī)劃能夠幫忙醫(yī)生確定各種型號(hào)器械在不同左心耳解剖結(jié)構(gòu)中的錨定部位沉迹，選擇最佳的器械睦疫、尺寸以及導(dǎo)管。

心臟瓣膜

目前的心臟瓣膜不會(huì)隨著患者的生長(zhǎng)而生長(zhǎng)鞭呕，并且必須在多年的多次手術(shù)中進(jìn)行更換笼痛。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀(guān)察，慕尼黑工業(yè)大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)設(shè)計(jì)了仿生心臟瓣膜琅拌，以支持患者新功能組織的形成缨伊。兒童將特別受益于這種解決方案，因?yàn)橄啾戎拢?D打印的心臟瓣膜模仿天然心臟瓣膜的復(fù)雜性进宝，旨在讓患者自己的細(xì)胞滲入支架刻坊。盡管還有很長(zhǎng)的路要走，但該團(tuán)隊(duì)相信這對(duì)于患有心臟瓣膜疾病的人來(lái)說(shuō)將是一個(gè)很大的改善佩嘀。

▲ 3D打印心臟瓣膜

? 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

組織工程學(xué)擁有巨大的潛力易祖，在醫(yī)療領(lǐng)域可以克服器官移植排斥和藥物篩選的問(wèn)題，并且通過(guò)其研究生物功能油管的分子現(xiàn)象沫杜，比如傷口愈合以及炎癥反應(yīng)悍写。雖然3D生物打印有著巨大的潛力电摔，但目前生物墨水和打印技術(shù)依然存在缺陷。這些缺陷阻礙了打印打印彈性和高度血管化組織的能力暴艘。因此完全基于3D生物打印的制造生產(chǎn)依然有著很大的挑戰(zhàn)性稀崔。

未來(lái)可能-心臟置換

根據(jù)美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》上發(fā)表的題為“基于重組人彈性蛋白的生物墨水用于血管化軟組織的3D生物打印技術(shù)”的文章，在研究項(xiàng)目中證明了使用重組人原彈性蛋白作為生物彈性墨水制造復(fù)雜軟組織的3D打印的可行性柬沾。文中提到對(duì)血管化的心臟構(gòu)建體實(shí)現(xiàn)生物打印泉剔，打印結(jié)構(gòu)顯示內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能和心肌細(xì)胞的自發(fā)搏動(dòng)，這些是心臟組織的重要功能住秉。另外打印后結(jié)構(gòu)體引起的炎癥反應(yīng)很小假却，這證明了彈性生物墨水在3D打印生物組織的潛力《蒙担或許這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)將應(yīng)用于心臟置換技術(shù)夏跷。

呼吸系統(tǒng)

3D打印 在復(fù)雜呼吸系統(tǒng)疾病的管理中起著至關(guān)重要的作用。氣管支氣管樹(shù)解剖結(jié)構(gòu)的高度可變性使得標(biāo)準(zhǔn)化介入治療非常具有挑戰(zhàn)性明未，尤其是對(duì)于支架置入拓春。根據(jù)3D科學(xué)谷，傳統(tǒng)支架由于不合適的安裝問(wèn)題亚隅，可能需要經(jīng)常更換或清潔硼莽，而由于與患者解剖結(jié)構(gòu)相匹配，定制式氣管支架比標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品具有更強(qiáng)的耐受性煮纵。

氣管支氣管支架適用于通過(guò)內(nèi)在和外在氣道壓縮治療復(fù)雜的中央氣道阻塞 懂鸵，以維持氣道通暢并為肺部提供通氣。由不同材料（硅膠和彈性熱塑性塑料）制成的患者專(zhuān)用 3D 支架可以產(chǎn)生非標(biāo)準(zhǔn)的幾何圖形行疏，有助于預(yù)防與未安裝支氣管支架相關(guān)的后期并發(fā)癥匆光。借助醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和3D可視化軟件以及3D打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)完全適合患者解剖結(jié)構(gòu)的定制式氣管支架酿联。3D打印技術(shù)用于制造定制式氣管支架的模具终息，模具制造完成后，將被用于氣管支架成型贞让，氣管支架材料為醫(yī)用級(jí)硅膠艺滑。

此外，一些團(tuán)體正在測(cè)試可生物降解的支架砰染。國(guó)內(nèi)跳犹，唐都醫(yī)院在2018年1月通過(guò)3D打印可降解氣管外支架成功救治氣管軟化癥患兒，發(fā)現(xiàn)患兒存在左肺動(dòng)脈干和胸主動(dòng)脈的成角畸形标增，兩條動(dòng)脈長(zhǎng)期擠壓左主支氣管導(dǎo)致管壁發(fā)生軟化性狹窄玻冗。明確病因后，唐都醫(yī)院考慮到患兒多次內(nèi)科治療效果不佳杠卜，于是先后討論了多種外科手術(shù)方案逐枢，包括軟化段氣管切除術(shù)综澄、氣管成形術(shù)、主動(dòng)脈懸吊術(shù)等遍跌，但都因手術(shù)復(fù)雜神卢、風(fēng)險(xiǎn)大等原因放棄。結(jié)合胸外科前期在4D打印氣管外支架方面的工作竖怯，綜合分析患者病情決定為患兒施行4D打印氣管外支架懸吊手術(shù)蠕膀，最后通過(guò)自主研發(fā)的3D打印機(jī)為患兒制作了1:1氣管模型好猪，充分評(píng)估病情特點(diǎn)胀茵，然后為患兒量身定做了可降解的聚己內(nèi)酯（PCL）外支架。

血管

自3D打印首次應(yīng)用于血管手術(shù)以來(lái)挟阻，在血管內(nèi)手術(shù)之前制作了真人大小的動(dòng)脈瘤復(fù)制品以進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃琼娘，在過(guò)去的 20 年中發(fā)表了許多研究。血管外科中的 3D打印 主要應(yīng)用于 (a) 腎下和腎旁腹主動(dòng)脈瘤附鸽，(b) 胸主動(dòng)脈瘤脱拼，以及 (c) 大血管的其他入路，如腹腔干坷备、脾動(dòng)脈熄浓、頸動(dòng)脈、鎖骨下動(dòng)脈和股動(dòng)脈省撑， 以及門(mén)靜脈赌蔑。

大多數(shù)血管外科醫(yī)生使用 CT 和磁共振成像來(lái)計(jì)劃他們的手術(shù)，在某些情況下竟秫，還使用多普勒超聲來(lái)獲得互補(bǔ)的血流動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)娃惯。在3D打印血管模型中，F(xiàn)DM熔融擠出是最被廣泛應(yīng)用和最便宜的技術(shù)之一肥败。隨著血管手術(shù)的不斷發(fā)展罗迎，通過(guò)3D打印提供從大血管到最小血管的圖像，從而可以完全控制規(guī)劃手術(shù)的區(qū)域屑淌。3D打印的用途之一是在復(fù)雜的胸腹主動(dòng)脈瘤病例中減少手術(shù)時(shí)間并改善結(jié)果秒足，減少人為錯(cuò)誤 。

金屬血管支架方面荞狠，基于粉末床激光熔化工藝（L-PBF）的3D打印-增材制造技術(shù)繁惦，不僅可以制造復(fù)雜的幾何形狀，而且可以調(diào)整3D打印金屬零件的性能罚蛾，打印工藝參數(shù)和掃描策略顯示出對(duì)制成零件的微觀(guān)結(jié)構(gòu)越匕、性能和尺寸精度的顯著影響。國(guó)內(nèi)缩笤，鉑力特3D打印鎳鈦合金血管支架技術(shù)探索取得進(jìn)展煎敢，鉑力特依據(jù)鎳鈦血管支架應(yīng)用特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出形狀記憶合金工藝汞潦，可實(shí)現(xiàn)0.1~0.2mm的精細(xì)結(jié)構(gòu)成形，材料具有超彈性盲趟，經(jīng)變形訓(xùn)練后具有良好的形狀記憶效應(yīng)演徘。

水凝膠支架方面，三維支架中的大孔和相互連接的微通道是支持新組織生長(zhǎng)和血管化的重要架構(gòu)療法眼虱。具有設(shè)計(jì)的大孔和完全互連的微通道（FIM）網(wǎng)絡(luò)的水凝膠支架的制造仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)喻奥。深圳大學(xué)報(bào)告了一種通過(guò)3D打印和表面交聯(lián)有效制造包含設(shè)計(jì)的大孔和FIM網(wǎng)絡(luò)的水凝膠支架的簡(jiǎn)便方法。相關(guān)論文以題為3D printed hydrogel scaffolds with macro pores and interconnected microchannel networks for tissue engineering vascularization發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上捏悬。通訊作者是深圳大學(xué)羅永祥副教授撞蚕。

可吸收血管支架方面，重慶大學(xué)生物工程學(xué)院王貴學(xué)教授和尹鐵英副教授期刊Bioactive Materials上發(fā)表研究性文章：3D打印生物可吸收血管支架的兩段式降解及促進(jìn)功能性新生內(nèi)膜的特性过牙。該研究針對(duì)生物可吸收血管支架在體降解特征與血管生物力學(xué)微環(huán)境動(dòng)態(tài)變化和血管組織之間的相互作用問(wèn)題甥厦，研究其促進(jìn)功能性新生內(nèi)膜修復(fù)的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)的支架兩段式降解特性寇钉，有力地證明了生物可吸收血管支架的優(yōu)勢(shì)刀疙，也提示針對(duì)該特性設(shè)計(jì)的組合藥物涂層可造福更多的心腦血管疾病患者。

參考資料：

1. Combined use of 3D printing and computer-assisted navigation in the clinical treatment of multiple maxillofacial fractures

2. An overview of 3D printing and the orthopaedic application of patient-specific models in malunion surgery

3. Starting a medical 3D printing lab for otolaryngology-head and neck surgery collaboration

4. Anatomical Engineering and 3D Printing for Surgery and Medical Devices: International Review and Future Exponential Innovations

5. 西京醫(yī)院：3D打印扫倡、計(jì)算機(jī)建模和人工智能在結(jié)構(gòu)性心臟病中的應(yīng)用展望

6. 3D打印生物可吸收血管支架的兩段式降解及促進(jìn)功能性新生內(nèi)膜的特性

（3D科學(xué)谷）

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