導言：在未來的幾十年中，世界將麵臨(lin) 人口結構的轉變和人口老齡化的挑戰。人口老齡化增加了心血管疾病的患病率，心血管疾病是該年齡組人群的主要死亡原因。其中，非先天性主動脈瓣狹窄（AS）是老年人的常見心血管疾病之一。
經導管主動脈瓣置換術（TAVR）是一種用於(yu) 治療主動脈瓣狹窄的微創手術，旨在通過導管輸送係統將生物修複瓣膜植入患病的天然瓣膜來治療該疾病。近日，美國明尼蘇達大學的研究人員在美敦力公司的支持下，開發了一種突破性的工藝，將心髒主動脈瓣和周圍結構的逼真模型進行多材質3D打印，模擬患者的真實外觀和感受，有助於(yu) 改善患者的預後。
該研究於(yu) 8月28日發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌，題為(wei) “3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications”。

這些患者特定的器官模型，包括集成到結構中的3D打印軟傳(chuan) 感器陣列，是使用專(zhuan) 門的墨水和定製的3D打印工藝製造的。
研究人員3D打印了主動脈根部，主動脈根部是離心髒最近並與(yu) 心髒相連的部分，由主動脈瓣和冠狀動脈開口組成，具有三個(ge) 瓣膜，稱為(wei) 小葉，被纖維環包圍。該模型還包括左心室肌肉和升主動脈的一部分。

患者特定的3D打印主動脈根部模型的概念和組件的概述。（A）主動脈根部植入TAVR假體(ti) 的心髒示意圖。AV，房室。（B）具有內(nei) 部集成傳(chuan) 感器陣列的3D打印主動脈根模型。圖片來源：明尼蘇達大學，Ghazaleh Haghiashtiani和Kaiyan Qiu。（C）主動脈根部模型的不同組分。鈣化區域顯示為(wei) 黃色。膜隔的大致區域用藍色標記指示。
該研究的資深作者，明尼蘇達大學的機械工程教授兼高級研究員Michael McAlpine表示：“我們(men) 使用這些3D打印模型的目標是通過提供特定於(yu) 患者的工具，來幫助醫生了解特定患者心髒的確切解剖結構和機械特性，從(cong) 而降低醫療風險和並發症。醫師可以在實際手術之前測試並試用瓣膜植入物。這些模型還可以幫助患者更好地了解自己的解剖結構和手術本身。”
該器官模型經過專(zhuan) 門設計，可幫助醫生為(wei) 經導管主動脈瓣置換術（TAVR）做準備，該手術將新瓣膜置於(yu) 患者的主動脈瓣內(nei) 。這種手術用於(yu) 治療主動脈瓣狹窄，這種情況發生在心髒主動脈瓣，阻止了瓣膜完全打開，從(cong) 而減少或阻斷從(cong) 心髒流入主動脈的血流。主動脈瓣狹窄是老年人最常見的心血管疾病之一，在北美影響約270萬(wan) 75歲以上的成年人受到影響。TAVR手術比心髒直視手術修複受損瓣膜的創傷(shang) 小。
主動脈根部模型是通過患者的CT掃描來匹配確切形狀而製成的。然後，使用明尼蘇達大學可見心髒實驗室的研究人員使用專(zhuan) 用的有機矽基墨水對其進行3D打印，這種墨水與(yu) 真實心髒組織的感覺相匹配。當前市場上的商用打印機可以3D打印形狀，但使用的墨水通常過於(yu) 堅硬，無法與(yu) 真實心髒組織的柔軟度相匹配。
另一方麵，明尼蘇達大學的專(zhuan) 業(ye) 3D打印機能夠通過打印類似於(yu) 修補幹牆和石膏的散斑膏的墨水來模擬模型的軟組織成分，以及瓣膜上的硬鈣化。
醫生可以在手術過程中使用這些模型來確定瓣膜裝置的尺寸和位置。模型中3D打印的集成傳(chuan) 感器為(wei) 醫生提供了電子壓力反饋，可用於(yu) 指導和優(you) 化患者解剖結構內(nei) 瓣膜的選擇和定位。
但是McAlpine認為(wei) 這並不是這類3D打印模型的終點。
“隨著我們(men) 的3D打印技術不斷改進，並且我們(men) 發現了新的集成電子元件以模擬器官功能的新方法，這些模型本身可以用作人工替代器官，總有一天這些仿生器官會(hui) 比它們(men) 的同類更好。”
參考：
【1】https://medicalxpress.com/news/2020-08-d-lifelike-heart-valve.html
【2】https://advances.sciencemag.org/content/6/35/eabb4641