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主動(dòng)脈狹窄是老年人最常見的心血管疾病之一，在發(fā)達(dá)國家該病的發(fā)病率僅次于冠心病和高血壓。

在65歲以上年齡段人群中，該病發(fā)生率高達(dá)3~7%。由于心臟主動(dòng)脈瓣變窄，無法完全打開，心臟血液流向主動(dòng)脈受限，使得全身各處都無法得到充足的血液。

這種情況下患者可能出現(xiàn)胸悶、氣急等不舒服的表現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)昏倒，甚至無征兆的猝死。

主動(dòng)脈狹窄患者出現(xiàn)典型臨床癥狀后，如未接受積極治療，兩年生存率僅為50%，五年生存率不足20%。

臨床上，藥物治療和球囊擴(kuò)張療效有限，而心臟直視手術(shù)禁忌多、風(fēng)險(xiǎn)高，大多數(shù)重度狹窄患者會考慮進(jìn)行經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)(TAVR)。

10多年來，TAVR發(fā)展迅速，為心血管醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大變革。在這項(xiàng)手術(shù)中，醫(yī)生將組裝好的人工瓣膜經(jīng)導(dǎo)管置入到主動(dòng)脈根部，替代原有主動(dòng)脈瓣，在功能上完成主動(dòng)脈瓣的置換。近年來，TAVR手術(shù)在中國也迅速發(fā)展，已累計(jì)開展超過2000例。

但所有手術(shù)都伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，盡管TAVR優(yōu)勢顯著，但也做不到百分百成功?！芭_灣國標(biāo)舞女王”劉真就因主動(dòng)脈瓣狹窄接受了手術(shù)，不料術(shù)后心功能不佳，在等待心臟移植的期間，便因病情急劇加重逝世。

◎ 3D打印主動(dòng)脈瓣，預(yù)演TAVR手術(shù)

最近，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種突破性的方法，用多材質(zhì)3D打印出逼真的心臟主動(dòng)脈瓣和周圍結(jié)構(gòu)模型，模仿真實(shí)病人的外觀和感覺。

▽患者特定器官模型。來源：McAlpine Group, University of Minnesota

這些患者特定器官模型，包括集成到結(jié)構(gòu)中的3D打印軟傳感器陣列，是使用專門的墨水和定制化的3D打印工藝制造的。

這種模型可用于為微創(chuàng)手術(shù)做準(zhǔn)備，改善患者預(yù)后。

研究人員3D打印出了主動(dòng)脈根，即主動(dòng)脈離心臟最近并與心臟相連的部分。主動(dòng)脈根部包括主動(dòng)脈瓣和冠狀動(dòng)脈的開口。主動(dòng)脈瓣有三個(gè)被稱為瓣葉的皮瓣，周圍有一個(gè)纖維環(huán)。模型還包括部分左心室肌和升主動(dòng)脈。

他們用這些3D打印模型做出個(gè)性化的工具，幫助醫(yī)生了解個(gè)體患者心臟的確切解剖結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性，從而降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥。明尼蘇達(dá)州大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)教授Michael McAlpine表示，醫(yī)生可以在正式手術(shù)前進(jìn)行瓣膜植入測試，還可以幫助患者更直觀地地了解自己的解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)過程。

主動(dòng)脈根模型是通過對患者進(jìn)行CT掃描匹配其形狀而制成的。他們用專門的硅樹脂油墨進(jìn)行3D打印，這樣制作出來的心臟組織的質(zhì)感與真實(shí)心臟組織相似。

雖然目前市場上的商業(yè)打印機(jī)也可以3D打印心臟形狀，但使用的墨水通常太硬，無法匹配真實(shí)心臟組織的柔軟度。

此外，明尼蘇達(dá)大學(xué)的專業(yè)3D打印機(jī)不僅能仿制出模型上的軟組織成分，也能仿制出瓣膜皮瓣上的硬鈣化。

醫(yī)生可以在手術(shù)過程中使用這些模型來確定瓣膜裝置的大小和位置。模型中集成的3D打印傳感器為醫(yī)生提供了電子壓力反饋，可用于指導(dǎo)和優(yōu)化患者解剖結(jié)構(gòu)中瓣膜的選擇和定位。

隨著3D打印技術(shù)的不斷改進(jìn)，研究人員發(fā)現(xiàn)了集成電子技術(shù)模仿器官功能的新方法。未來，在這些模型的基礎(chǔ)上有望研發(fā)出“人工替代器官”，它們的功能甚至可媲美真實(shí)器官。