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成功将3D打印机技术运用到儿童心脏病手术

       阿根廷布宜诺斯艾利斯Garrahan医院的儿科心血管外科医生贝拉首次提出,将3D打印机技术用于4名患有先天性心脏病儿童的术前治疗,这位未来的医疗发展提供了希望。


  医生贝拉用自己创造的3D打印机设备打印出主动脉瓣,以便在修复主动脉瓣之前进行测试手术。贝拉正在开发3D打印医学模型,以协助专业人士在全世界范围内为复杂的手术做准备。到目前为止,自从医生开始操纵模型以来,他们一直都是非常成功的,就像在实际手术中所做的一样。使用医学成像用当今可用的任何不同材料重新创建患者的解剖模型,就可以得到准确和定制的模型。在查看儿童心脏的2D格式图像后,进行手术与实际能够准确地掌握复制品并不相同。


近几年来,贝拉一直尝试在要医院进行术前计划,就在上个月,他终于成功了,这在一定程度上要归功于他的3D打印初创公司,该公司开发了四个主动脉瓣重建模型,对于在公里医院没有与之相关的研究机构的国家,这是一大进步。

  加拉罕医院的Ignacio Berra


  加拉罕医院救治了该国三分之一患有复杂心脏病的儿童,除此之外,来自玻利维亚,智利,乌拉圭,巴拉圭乃至巴西南部城市的孩子也前往那里进行外科手术。自2006年以来,贝拉一直在地震署工作,4年前,他与其他研究人员一起波士顿儿童医院和医学哈佛院并获得奖学金,当他回来时,他渴望将3D对于用于医疗设备,因此开始致力于为患有严重主动脉瓣关闭不全的儿童以及开发主动脉和肺动脉瓣的术前模型,使用3D打印的术中测试设备进行主动脉瓣修复。


这种想法将使50名主动脉瓣衰竭的儿童受益,在成人患者中也一样实施。根据专家的说法,如果主动脉瓣不能正常工作,就会干扰血液流动并迫使心脏将血液输送到身体的其他部位,这会导致呼吸困难、疲劳、胸痛、失去知觉、心律失常,并可能导致心脏病发作而猝死。此外,在采访中,贝拉建议在执行儿童的心脏手术程度远比成人的复杂,因为解剖结构并不是完全相同的。实际上,他说主动脉脉的解剖结构发生了很大变化,因此,这就是为什么他坚持在通过完全定制的3D打印主动脉瓣模型训练来进行准备的原因。

         

  

  想要顺利完成手术,必须使用扫描仪从CT扫描中打印出四个孩子的主动脉瓣的每一个副本。模型制作完成后,我缝上了一个心包瓣膜(猪心包膜在这个阶段很常见,因为它可以吸收人类的心包膜),从而可以实际模拟孩子的瓣膜。最后,我使用3D设计的设备评估主动脉瓣的修复情况,然后用一种解决方案对模型加压,以模拟患者所承受的舒张压,并使用内窥镜评估瓣膜并测试其是否关闭良好,能够承受手术后的血流。在实验室测试完成后,我进行了实际的手术。

           3D打印的主动脉瓣模型,没有心包(左)和缝合的心包(右),用于在手术前进行测试(一段时间后,心包变干)


定制的模型有助于生成个性化的药物和成功的手术。这正是贝拉(Berra)的四次手术期间发生的事情,孩子们完全康复了,回家的速度比以前要快。在手术过程中,他使用患者心包的一部分(覆盖心脏的膜)重建有故障的瓣膜,因此它完全适合解剖结构。到目前为止,用于重建儿童瓣膜的其他技术包括Ross手术(使用患病的主动脉瓣)或机械假体。

             

  主动脉瓣的软件建模贝拉目前正在与利兹教学医院先天性心脏外科负责人Carin van Doorn进行会谈,该医院是英国NHS Trust网络(英国最大的NHS专业服务的最大提供商)的一部分,希望共同合作重建瓣膜适用于患有阻塞英格兰右心室流出道疾病的儿童。Berra希望先使用3D软件重建瓣膜,然后再移至手术室(OR),他希望在手术室中用患者自己的心包膜制作的假体可以使用更长的时间(就像在阿根廷发生的情况一样)。这显着减少了患者一生中需要再次进入手术室的次数。


Berra是美国第一位从事3D打印的医学专家,并鼓励其他人效法他的领导。但这并不容易,因为该国不属于发达国家中发展迅速的技术革命的一部分,由于财政资源有限,学习水平低,穷人(占人口的36%)的机会有限以及与工会的长期冲突,要赶上全球其他地区可能要花费数十年的时间。

             

  为了解决问题,按照北美,欧洲和亚洲的方式,我们需要在各个层面进行教育,而不仅仅是从最早的几年就开始接受教育,技术知识。那是缺少的事情之一,它正在损害我们成为该地区竞争力量的机会。我每天都在努力在公立医院实施3D打印技术,以帮助手术过程中的外科医生,并使患者更快地康复,但这并不是一件容易的事,人们仍然害怕改变,而官僚的手术是及时而昂贵的。


  贝拉的初创公司通过3D打印机制作术前模型,以便贝拉和对3D打印充满好奇的医生们在Garrahan医院使用。

  贝拉目前正在开发一种灌注系统,该系统可以在类似于人体的条件下保存器官以进行移植,并有望使该国的干预措施数量翻一番,他们正在与他的团队一起开发一种人工器官,如心脏也使用3D打印。


这位专家声称,无论他要克服多少障碍,他帮助年轻患者的工作都不会停止。由于渴望主要在阿根廷工作,所以贝拉(Berra)并没有放弃搬到英国或波士顿的机会,他与该领域其他专家的联系可以帮助他实现自己的目标。像该领域的许多人一样,他认为培训未来的儿科外科医生应该涉及获得3D打印技术的知识以帮助这项工作,并且由于专门针对儿童的心血管外科医生的数量有限,他们可以利用他们所能获得的所有帮助。

             

  贝拉表示不管会遇到多少困难障碍,要帮助年轻患者的决心都将不会变。由于渴望停留在阿根廷工作,所以贝拉没有放弃搬到英国或者波士顿的机会,他也该领域其他专家的联系可以帮助他实现自己的目标。正像该领域的许多人一样,贝拉认为在培训未来的儿科外科医生时,应该涉及到3D打印技术的知识以帮助这项工作得以进展。


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