3D打印醫(yī)療模型有助于更好地監(jiān)測心室裝置和血流量

來源：增材之光

在“創(chuàng)新的左心室輔助裝置的建模技術和3D打印：從實驗臺到臨床實踐的橋梁”中，美國研究人員研究了更好地監(jiān)測左心室輔助裝置（LVAD）和故障排除警報的新技術。由于近30年來LVAD一直是一項發(fā)展中的技術，因此有必要改變其流動動力學。

作者研究了臨床上尚未使用的新發(fā)展方法，但未來可能具有重要意義，因為它們能夠改善心臟病患者的治療，他們可能有低心輸出量，甚至是終末期心力衰竭。由于LVAD為移植或進一步治療提供了“橋梁”，某些模型可能會導致以下問題：
高血栓形成
瓣膜失敗率
流量增加
出血并發(fā)癥
腦卒

即使采用了高級設計，也可能由于LVAD放置在體內(nèi)而出現(xiàn)問題。在這里，研究人員進一步研究預測左心室流出的技術。這些技術不僅可以帶來更好的故障排除，而且還可以在3D打印指南的幫助下更好地進行手術計劃。

計算流體動力學用于創(chuàng)建LVAD原型并對其進行測試：

LVAD患者的計算流體動力學（CFD）分析工作流程。

在進行計算機模擬之前，需要定義物體的精確3D幾何形狀，通常來自心臟CT或3D超聲心動圖。在這種情況下，液體、血液和周圍邊界的物理特征是確定的。在這些計算機模擬中，血液被假定為理想的液體。

通過'入口'（左心室）和'出口'（主動脈）的血流量可以來自心臟導管插入術或超聲心動圖。這些幾何和邊界條件是計算機模擬的輸入，其基本上用作虛擬流動實驗室。然后，該信息可用于生成剪切應力，散熱和壁壓的信息。還可以生成用于溶血和血小板活化的模型以測試裝置的血液相容性。

CFD模擬具有相對于主動脈弓的不同流出套管角度和絕對壓力的變化（以帕斯卡為單位）以及在主動脈弓和大血管上的分布。

流體結(jié)構(gòu)相互作用（FSI）允許研究人員檢查“可變形結(jié)構(gòu)”周圍的流體流動，通過CFD模擬，可以評估以下血液動力學參數(shù)：
壓力
速度
壁面剪切應力
移位

模擬使研究人員能夠觀察到擾動的血流，這可能與動脈粥樣硬化和血栓形成的問題有關。作者指出，大多數(shù)CFD研究缺乏所需的特定患者幾何結(jié)構(gòu)，以及長期結(jié)果。

研究人員表示，“CFD可以證明是一種有用的技術，可以臨床用于LVAD種植體規(guī)劃，監(jiān)測和LVAD患者并發(fā)癥的故障排除。評估與不良長期臨床結(jié)果相關的不良流體特征可能為手術植入技術提供重要見解。”

在粒子圖像測速（PIV）中，研究人員研究了用于計算速度矢量和流體動力學的快速連續(xù)成像。PIV建模涉及設置：
透明的幻影器官
激光器
相機
顆粒
圖像處理軟件

作者發(fā)現(xiàn)了PIV在理解LVAD放置和流體動力學方面的潛力。

3D打印模型現(xiàn)在也在使用，以便研究人員可以更多地了解心臟病。它們可能有助于手術計劃，也有助于放置心室輔助裝置（VAD）。心臟模型也有助于虛擬植入，以及兒童的VADS。研究人員指出，3D打印心臟模型確實改善了解剖學定位和手術技術，它們不如連續(xù)流動泵模擬。他們建議使用CFD或PIV建模的更好的仿真模型。

隨著3D打印技術的發(fā)展，人們希望開發(fā)能夠復制解剖學和生理學特征的患者特異性模型，用于LVAD手術計劃。從長遠來看，改善流體動力學可能有助于改善植入技術并減輕重大不良事件的負擔。

一個流量循環(huán)回路的例子，其LVAD連接到調(diào)節(jié)室和流量計。

因為有如此多的心臟病影響著世界上許許多多的人，他們可能是致命的，研究人員一直在尋找更好的方法來治療患者。借助3D打印模型和設備，患者特定護理更容易獲得，這意味著醫(yī)療專業(yè)人員可以更輕松地診斷心臟病，治療心臟病，并解釋患者和家人的情況。醫(yī)學生也有更廣泛的培訓機制，包括先進的3D打印心臟模型和手術指南。