Модели с 3D-печатью могут преобразовывать замену сердечных клапанов.

5 декабря 2017
Модели с 3D-печатью могут преобразовывать замену сердечных клапанов.

Модели с 3D-печатью могут преобразовывать замену сердечных клапанов.

В новом исследовании, опубликованном в JACC: Сердечно-сосудистая визуализация, исследователи показывают создание 3-D печатных моделей, которые могут позволить врачам предсказать, насколько хорошо протезный сердечный клапан будет соответствовать пациенту, снижая вероятность его паравальвулярной утечки.

Замена аортального клапана транскатетера (TAVR) — хирургическая процедура, применяемая для лечения пациентов с заболеваниями аортального клапана, при которой нарушается работа аортального клапана, т.е. клапана между левым желудочком и аортой.

TAVR (также известная как транскатетерная имплантация аортального клапана) является минимально инвазивной процедурой. Для этого через катетер в поврежденный аортальный клапан вводится новый протезный клапан. После установки протезный клапан расширяется и начинает работать как здоровый аортальный клапан.

Хотя TAVR является более безопасной альтернативой для пациентов с высоким риском осложнений при операциях на открытом сердце, она не является безрисковой.

Одним из осложнений TAVR является паравальвулярная утечка, при которой кровь течет из протезного клапана аорты и течет вокруг него, а не через него. Это может повысить риск эндокардита — инфекции внутренней подкладки сердца — и сердечной недостаточности.

Паравальвулярная протечка чаще всего возникает, когда протезный клапан не достигает точного прилегания к поврежденному аортальному клапану пациента. В связи с этим необходимо найти лучшие способы предсказать посадку ортопедического клапана.

Соавтор исследования Чжэнь Цянь, руководитель исследований сердечно-сосудистой визуализации в Институте сердца Пьемонта в Атланте, штат Джорджия, и его коллеги разработали трехмерные модели сердечных клапанов, которые, по их мнению, могут удовлетворить эту потребность.

Создание 3-D моделей сердечных клапанов

Для создания своих моделей исследователи использовали передовую технологию 3D-печати, которая позволила имитировать физиологические свойства тканей сердечно-сосудистой арматуры с использованием различных синтетических материалов.

«Предыдущие методы использования 3D-принтеров и одного материала для создания моделей органов человека ограничивались физиологическими свойствами используемого материала», — говорит соавтор исследования Чак Чжан из Стюартской школы промышленного и системного машиностроения Технологического института штата Джорджия в Атланта, штат Джорджия.

«Наш метод создания этих моделей с использованием метаматериалов и многоматериальной 3-D печати учитывает механическое поведение сердечных клапанов, имитируя естественное деформационно-жесткое поведение мягких тканей, которое возникает при взаимодействии эластина и коллагена — двух белков, содержащихся в сердечных клапанах».

Модели сердечных клапанов были основаны на компьютерных томографических изображениях (КТ) 18 пациентов, получивших TAVR. После создания модели исследователи выровняли их рентгеновскими бусинками, что помогает определить любое смещение имитирующей сердце ткани клапана сердца.

Индекс роста

Затем исследователи определили тип и размер протезного клапана, который каждый из 18 пациентов получил во время TAVR.

В среде теплой воды — для имитации температуры тела человека — протезные клапаны того же размера и типа были затем имплантированы в 3D модели. Расположение этих клапанов имитировало расположение протезных клапанов в пациентах.

С помощью медицинской визуализации и компьютерного программного обеспечения группа отслеживала местоположение рентгеновских бусин в 3D-моделях до и после имплантации протеза клапана. Это позволило им выявить любые несоответствия, указывающие на плохую посадку протезного клапана.

Эти диспропорции были использованы для создания «индекса роста». Исследователи обнаружили, что они могут использовать индекс выпуклости для прогнозирования тяжести паравальвулярной утечки после прохождения TAVR; чем больше индекс выпуклости, тем выше их тяжесть паравальвулярной утечки.

Исследователи обнаружили, что уровень накопления кальция на поврежденном сердечном клапане пациента также может быть использован для прогнозирования степени паравальвулярной утечки, но они отмечают, что в некоторых случаях, 3-D печатные модели были более точными.

«Обнадеживающие» результаты

В то время как 3-D модели сердечных клапанов требуют дальнейшей доработки, Цянь говорит, что текущие результаты исследования «обнадеживают».

«Несмотря на то, что эта процедура замены клапана достаточно зрелая, все еще существуют случаи, когда выбор протеза другого размера или другого производителя может улучшить результат, и 3D-печать будет очень полезна для определения, какой из них», — отмечает Цянь.

Короче говоря, исследователи считают, что их трехмерные модели сердечных клапанов способны преобразовывать уход за пациентами, проходящими лечение с помощью TAVR.

» В конце концов, как только пациенту сделают томографию, мы сможем создать модель, попробовать различные типы клапанов и сказать врачу, какая из них может работать лучше всего. Мы даже можем предсказать, что у пациента, вероятно, будет умеренная паравальвулярная утечка, но расширение на воздушном шаре решит эту проблему.»