工程师,医生,使用个性化建模团队代替心脏瓣膜

医生瓦克斯纳俄亥俄州立大学医学中心正在一个创新的方法来改善照顾病人接受主动脉瓣置换。他们一起工作从俄亥俄州立大学的工程学院生物医学工程师,开发出一种模型,预测潜在的并发症是可以避免的。

最常见的原因需要对主动脉瓣替换主动脉瓣狭窄,或缩小的阀门开度。几十年来,阀门传单可以从钙化变得僵硬,使其难以从左心室泵血到主动脉。有两种选择来替代病变的瓣膜心内直视手术通过传统的胸腔打开,或微创经导管方法部署一个组织(bioprosthetic)阀通过血管的腿。

帮助决定哪些方法和阀是正确的对于每一个病人,医生和俄亥俄州立大学的生物医学工程师做一些独特的:他们创造个性化的3 d模型主动脉瓣和邻近结构和模拟新阀的功能。该小组每周开会一起决定什么是最适合病人。

“对于大多数病人同样,可用阀门工作。然而,在某些情况下,病人可能会创建额外的解剖学因素。例如,病人可能会对阀门的传单,钙化结节或冠状动脉出现在靠近阀门。重建领域阀门的能力是要休息是很重要的,”斯科特博士说莉莉,介入心脏病学家和结构性心脏联合项目在俄亥俄州立罗斯心脏病医院。

莉莉和他的结构核心团队与拉克希普拉萨德便,生物医学工程的副教授和手术在俄亥俄州立大学的戴维斯心肺研究所。便的团队,其中包括从生物医学和机械工程研究生,精确重建患者的主动脉和3 d打印从病人的CT扫描使用各种灵活的材料,模拟真实的主动脉。他们模型加载到心脏泵透明模拟器,模拟血液通过系统。

“使用激光和高速相机,我们可以测量血流速度和涡流模式和没有更换阀门。我们可以模型各种疗法,位置和类型的阀门,以便更好地理解问题,如泄漏,便说:“凝血或冠状动脉阻塞。“我们可以观察不同阀门不仅缓解狭窄而且减少血栓形成的可能性传单,这是治疗的目标。”

同时,便的团队创建计算机模型来捕捉血液流动的物理和经导管阀之间的交互和病人的解剖学。长远来看,我们的目标是能够理解每个病人独特的解剖结构和血流不做物理模型实验,从而加速个体化治疗决策的过程。

“我们目前有两个阀门选择的经导管的世界。我怀疑我们将在两年内至少有四个,”莉莉说。“每个阀门有点不同,每个病人的解剖学是独一无二的。预测的功能阀位置后,阀门可能工作最好的用最少的泄漏和不侵犯相邻结构是至关重要的。我们正在取得进展。”

便和莉莉正在进行这项工作的结果在一年一度的CRT会议在华盛顿。

“有临床和生物医学工程学院在同一表讨论个别病人使我们心项目强,有真实的例子病人受益,”莉莉说。“在某些情况下,例如,冠状动脉的毗邻阀将被放置的地方。使用3 d建模,我们可以决定是否要保护这些血管在部署期间,甚至是否进行瓣膜置换。这些讨论直接告知我们如何处理许多瓣膜置换过程。”

在另一起案件中,建模指导医生对心内直视手术而非经导管过程。柏妮丝贝尔,78年,哥伦布,但需要一个人工瓣膜,建模后,医生看到她太短部署经导管主动脉根部阀,所以他们选择了心内直视手术。

“手术是一个巨大的成功。我没有胸部疼痛。令人震惊的是,我从这一切中恢复过来,现在我可以站起来,我只有现在‘权力’,”贝尔彻说。

便的团队已经向下看道路改善瓣膜本身。这些阀门有限耐久性,因为他们的传单来自牛和猪的组织。便和他的学生正在发展与生物分子合成的增强版本,可能使未来的经导管心脏瓣膜更加耐用和节省成本。

“年轻的患者需要一个人工心阀经常得到机械版本,需要终生服用血液稀释剂,”便说。“这是我们希望开发一个更耐用阀优良的血液相容性,可能消除这些病人需要血液稀释剂。”