定制,3 d打印心副本外观和泵就像真的一样

没有两个心跳。心脏的大小和形状可以改变从一个人到另一个。这些差异可以对于心脏病患者尤其明显,他们的心和主要血管努力克服任何损害的功能。

麻省理工学院的工程师们希望能帮助医生选择治疗病人的具体心形式和功能,自定义机器人的心。这个团队开发了一种程序3 d打印柔软和灵活的复制品病人的心脏。他们可以控制复制的动作模拟病人的血能力。

过程涉及到第一个病人的心脏的医学图像转化为一个三维计算机模型,然后研究人员可以使用聚合物3 d打印墨水。结果是一个柔软的、灵活的外壳的形状的病人自己的心。团队还可以使用这种方法来打印病人的主动脉主要动脉,把血液从心脏输送到身体的其他部位。

模仿心脏跳动行动,团队制作袖子类似于血压袖口,环绕一个印刷心脏和主动脉。下面每一套类似于精确的泡沫包装。当套筒连接到气动系统,研究人员可以调整流出的空气,有节奏地膨胀套筒的泡沫和合同的心,模仿它的抽水行动。

研究人员还可以增加一个单独的套筒周围印刷主动脉血管收缩。这个收缩,他们说,可以模仿主动脉瓣狭窄——条件的主动脉瓣狭窄,导致心脏努力迫使血液在体内。

医生通常治疗主动脉瓣狭窄的手术植入一种合成阀旨在扩大主动脉的自然阀。在未来,研究小组说,医生可能会使用他们的新过程首先打印病人的心脏和主动脉,然后植入各种阀门到打印模型,看看哪个设计结果最好的功能和适合特定的病人。心脏的副本也可以通过研究实验室和医疗设备行业现实平台测试治疗各种类型的心脏病。

说:“所有不同的心是卢卡猩红热,来自一个研究生项目健康科学和技术。“有巨大的变化,特别是当病人生病。我们的系统的优势是,我们可以重建不仅仅是病人的心脏的形式,而且它的功能在生理和疾病。”

猩红热和他的同事们报告他们的研究结果出现在今天的研究科学的机器人。麻省理工学院研究报告的合著者包括卡格拉Ozturk Debkalpa他,:Jean Bonnemain苏菲Wang和艾伦罗氏,连同本杰明邦纳马萨诸塞州综合医院,哈佛大学的詹姆斯•韦弗和克里斯托弗•阮普瑞圣人,萨米尔Kapadia在俄亥俄州的克利夫兰诊所。

打印和泵

2020年1月,团队成员以机械工程教授艾伦罗氏为首的发达“biorobotic混合的心”——一般的复制品的心,由合成肌肉含有小,气缸充气,他们可以控制模拟一个真正的心脏的收缩。

这些努力后不久,COVID-19流行迫使罗氏的实验室,以及其他大多数校园,暂时关闭。吓,猩红热继续在家调整首激动人心的设计。

“我重新创建整个系统在我的宿舍,3月,“猩红热回忆说。

个月后,实验室开放,团队持续的地方重新开始,努力改善首激动人心的控制套筒,在动物和计算进行测试模型。然后他们扩大他们的方法开发的袖子和心脏副本个别病人。为此,他们变成了3 d打印。

”有很多感兴趣的医学领域中使用3 d打印技术来准确地再现患者解剖用于preprocedural计划和训练,”王说,他是一个血管手术居民波士顿贝斯以色列女执事医疗中心。

包容性设计

在新的研究中,研究小组利用3 d印刷生产定制的复制品实际患者的心。他们使用了聚合物油墨,一旦印刷和治愈,可以挤压和拉伸,类似于一个真正的心脏。

作为他们的源材料,研究人员使用医学扫描15例诊断出患有主动脉瓣狭窄。团队每个病人的图像转换为三维计算机模型患者的左心室(心脏的主要水泵房)和主动脉。他们给这个模型到一个3 d打印机生成软,性器官的shell心室和船舶。

该小组还捏造袖子环绕印刷形式。他们定制每个套筒的口袋里,这样,当缠绕在各自的形式和连接到一个小的空气注入系统,袖子可以单独调整实际合同和收缩打印模式。

每个模型的研究表明,心脏,他们可以准确地重建相同的首激动人心的压力和流以前以每个各自的病人。

“能够匹配病人的流动和压力非常令人鼓舞的,”罗氏说。“我们不仅印刷心脏的解剖结构,但也复制其力学和生理学。这一部分我们感到兴奋。”

更进一步,团队旨在复制一些干预措施,少数患者接受,是否印刷心脏和血管以同样的方式回应。有些病人收到旨在扩大主动脉瓣膜植入。罗氏公司和她的同事们植入类似的阀门印刷主动脉模仿每一个病人。激活印心泵时,他们观察到植入阀产生类似改进流在实际病人手术后植入。

最后,该团队使用一个驱动打印心比较大小不一的植入物,看到这将导致他们设想的最适合和flow-something临床医生在未来可能会为他们的病人。

“病人完成成像,无论如何,我们将使用这个系统,理想在的一天,”合著者Nyugen说。“一旦启动并运行,临床医生可以测试不同的阀门类型和大小,看看哪个效果最好,然后使用植入。”

最终,罗氏表示,针对病人的副本可以帮助开发和确定理想治疗个人独特的和具有挑战性的心脏几何图形。

“设计为大范围的构建,在内地和测试的干预措施在这个范围内,可能会增加潜在目标人群的微创手术,”罗奇说。