可跳动的心脏3D打印模型,可更好的进行心脏手术模拟训练

心脏病是人类的主要致死原因，每年约有80万人接受心脏手术。除了大型手术外，医生还经常进行微创手术来治疗心脏病，例如瓣膜修复。这些手术的培训通常需要在动物或尸体上进行练习，但这些模型并非针对特定患者，也无法重复使用。此外，医生也可以在计算机上观看手术过程进行练习。

对于医生和外科医生来说，在心脏仍在跳动的情况下进行练习非常有用，尤其是针对微创手术而言。美国华盛顿州立大学的研究人员开发出了一款可收缩跳动的心脏左侧3D打印模型，为外科医生和医学生提供了一个在逼近真实心脏的模型上演练重要心脏手术的机会。这个模型是首个完全合成的模型，无需借助任何动物模型，就能模拟心脏左侧的完整结构。我们成功融合了心脏的解剖特征和动态功能。他们利用超声成像以及附着在该模型上的定制传感器，在其心脏模型上进行了瓣膜修复，并展示了修复成功。研究成果发表于《先进材料技术》。

在这项研究中，研究人员利用真实心脏的扫描图像，3D打印出心脏左侧的复制品。心脏左侧承受的压力最大，执行着心脏最为关键的功能，即将含氧血液泵送至全身。随着年龄的增长，左心两腔室之间的二尖瓣常常会出现渗漏，导致血液回流或反流，降低心脏的工作效率。

研究人员制作的心脏模型包括心房、心室和二尖瓣，质地柔软，与真实心脏相似。模型还配备了多个微型气动驱动器，可驱动模型泵血，并采用类似真实心脏的线状材料来控制二尖瓣的运动。当模拟血液在模型中泵送时，模型上的传感器可以监测“血压”。

在制作出模型后，研究人员打印了一个有缺陷的二尖瓣，然后对其进行了修复。他们制作了一个类似于市售设备的修复装置，并将其插入二尖瓣。模型上的传感器显示，左心室血压升高，表明瓣膜已完全闭合。他们还通过超声成像发现，模拟血液没有反流回心腔。

研究人员目前正在致力于开发一个包含四个心腔和四个瓣膜的完整心脏模型。他们还计划未来与医学专业人士和学生合作，在该模型上针对不同的瓣膜疾病进行更多针对特定患者的术前演练。